第三章薄膜的物理气相沉积-溅射法解说.ppt

主要内容 气体的放电现象与等离子体 物质的溅射效应和溅射产额 各种各样的溅射技术 其他物理气相沉积方法 物理气相沉积 第三章 小结 薄膜材料可使用在一定气氛条件下进行的溅射方法来制备。溅射方法最主要的优点是其可以灵活地被用于制备各种化学成分的薄膜 等离子体中的电子具有高能量和高速度，它是等离子体中能量的主要传递者，并会导致形成等离子体鞘层； 被电压加速的离子对靶物质产生溅射效应 3.3 其它物理气相沉积方法 4、离化团束沉积 离化团束沉积技术是利用一定能量的离化原子团实现薄膜的沉积。这种离化后的原子团可以包括几百甚至上千个原子，它在电场的加速下沉积在衬底上。在与衬底接触的瞬间，原子团发生破裂，原子分散开来沉积在衬底表面。 离化团束沉积与其他方法不同的地方主要是离化原子团的产生部分。为了要获得离子团，首先要用蒸发法将被沉积物质以较高的密度蒸发出来。 使用一个只有很小喷口的坩埚来实现物质的蒸发，使被蒸发物质在坩埚内形成1-1000Pa的高压蒸气并从坩埚喷口处以粘滞流的形式高速喷出。 由于坩埚口很小，而在坩埚外物质的蒸气压只有10-5 Pa左右，因而物质蒸气在喷出的过程中，将在绝热条件下发生膨胀并冷凝成许多稳定的原子团。 3.3 其它物理气相沉积方法 3.3 其它物理气相沉积方法 在装置中还设有电子离化部分，它的作用是使发射出的热电子与原子团产生碰撞，使已经形成的原子团带上负电荷。由于离化后原子团质量相对较大，因此离化原子团间的排斥作用力较弱。在数千伏电场的加速下，它们冲击衬底表面形成沉积，而未带电的原子团则只具有相当于蒸发喷射出的原子团的能量，在冲击衬底时的动能较低。 3.3 其它物理气相沉积方法 离化团束沉积的特点是将蒸发的高真空度与溅射的适当范围能量的离子轰击相结合，因而有以下几种特点： （1)原子团高速冲击衬底将造成衬底局部温度升高； （2)原子表面扩散能量强； （3)创造活化的形核位置； （4)促进各个薄膜核心连成一片，成膜性好； （5)高能量原子团的轰击具有溅射清洁衬底表面和离子浅注入作用； （6)促进衬底表面发生的各种化学反应； （7)沉积速率高等。 3.3 其它物理气相沉积方法 5、等离子体浸没式离子沉积 等离子体浸没式沉积工作原理是将欲沉积薄膜的工件浸没在低压等离子体中，并且在工件上施加频率为数百赫兹、数千伏的高压负脉冲。由于低压等离子体的电离度高且其离子的自由程长，因而在高压负脉冲的作用下，工件外表面处等离子体鞘层中的离子将被迅速加速，并且获得相应的能量之后沉积在工件的表面上。 克服了普通PVD方法所具有的薄膜沉积有方向性限制的问题，因而适用于对具有复杂外形工件表面进行薄膜沉积。 3.3 其它物理气相沉积方法 3.3 其它物理气相沉积方法 这是因为，当工件被浸没在等离子体中时，工件的外表面将被导电性很好的等离子体所包围，二者之间是充斥了离子的等离子体鞘层。在高压负脉冲的作用下，等离子体鞘层中的离子将从工件外的各个方向上加速射向工件表面并沉积下来。 等离子体浸没式离子沉积技术所采用的等离子体可以由各种气体放电方法产生。如直流辉光放电、射频辉光放电、磁控溅射辉光放电等。 3.3 其它物理气相沉积方法 等离子体浸没式离子沉积技术的优点： （1)设备相对简单，适合被用于大型复杂外形零件的薄膜沉积。 （2)可完成多组元的同时沉积，对薄膜成分的控制能力强。 （3)沉积离子的能力较高，有利于提高薄膜的致密性和附着力。 （4)薄膜的沉积温度较低。 局限在于：能够被同时用于等离子体产生和薄膜沉积的气体种类较少，因而它能够沉积的薄膜的种类有限。 脉冲电压提高到数十千伏－－等离子体浸没式离子注入。 薄膜物理气相沉积总结 物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。 物理气相沉积的主要方法有真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。发展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。 薄膜物理气相沉积总结 真空蒸镀 (一)真空蒸镀原理 (1) 真空蒸镀是在真空条件下，将镀料加热并蒸发，使大量的原子、分子气化并离开液体镀料或离开固体镀料表面(升华)。 (2)气态的原子、分子在真空中经过很少的碰撞迁移到基体。 (3)镀料原子、分子沉积在基体表面形成薄膜。