Sputter溅镀原理.docVIP

Sputter磁控溅镀原理 Sputter在辞典中意思为：（植物）溅散。此之所谓溅镀乃指物体以离子撞击时，被溅射飞散出。因被溅射飞散的物体附著于目标基板上而制成薄膜。在日光灯的插座附近常见的变黑现象，即为身边最赏见之例，此乃因日光灯的电极被溅射出而附著于周围所形成。溅 镀现象，自19世纪被发现以来，就不受欢迎，特别在放电管领域中尤当防止。近年来被引用于薄膜制作技术效效佳，将成为可用之物。 薄膜制作的应用研究，当初主要为Bell Lab.及Western Electric公司，于1963年制成全长10m左右的连续溅镀装置。1966年由IBM公司发表高周波溅镀技术，使得绝缘物之薄膜亦可制作。后经种种研究至今已达“不管基板的材料为何，皆可被覆盖任何材质之薄膜”目的境地。 而若要制作一薄膜，至少需要有装置薄膜的基板及保持真空状况的道具（内部机构）。这种道具即为制作一空间，并使用真空泵将其内气体抽出的必要。 真空简介： 所谓真空，依JIS（日本工业标准）定义如下：较大气压力低的压力气体充满的特定的空间状态。真空区域大致划分如下：?? 真空划分 压????????力Pa Torr 低 真 空105～102 760～1 粘滞流 viscous flow中 真 空102～10-1 1～10-3 中间流 intermediate flow 高 真 空10-1～10-5 10-3～10-7 分子流??molecular flow超高真空〈10-5 〈10-7 分子流??molecular effusion 温度为20℃，相对湿度为65%，大气压力为：1atm 101325Pa=1013.25mbar=760Torr 气体的标准状态 温度为0℃，压力为：101325Pa p 气体分子从某一假想平面通过时，沿该平面的正法线方向的动量改变率，除以该平面面积或气体分子作用于其容器壁表面上的力的法向分量，除以该表面面积。注：“压力”这一术语只适用于气体处于静止状态的压力或稳定流动时的静态压力 帕斯卡Pa 国际单位制压力单位，1Pa=1N/m2 托Torr 压力单位，1Torr=1/760atm 标准大气压atm 压力单位，1atm=101325Pa 毫巴mbar 压力单位，1mbar=102Pa Sputter（磁控溅镀）原理： 1、Sputter溅镀定义：在一相对稳定真空状态下，阴阳极间产生辉光放电，极间气体分子被离子化而产生带电电荷，其中正离子受阴极之负电位加速运动而撞击阴极上之靶材，将其原子等粒子溅出，此溅出之原子则沉积于阳极之基板上而形成薄膜，此物理现象即称溅镀。而透过激发、解离、离子化……等反应面产生的分子、原子、受激态物质、电子、正负离子、自由基、UV光（紫外光）、可见光……等物质，而这些物质混合在一起的状态就称之为电浆（Plasma）。下图为Sputter溅镀模型（类似打台球模型）： 图一中的母球代表被电离后的气体分子，而红色各球则代表将被溅镀之靶材（Si、ITOTi等），图二则代表溅镀后被溅射出的原子、分子等的运动情形；即当被加速的离子与表面撞击后，通过能量与动量转移过程（如图三），低能离子碰撞靶时，不能从固体表面直接溅射出原子，而是把动量转移给被碰撞的原子，引起晶格点阵上原子的链锁式碰撞。这种碰撞将沿着晶体点阵的各个方向进行。同时，碰撞因在原子最紧密排列的点阵方向上最为有效，结果晶体表面的原子从邻近原子那里得到愈来愈大的能量，如果这个能量大于原子的结合能，原子就从固体表面从各个方向溅射出来。 图四为CPTF之Sputter磁控溅射设备简要模型：电子在交互电场与磁场E×B作用下将气体电离后撞击靶材表面，使靶材原子或分子等溅射出来并在管面经过吸附、凝结、表面扩散迁移、碰撞结合形成稳定晶核。然后再通过吸附使晶核长大成小岛，岛长大后互相联结聚结，最后形成连续状薄膜。 2、Sputter溅镀物理原理： 2.1、Sputter溅镀理论根据详解： 洛仑兹力：实验和理论证明，在磁感强度为B的磁场中，电荷为q、运动速度为的带电粒子，所受的磁场力为 此力通常称为洛伦兹力．此公式称为洛伦兹公式。 根据运动电荷在磁场中的洛伦兹力公式，洛伦兹力的大小为：。 ? 从公式可以看出，洛伦兹力的大小不仅和的大小有关，而且取决于和之间的夹角的正弦。 当时，，。此时，运动电荷不受磁力作用。 当时，，。此时，运动电荷受到最大磁力作用。洛伦兹力的方向为：服从右手螺旋法则。运动电荷带电量的正负不同，即使在均相同的情况下，洛伦兹力的方向也不同。???? 当时，，即磁场力的方向服从右手螺旋法则。??? ?当时，，负号说明磁场力的方向在右手螺旋法则规定的反方向。始终运动方向垂直，故洛伦兹力对运动电荷永不做功,洛伦兹力公式是安培定律的微观形式