第十三次 溅射镀膜.pptVIP

* * 溅射：用带有几十电子伏以上动能的粒子或粒子束照射固体表面，靠近固体表面的原子会获得入射粒子所带能量的一部分进而向空中放出的现象。 离子溅射：荷能粒子为离子的溅射。 溅射产额：相应于一个入射离子所放出的样品原子数。 溅射镀膜：在真空中，利用荷能粒子轰击靶表面，使被轰击出的粒子在基片上沉积的技术。 溅射方法可以在任何材料的基板上沉积任何材料的薄膜。 与真空蒸镀比较： 膜层和基体的附着力强 可以方便的制取高熔点物质的薄膜 在大面积连续基板上可以制取均匀的膜层 容易控制膜层的成分 可以制取各种不同成分和配比的合金膜 可以进行反应溅射，制取多种化合物膜 可方便的镀制多层膜 便于工业化生产 易于实现连续化、自动化操作 3.2.3 溅射镀膜 一、离子溅射 溅射产额：相应于每一个入射离子所放出的样品原子数，其大小在10-1-10原子/离子。 放出的原子的动能20eV以下，多为中性的，10-2-10%以离子形式放出，称为二次离子，可作为离子质谱分析（SIMS）的信号来源，用于表面成分分析。 溅射产额应与入射离子的能量、入射角、靶原子质量和入射原子质量之比M2/M1、入射离子的种类有关。 溅射产额应与靶原子的原子序数，即原子量和在周期表中所处位置、靶表面原子的结合状态结晶取向以及靶材是纯金属、合金和化合物等有关 包括有那些溅射产物，其状态如何，如何产生的，其中有那些可供利用的产物和信息，还应考虑原子和二次离子的溅射产额、能量分布和角分布等。 离子与固体表面相互作用的关系及各种溅射产物 1、荷能粒子与表面的相互作用 入射离子能量一般在几万电子伏以下，在几十电子伏到几万电子伏的能量范围内，溅射产额随入射离子能量的增加近似成比例增加。 用上述入射离子照射样品表面，离子一部分在样品表面发生背散射，再次返回到真空中，而大部分进入样品内部，并经受弹性散射和非弹性散射，最终在样品内部达到静止状态，即成为注入离子。 碰撞级联：入射离子在进入样品的过程中与样品原子发生弹性碰撞，入射离子的一部分动能会传给样品原子，当后者的动能超过由其周围存在的其他样品原子所形成的势垒（对于金属为5-10eV）时，这种原子会从晶格点阵被碰出，产生离位原子，并进一步和附近的样品原子依次反复碰撞的现象。 当这种碰撞级联到达样品表面时，如果靠近样品表面的原子的动能远远超过表面结合能（对于金属是1-6eV），这些样品原子就会从样品表面放出并进入真空中。 入射到阴极靶表面的离子和高能原子可能产生的作用： 溅射出阴极靶原子 产生二次电子 溅射掉表面沾污，即溅射清洗 离子被电子中和并以高能中性 原子或以金属原子的形式从阴极 表面反射 进入阴极表面并改变表面性能 溅射出的表面原子可能会出现 下面的情况： 被散射回阴极 被电子碰撞电离，或被亚稳原 子碰撞电离，所产生的离子加 速返回到阴极，或产生溅射作用或在阴极区消失掉 以荷能中性粒子的形式沉积到基片或其他某些部位上，即溅射镀膜的过程。 溅射产额与入射能量的关系 溅射阀值：多数金属的溅射阀值为20-60eV 2、溅射产额及其影响因素 各种物质的溅射阀值能量 入射角：入射方向与样品表面法线之间的夹角。 溅射产额与入射角的关系 各种物质的溅射产额 构成同一物质的不同种类的原子的溅射产额不同 由于上述的溅射产额的差别，被溅射之后，固体表面组分和溅射前的组分相比，发生了变化，即选择溅射现象。 3、选择溅射现象 4、溅射原子能量分布和角分布 溅射的各种产物 靶表面受离子轰击放出的主要是溅射原子。脱离表面的原子有的处于基态，有的处于不同的激发态。处于激发态的溅射原子在脱离表面的过程中，通过和表面的相互作用放出电子。如果最终以离子形式放出，则还要放出光子。当然也有直接放出的中性原子和离子。 入射离子本身也可以直接激发样品表面的电子，使其以二次电子的形式放出。这是由动能过程产生的二次电子。 溅射原子的能量分布和角分布： 热蒸发原子具有的能量：300K约为0.04eV，1500K约为0.2eV 溅射原子的能量约为10eV 溅射粒子的状态： 对于单元素靶，入射离子的能量为几百电子伏时，溅射出的粒子绝大部分是构成靶的单原子。随入射离子能量的提高，构成溅射粒子的原子数增加。 对化合物靶进行溅射时，与单元素靶情况相同，当入射离子能量在100eV以下时，溅射粒子是构成化合物的原子，只有当入射离子的能量在10keV以上时，溅射粒子中才较多地出现化合物分子。 溅射原子的角分布 溅射原子的能量分布和角分布： 离子溅射用于镀膜时，入射能量较低。在垂直入射的情况下，当入射离子的能量变低时，溅射原子的角分布也由余弦关系变为低于余弦的关系，如图11-22所示。 溅射原子的能量分布和角分布： 对比图11-23和图11-24，对于轻离子溅射，随着入射角的增加，溅射产额显著增加；角分布的最大