<track id="r0j4x"><strike id="r0j4x"></strike></track>
    1. 首頁 > 技術交流

      技術交流

      關于濺射

      濺射

      一、?????????? 濺射的基本內容:

      1、定義:所謂濺射,就是這充滿腔室的工藝氣體在高電壓的作用下,形成氣體等離子體(輝光放電),其中的陽離子在電場力作用下高速向靶材沖擊,陽離子和靶材進行能量交換,使靶材原子獲得足夠的能量從靶材表面逸出(其中逸出的還可能包含靶材離子)。這一整個的動力學過程,就叫做濺射。

      入射離子轟擊靶面時,將其部分能量傳輸給表層晶格原子,引起靶材中原子的運動。有的原子獲得能量后從晶格處移位,并克服了表面勢壘直接發生濺射;有的不能脫離晶格的束縛,只能在原位做振動并波及周圍原子,結果使靶的溫度升高;而有的原子獲得足夠大的能量后產生一次反沖,將其臨近的原子碰撞移位,反沖繼續下去產生高次反沖,這一過程稱為級聯碰撞。級聯碰撞的結果是部分原子達到表面,克服勢壘逸出,這就形成了級聯濺射,這就是濺射機理。當級聯碰撞范圍內反沖原子密度不高時,動態反沖原子彼此間的碰撞可以忽略,這就是線性級聯碰撞

      ?????? 2、濺射的四要素:

      ??????????? ①:靶材物質

      ??????????? ②:電磁場

      ??????????? ③:底物

      ??????????? ④:一整套完整配備的鍍膜設備

      ?????? 3、濺射收益:

      3.1、離子每一次撞擊靶材時,靶材所釋放出的靶材原子。

      3.2、影響濺射收益的因素:

      ??? ①:等離子體中離子動能

      ??? ②:入射離子的入射角度

      3.3、最大濺射收益的決定因素:

      ??? ①:入射角度在45°-50°左右

       ?、冢喝Q于靶材物質

      3.4、入射角度的影響因素

      ??? ①:由電場決定

      ??? ②:靶材表面于入射源的相對角度

      4、濺射率:

      4.1、定義:每單位時間內靶材物質所釋放出的原子個數

      4.2、濺射率的影響因素

      ??? ①:離子動能(取決于電源電壓和氣體壓力)

      ?????? ②:等離子密度(取決于氣體壓力和電流)

      ?? 4.3、統計學公式:Rs(統計學)=d/t。

      注:濺射原子溢出角度大部分在0~10度之間,因此在腔室內所有區域都可能被鍍上一層膜,久之會產生污染。所以真空濺射腔室內必須進行定期清潔。

      二、?????????? 濺射種類:

      1、反應濺射:氧化物,氮化物作為沉積物質

      現象:①:靶材分子分裂,其于工藝氣體離子發生反應,形成化合物

      ????? ②:膜層性能改變

      ????? ③:靶材有可能中毒

      2、二極濺射(見下圖):二極濺射是一種經典的標準濺射技術,其中等離子體和電子均只沿著電場方向運動。

      特征:①:無磁場

      ????? ②:濺射率低

      ????? ③:放電電壓高(>500V)

      ????? ④:鍍膜底物受熱溫度極易升高(>500°C)

      用途:主要用于金屬靶材、絕緣靶材、磁性靶材等的濺射鍍。


      3、磁控濺射(見下圖):暗區無等離子體產生,在磁控濺射下,電子呈螺旋形運動,不會直接沖向陽極。而是在電場力和磁場力的綜合作用在腔室內做螺旋運動。同時獲的能量而和工藝氣體以及濺射出的靶材原子進行能量交換,使氣體及靶材原子離子化,大大提高氣體等離子體密度,從而提高了濺射速率(可提高10—20倍)和濺射均勻性。

      4、二極濺射與磁控濺射對比:

      4.1:靶材利用率(TU):是指發生濺射的靶材質量占原靶材質量的比率。

      ??? 公式表示:靶材利用率={原靶材質量(Kg)—濺射后靶材質量}/原靶材質量

      ??? 靶材利用率對比見下表:


      注:①:磁控濺射靶材利用率稍低,電壓要求低,電流會高,濺射率提高,增加生產效率,降低成本。

      ??????? ②:靶材使用壽命結素之前必須及時更換新靶材,防止靶材周圍物質發生濺射(金屬箔片、連接片、陰極)

      4.2、兩種濺射技術的區別:

      ??? ①:靶材利用率不同

      ??? ②:濺射腔室和陰極設計要求不同

      ??? ③:放電電流和放電電壓不同(見下表)

      ??? ④:濺射率不同:磁控濺射有更短的沉積時間,更高的沉積量和更短沉積周期。

      以下引自書籍:

      《真空濺射技術》
      2?所謂“濺射”就是用荷能粒子(通常用氣體正離子)轟擊物體,從而引起物體表面原子從母體中逸出的現象。
      2?1842年Grove(格洛夫)在實驗室中發現了這種現象。
      2?1877年美國貝爾實驗室及西屋電氣公司首先開始應用濺射原理制備薄膜。
      2?1966年美國國際商用電子計算機公司應用高頻濺射技術制成了絕緣膜。
      2?1970年磁控濺射技術及其裝置出現,它以“高速”、“低溫”兩大特點使薄膜工藝發生了深刻變化,不但滿足薄膜工藝越來越復雜的要求,而且促進了新工藝的發展。
      2?我國在1980年前后,許多單位競先發展磁控濺射技術。目前在磁控濺射裝置和相應的薄膜工藝研究上也已出現了工業性生產的局面。
      ?
      第一節 濺射理論及其濺射薄膜的形成過程
      u濺射理論
      被荷能粒子轟擊的靶材處于負電位,所以一般稱這種濺射為陰極濺射。關于陰極濺射的理論解釋,主要有如下三種。
      ??蒸發論
      認為濺射是由氣體正離子轟擊陰極靶,使靶表面受轟擊的部位局部產生高溫區,靶材達到蒸發溫度而產生蒸發。
      ??碰撞論
      認為濺射現象是彈性碰撞的直接結果。轟擊離子能量不足,不能發生濺射;轟擊離子能量過高,會發生離子注入現象。
      ??混合論
      認為濺射是熱蒸發論和碰撞論的綜合過程。當前傾向于混合論。
      u輝光放電
      u直流輝光放電
      在壓力為102-10-1Pa的容器內,在兩個電極間加上直流電壓后所發生的放電過程如圖:
      電壓小時,由宇宙射線或空間殘留的少量離子和電子的存在只有很小的電流。增加電壓,帶電粒子能量增加,碰撞中性氣體原子,產生更多帶電粒子,電流隨之平穩增加,進入“湯森放電區”。電流增加到一定程度,發生“雪崩”現象,離子轟擊陰極,釋放二次電子,二次電子與中性氣體原子碰撞,產生更多離子,這些離子再轟擊陰極,又產生更多的二次電子,如此循環,當產生的電子數正好產生足夠多離子,這些離子能夠再生出同樣數量的電子時,進入自持狀態,氣體開始起輝,電壓降低,電流突然升高,此為“正常輝光放電區”。放電自動調整陰極轟擊面積,最初轟擊是不均勻的,隨著電源功率增大,轟擊面積增大,直到陰極面上電流密度幾乎均勻為止。當轟擊區域覆蓋整個陰極面后,再進一步增加功率,會使放電區內的電壓和電流密度同時升高,進入濺射工藝工作區域,即“異常輝光放電區”。在該區域內,如果陰極沒有水冷或繼續增加功率,當電流密度達到約0.1A/cm2以上,將有熱發射電子混入二次電子之中,隨后發生又一個“雪崩”。由于輸入阻抗限制著電壓,將形成低壓大電流的“弧光放電”。
      形成“異常輝光放電”的關鍵是擊穿電壓VB,主要取決于二次電子的平均自由程和陰陽極之間的距離。為了引起最初的雪崩,每個二次電子必須產生出約10-20個離子。若氣壓太低或極間距離太小,二次電子撞到陽極之前,無法到達所需要的電離碰撞次數;若氣壓太高或極間距離太大,氣體中形成的離子將因非彈性碰撞而減速,以致于當轟擊陰極時,已無足夠的能量產生二次電子。
      直流輝光放電的形貌和參量分布圖:
      i.????? 阿斯頓暗區,不發生電離和激發;
      ii.????? 陰極輝光區,氣體分子激發發光;
      iii.????? 陰極暗區,產生很強的電離,具有很高的正離子濃度,有較強的空間電荷;
      iv.????? 負輝光區,光度最強,有較強的負空間電荷;
      v.????? 法拉第暗區,電離和激發都很??;不一定是輝光放電必須的,是起連接作用。
      vi.????? 正柱區,等離子區,幾乎與法拉第暗區等電位;
      u低頻交流輝光放電
      在頻率低于50KHz的交流電壓條件下,離子有足夠的活動能力且有充分的時間,在每個半周期內在各個電極上建立直流輝光放電。除了電極交替地成為陰極和陽極之外,其機理基本上與直流輝光放電相同。
      我們常用的中頻濺射屬于這個范圍,中頻濺射的頻率為40KHz。
      u射頻輝光放電
      ??兩個重要特征:
      第一、在輝光放電空間中電子振蕩達到足以產生電離碰撞的能量,所以減小了放電對二次電子的依賴,并且降低了擊穿電壓。
      第二、射頻電壓可以穿過任何種類的阻抗,所以電極就不再要求是導體,可以濺射任何材料。射頻輝光放電的陰極室電容耦合電極,陽極接地。
      ??濺射靶和基片完全對稱放置于射頻輝光放電等離子體中,正離子以均等的機會轟擊濺射靶和基片,濺射成膜是不可能的。實際上,只要求靶上得到濺射,那么這個電極(濺射靶)必須絕緣起來,并通過電容耦合到射頻電源上;另一個電極(真空室壁)為直接耦合電極(即接地極),而且靶面積必須比直接耦合電極小。實驗證明:在射頻輝光放電等離子體中陰極電壓Vc與陽極電壓Va之比于陽極面積Aa和陰極面積Ac之比存在如下關系:Vc/Va=(Aa/Ac)4。
      由于Aa >> Ac,所以Vc >> Va,放射頻輝光放電時,等離子體重離子對接地零件只有極微小的轟擊,而對濺射靶卻進行強烈轟擊并使之產生濺射。
      ?
      ?
      下圖為小的容性耦合電極(靶)至大的直接耦合電極之間發生射頻輝光放電時,極間電位的分布圖。
      ?
      u濺射過程
      u靶材的濺射現象
      下圖為荷能離子碰撞表面所產生的各種現象:
      在等離子體中,任何表面具有一定負電位時,就會發生上述濺射現象,只是強弱程度不同而已。所以靶、真空室壁、基片都有可能產生濺射現象。以靶的濺射為主時,稱為濺射成膜;對基片進行濺射現象稱為濺射刻蝕;真空室和基片在高壓強下的濺射稱為濺射清洗。
      我們一般應用為濺射成膜,在各種現象中,人們最關心的是濺射效應,即被正離子轟擊出來的靶材中性粒子的數量,稱為濺射量S。
      濺射率?:表示一個正離子入射到靶材表面從其表面上所濺射出來的原子數。
      u濺射粒子向基片的遷移過程
      靶材受到轟擊所放出的粒子中,正離子由于逆向電場的作用是不能到達基片上的,其余粒子均會向基片遷移。壓強為101-10-1Pa,粒子平均自由程約為1-10cm,因此靶至基片的空間距離應與該值大致相等。否則,粒子在遷移過程中將發生多次碰撞,即降低靶材原子的能量又增加靶材的散射損失。
      雖然靶材原子在向基片遷移的過程中,因碰撞(主要與工作氣體分子)而降低其能量,但是,由于濺射出的靶材原子能量遠遠高于蒸發原子的能量,所以濺射鍍膜沉積在基片上的靶材原子的能量較大,其值相當于蒸發原子能量的幾十至一百倍。
      u粒子入射到基片后的成膜過程
      應考慮如下問題:
      ??沉積速率
      指從靶材上濺射出來的材料,在單位時間內沉積到基片上得厚度,與濺射速率成正比。在選定鍍膜環境以及氣體的情況下,提高沉積速率的最好方法只有提高離子流。不增加電壓條件下增加離子流只有提高工作氣體壓力。
      如圖所示,氣體壓力與濺射率的關系曲線,當壓力增高到一定值時,濺射率開始明顯下降。其原因是靶材粒子的背返射和散射增大,導致濺射率下降。所以由濺射率來考慮氣壓的最佳值是比較合適的,當然應當注意由于氣壓升高影響薄膜質量的問題。
      ??沉積薄膜的純度
      沉積到基片上得雜質越少越好。這里所說的雜質專指真空室殘余氣體。解決的方法是:
      1、提高本底真空度
      2、提高氬氣量。
      為此,在提高真空系統抽氣能力的同時,提高本底真空度和加大送氬量是確保薄膜純度必不可少的兩項措施。
      就濺射鍍膜裝置而言,真空室本底真空度應為10-3-10-4Pa。
      ??沉積成膜過程中的其它污染
      2?真空室壁和室內構件表面所吸附的氣體。采用烘烤去氣方法。
      2?擴散泵返油。配制渦輪分子泵或冷凝泵等比較好。
      2?基片清洗不徹底。應盡可能保證基片不受污染和不帶有顆粒狀污染物。
      ??成膜過程中的濺射條件
      u濺射氣體的選擇
      應具備濺射率高、對靶材呈惰性、價格便宜、來源方便、易于得到高純度的氣體。一般采用氬氣。
      u濺射電壓及基片電位
      濺射電壓及基片電位(即接地、懸浮或偏壓)對薄膜特性的影響嚴重。
      濺射電壓不但影響沉積速率,而且嚴重英雄薄膜的結構。
      基片電位直接影響入射的電子流或離子流。
      1.?基片接地處于陽極電位,則它們受到等同電子轟擊。
      2.?基片懸浮,在輝光放電空間取得相對于地電位稍負的懸浮電位Vf。而基片周圍等離子體電位VP高于基片電位為(Vf+VP),將引起一定程度的電子和正離子的轟擊,導致膜厚、成分或其它特性的變化。如下圖:
      3.?假如基片有目的地施加偏壓,使其按電的極性接收電子或離子,不僅可以凈化基片增強薄膜附著力,而且還可以改變薄膜的結晶結構。
      u基片溫度
      u高純度的靶材
      1.?必須具備高純度的靶材和清潔的靶表面。
      2.?濺射沉積之前對靶進行預濺射,使靶表面凈化處理。
      u由于濺射裝置中存在多種參數間的相互影響,并且綜合地決定濺射薄膜的特性,因此在不同的濺射裝置上,或制備不同的薄膜時,應該對濺射工藝參數進行試驗選擇為宜。
      ?
      第二節 濺射薄膜的特點
      u膜厚可控性和重復性好
      ??控制靶電流可以控制膜厚
      ??通過濺射時間控制膜厚
      u薄膜與基片的附著力強
      ??高能量的濺射原子產生不同程度的注入現象,形成一層偽擴散層
      ??基片在成膜過程中始終在等離子區中被清洗和激活,清除了附著力不強的濺射原子,凈化且激活基片表面。
      u可以制備特殊材料的薄膜
      ??可濺射幾乎所有的固體(包括粒狀、粉狀的物質),不受熔點的限制。
      ??使用不同材料同時濺射制備混合膜、化合膜。
      ??可制備氧化物絕緣膜和組分均勻的合金膜。
      ??可通入反應氣體,采用反應濺射方法制備與靶材完全不同的新的物質膜。如用硅靶制作二氧化硅絕緣膜;用鈦靶,充入氮氣和氬氣,制備氮化鈦仿金膜。
      u膜層純度高
      ??沒有蒸發法制膜裝置中的坩堝構件,濺射膜層不會混入坩堝加熱器材料的成分。
      u缺點:成膜速度比蒸發鍍膜低、基片溫升高、易受雜質氣體影響、裝置結構復雜。
      ?
      第三節 濺射應用范圍簡介

      工業部門
      應用實例
      備注
      電子工業
      半導體材料、電介質材料、導電材料、超導材料、太陽能電池、集成線路及電路元件等
      低基片溫度
      機械工業
      耐蝕、耐熱、耐摩擦性能保護性材料等
      厚膜
      光學工業
      反射膜、選擇性透光膜、光集積回路、反射鏡保護膜
      低基片溫度
      裝飾
      塑料涂層、陶瓷涂層、彩虹包裝等
      厚膜
      航天及交通
      導電玻璃
      擋風玻璃
      ?

      ?


      ?

      国产女主播喷出白浆视频