各种溅射镀膜方法

zpur1983

各种溅射成膜方法

溅射和真空镀气是利用物理现象的成膜方式。利用化学反应的代表性成膜方式为化学气相成膜法(CVD)。
溅射成膜法的特征
1：成膜原材料粒子能量大、在基板上粘附力强、成膜牢固。
# k; e$ d7 p' A' A' Y; w2：对于合金或化合物的靶材、保持原材料组成不变也可以成膜。
. x/ e4 E# f6 b# ?! S3 z- d* B" c3：高熔点材料也可以成膜。
4：成膜厚度容易控制。
$ D  a* ]. \5 G- o( J5：如果在成膜过程中导入反应性气体、则能合成氧化膜或氮化膜等。
) j  Y; F5 u' x$ j5 T6：可以大面积均匀成膜。
. O8 _5 {% a' c6 d$ B7：如果把基板放到靶的位置上、则可以切削基板表面。

8 ?" \, Q$ R1 ^/ o6 ?0 d4 Q溅射成膜方式
7 _) o/ Y) m6 K

一、　DC溅射成膜
1 B9 m" G6 @5 U% j$ M　　原理
# C8 P! _) b) \$ F! s; T
- D1 k1 g# X1 |2 f  ?' o- \% t# ~  ^1：成膜基板和膜靶材近距离配置。
2：到达真空状态之后，在靶和基板之间加高电压。
- w/ i8 B( f6 f, `2 L$ o! ~3：电子和离子在高电压下高速运动，离子撞击靶材，高速运动的电子和离子与气体分子碰撞，产生更多的离子。
4：离子撞击靶后，把靶材的粒子溅射出去。
5：被溅射出来的靶材的粒子到达成膜基板上成膜。

这是最初被采用的溅射成膜法。长处在于构造简单，但同时存在以下缺点:
    1、发生辉光放电，设备的真空程度较差，残留气体影响较大。比如说成长的薄膜和残留气体发生化学反应，或薄膜中有气泡等。
   
+ F' {' ?2 w1 a+ I/ n2 E; j* y    2、气体成为等离子体状态，基板也处在高温的等离子状态中。因为高温可能会损伤基板。
3 c' _4 F! M& u, N) ?' ]# n3 z
    3、原料(靶)是强绝缘体的时候，表面会有离子堆积，使放电中止。

二、RF溅射
- K9 m" ?5 T# Y" |( Q7 O    原理
$ c$ e# E5 [% }5 d& K2 {2 f
" \( M4 e; S+ V0 g# B, I+ m1：靶和成膜基板近距离配置。
2：真空腔体和靶之间加高频率电压。
3：因为是交流电压，所以带电粒子的加速方向随电压而变。
4：因为电子比离子轻，容易移动。
3 S# w8 Q: R4 M5 r' w. c5：靶一侧的电子没有流通渠道、使电子密度升高。
2 f( l% T' j# R# j! X) I6：高密度的电子使靶带有负电、会吸引更多的阳离子撞击靶。

* h0 k5 H0 e! G3 S4 N
1 R* R% H0 B: s- k8 _# R三、磁控溅射
) O3 \3 e5 P5 X* A5 E    原理
8 a2 ~% U2 x  j1 ]/ K
1：成膜基板和靶近距离配置、靶材的后面安装有磁铁。
2 V" p* s4 w7 Z: M2：加高电压之后诱发溅射。
9 [" g- H4 {4 @0 W2 j& d  x0 l0 w3：因为靶周围有磁场、电子沿磁力线做螺旋运动。
4：在螺旋运动电子的周围产生等离子状态、可进行高密度溅射。

/ I7 o0 L7 b. l6 R0 F% z　　特征
5 m, t5 f' P( K/ d
1 o4 W0 E  v1 f& H1、也可使用高频电源。
2、在成膜基板附近没有等离子状态、基板不受损伤。
3、溅射量大。
5 Z) i& K; p. Y% K$ G$ b' b# i) d
$ C0 ?7 d$ t8 l: |2 ]: r  　缺点
　　靶材的磨损不均匀(磁场较强的地方被大量溅射、在磁场南北极中间线附近溅射量较少)。

6 \+ S$ J: {( V四、离子束溅射
- I: S$ [- m+ I4 o$ k) H% I
; p- `' W' S( F; B$ A这是唯一一种不用放电的溅射方法。
' ^- D- K1 t! S4 f$ J2 t% F  y- x, b9 L4 c      从离子枪(产生离子并加速的设备)发射出来的高速离子照射靶材使其溅射后堆积在基板上成膜其
; K: Q4 G2 e8 l) w# v
* h4 ^1 i! i* l) u5 Q      他的几种溅射方式都利用等离子状态、基板同时也受到电子和离子的影响。离子束溅射不采用放电现象。但是为了使离子枪持续产生离子也需要供应惰性气体。
7 i! m5 o2 v( h* Z& I3 q; T
      (注:使原材料离子化而射向基板的手法被称为离子注入法、而不是溅射。)

      特征
. F5 n$ l, `6 v/ S2 K1、不需要放电来产生等离子状态、高真空状态下也可成膜。
' i* f% G9 r+ B0 G5 E# {! a) W2、离子源独立存在、单独设定容易。
3、靶材不需要导电性。

缺点
4 d" v' b: L) g+ m4 }% N( k* Q2 u2 O1、设备复杂、昂贵。
2、成膜速度慢。

# J7 B' |/ }) w; u" D
溅射成膜设备的构成
. r" d$ c& w/ |3 s5 [$ a+ M
/ c: i1 j. T2 i: ~
1 v' \: z+ i: C( |! |$ H8 g: u除了离子束溅射之外、设备基本构成如下:

1、真空腔体(气体导入口、基板和靶出入口等)。
2、排气系统(旋转泵、分子泵、因为要放电、所以不需要高真空)。
3、成膜基板台。
# T( ~4 w0 T$ g4、靶台。
5、电源(高频电源、高压电源)。
+ y) R' {% A# y" k6、控制系统。

& v; ]+ ^5 B0 b7 ?- y溅射利用法
+ k, V$ [# L1 H) ]+ ~6 S磁气记录媒体。
7 g8 i3 H$ E  mCD/DVD(信息记录的金属膜)。
半导体(电路、各种传感器)。
% ^& N) t9 W5 ~磁头。
打印机头部。
$ g3 `; f& e; a$ P% Q6 f* i液晶(透明电极部分)。
有机EL表示装置(透明电极部分)。
高辉度光电管。
% v# G( H) u9 u' t6 T. i% X& n电子显微镜样品制作。
. k8 r/ ]+ I/ A9 o* G, k光触媒薄膜。
表面分析(利用溅射的切削作用)。
形状记忆合金薄膜。
: ^  e2 d, \4 \7 Y5 A8 V! ^塑料或玻璃的电子屏蔽膜。