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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)。 , Q% S7 }0 m7 A
溅射成膜法的特征* J1 _" N& y' T
' e/ K C7 X9 H* M/ S# Q+ b
1：成膜原材料粒子能量大、在基板上粘附力强、成膜牢固。
0 g6 W+ n: D6 R9 x1 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。
" j/ w8 e( I8 _* Y( h3：高熔点材料也可以成膜。
4 H6 r2 f9 @- L+ U9 A: J4：成膜厚度容易控制。
2 h. ~4 P R- L: i7 g5：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。
2 G) l7 q( ?2 K# _, n" d6：可以大面积均匀成膜。
) b0 h. [, I8 _7 z1 }" w+ k7：如果把基板放到靶的位置上、则可以切削基板表面。+ ^: t% q% Q+ L, s0 Q- P' s
溅射成膜方式 1 @7 H) Q4 p0 T6 b F& x3 t! Z
一、 DC溅射成膜. Y8 t9 b- C" P. c- k# ^$ l0 V: d/ y
原理 1 d* E& g( L1 ~* B: ^" l; h6 l
+ Q; H- H& @6 n2 r$ x* r$ @1：成膜基板和膜靶材近距离配置。
5 A; j3 U* f# n' l. R2：到达真空状态之后，在靶和基板之间加高电压。
/ b; {0 V% P0 M! s# e6 C6 m3：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。 # G4 a( g" w0 U1 ~2 b% K
4：离子撞击靶后，把靶材的粒子溅射出去。 6 p- u0 B }4 y
5：被溅射出来的靶材的粒子到达成膜基板上成膜。 9 W7 A. x7 m7 u' p
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:4 n" P6 P+ q! i: q# G
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。
, e C/ N# Q# u5 u9 J; [2 K $ b* n+ ?6 ?8 }; U. h5 ^ g
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。
! C. B; ]1 ]0 _# m4 z7 u& v( ?" H2 X3 H2 P
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。 2 D- K/ N$ b# V6 ?; x5 A/ b) _
2 X$ D& o2 \( s, w1 ^) L' W6 B, @
二、RF溅射
& s& _6 {* I' ^( v$ ]3 a1 ]7 h: r6 j 原理
% O; X4 u- ]& E$ L8 _
& {7 M7 c& R3 C7 d* P9 L g1：靶和成膜基板近距离配置。
7 k# s \( W5 Y. F2：真空腔体和靶之间加高频率电压。 6 A! S3 R) m0 x) ?
3：因为是交流电压，所以带电粒子的加速方向随电压而变。 ! ]/ N' |( y1 ~ D8 f ?7 t1 y; @0 h
4：因为电子比离子轻，容易移动。
- j$ n; X0 M$ }) f4 [5：靶一侧的电子没有流通渠道、使电子密度升高。
/ [. x1 p: t1 ]" f' U. v6：高密度的电子使靶带有负电、会吸引更多的阳离子撞击靶。
, b) A2 [+ R8 P
; C6 z/ \3 N* W& L4 d 三、磁控溅射6 W+ v2 f8 M4 l3 f
原理
# n/ h1 { y7 O- u2 \5 |
7 ~ z# U# @: J; @1：成膜基板和靶近距离配置、靶材的后面安装有磁铁。
8 V2 R" \! C) n7 k. Y2：加高电压之后诱发溅射。
! M$ w* Z$ J- c, v0 P" J; h" d) y3：因为靶周围有磁场、电子沿磁力线做螺旋运动。 , I( Q/ h! c$ I2 c* p, ~- \
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。 5 n; `- p8 J X' C% K1 _1 V; D
8 d. { _$ Y) m# E# l. o
特征
+ t& }0 [1 M1 a6 x2 O; K: k1 Y! n7 o, e; S# M
1、也可使用高频电源。 1 Z# k! b+ Q+ S" V; A6 C
2、在成膜基板附近没有等离子状态、基板不受损伤。 V# v* R* Z$ W, o
3、溅射量大。
9 ]- Z9 O6 V0 o
, }# N8 X. V% _; b1 X( i6 j4 @ 缺点
$ N5 B( ^4 m3 Y) x9 C2 E) [1 a0 a, W, ^ f5 w8 G+ H
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)。 / h2 w& U& x1 ?0 w/ t( q* q
四、离子束溅射
+ V# _ S+ H( e 这是唯一一种不用放电的溅射方法。
, S* q7 j. \# G) |. g* q3 o 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+ }3 c1 R, I1 Z3 c
8 `/ s) Q1 m+ ]" S9 B+ Q* z 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。, }5 K. C+ \3 ~+ y. F
3 O; o( T1 I; }4 e (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。) 0 ]5 a, E+ W" o$ G9 c W' U. K
特征 ( c) }4 g& J( J( P. n
1、不需要放电来产生等离子状态、高真空状态下也可成膜。
1 l3 [& p) e: m2 b: P) g2、离子源独立存在、单独设定容易。
, }/ ~7 V+ k' T3 m" E. B/ E3、靶材不需要导电性。9 \5 A5 Y# B; j: _+ _: m( F
缺点
. _# K) _/ L9 H6 E1、设备复杂、昂贵。 5 @0 G( f+ |, F8 F% U# F& j
2、成膜速度慢。
- q% ~6 M4 b& }+ J H" p- {* Z* h, N4 ?6 f4 b8 J7 ^6 ?% V5 U4 d
溅射成膜设备的构成 8 [( }7 [1 W4 U" ?
8 g1 N9 }( H# S9 L 除了离子束溅射之外、设备基本构成如下:' Q2 b; G! N& S# P8 i( h8 C
1、真空腔体(气体导入口、基板和靶出入口等)。
, Z8 v5 a' J5 r$ W( G2、排气系统(旋转泵、分子泵、因为要放电、所以不需要高真空)。
; y! W2 v. | A- e: c' @3、成膜基板台。
' Y$ u0 ^3 n, ?/ {. I4、靶台。 . d7 \. \7 z" g( _- h8 ?
5、电源(高频电源、高压电源)。 % K/ A% t8 N( j) F
6、控制系统。
3 h" l ~# i" p' I' g/ |4 U
\- l4 P8 d+ }5 s' ^# M$ _& @" j) M8 y 溅射利用法. O U+ K8 V* K8 A2 o5 w
) N, v9 u+ R. t3 x" w( K) }' S磁气记录媒体。 x+ v; i G2 a$ o$ ]) N/ a d
CD/DVD(信息记录的金属膜)。 L; I( m" I1 H+ F6 c8 b8 a
半导体(电路、各种传感器)。
6 e9 } I0 ^. j: Z/ Z: z磁头。
- J$ O' `* G7 a4 j* F打印机头部。
+ i/ Z; n4 m) f液晶(透明电极部分)。 ) l7 l# e A) v
有机EL表示装置(透明电极部分)。 + A* B: }* E5 b
高辉度光电管。 }# D& M8 ?4 ]2 E a2 Z, q
电子显微镜样品制作。
5 A. T( T M t0 X0 ~光触媒薄膜。 ; Y( B4 K5 z/ ]* M1 n. y
表面分析(利用溅射的切削作用)。 0 }2 L) e U* `
形状记忆合金薄膜。
- g- v4 `' l1 V \8 w3 I0 P# ]塑料或玻璃的电子屏蔽膜。 |
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发表于 2009-3-4 12:39:18
