《磁控溅射、反应溅射与中频溅射》由会员分享，可在线阅读，更多相关《磁控溅射、反应溅射与中频溅射（45页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、复旦大学 材料科学系 沈杰,磁控溅射、反应溅射与中频溅射原理与应用,目录,磁控溅射 基本原理与特点 磁控溅射类型 反应溅射 化合物薄膜 反应溅射原理 反应溅射工艺参数 中频溅射 直流反应溅射的缺陷 中频溅射原理 中频溅射工艺参数,目录,磁控溅射 基本原理与特点 磁控溅射类型 反应溅射 化合物薄膜 反应溅射原理 反应溅射工艺参数 中频溅射 直流反应溅射的缺陷 中频溅射原理 中频溅射工艺参数,二极溅射缺点,成膜速率低 基片温度高,二极溅射电子作用,碰撞放电空间的气体粒子，产生维持和增强放电所需的电离(有利但较小) 到达阳极，撞击基片使之温度升高(不利但较大),磁控溅射特点,高速 低温,磁控溅射特点
2、,高速 如Al的成膜速率可达1m/min，接近电子束蒸发，比二极溅射高一个数量级 低温,磁控溅射特点,高速 如Al的成膜速率可达1m/min，接近电子束蒸发，比二极溅射高一个数量级 低温 同样条件下，二极溅射基片温升可达350450，磁控溅射仅250,磁控模式,利用垂直于靶面的电场与平行于靶面的磁场形成二次电子的捕集阱，电子运动方向受电磁场控制，沿着同时垂直于电场和磁场的方向漂移，电子在运动过程中不断与气体分子碰撞电离，直到二次电子能量耗尽。,二次电子运行路程大大增加，碰撞电离几率也大大增加，离子数目增加使溅射速率相应增加,到达基片以及阳极的二次电子能量几乎耗尽，基片温升明显下降,高速,低温,
3、带电粒子在复合电磁场中的运动,电子在电场和磁场中受到的力,EB 漂移,E=0，B为均匀磁场，电子沿磁力线以速度vE漂移，同时沿磁力线回旋运动 回旋频率回旋半径,带电粒子在复合电磁场中的运动,电子漂移沿着同时垂直于E和B的方向，即EB方向，电子加速同时旋转,带电粒子在复合电磁场中的运动,静态开始运动的电子，在均匀且相互垂直的E和B场中运动轨迹为摆线。,带电粒子在复合电磁场中的运动,同轴圆柱面磁控溅射,同轴圆柱面磁控溅射,平面磁控溅射,平面磁控溅射,目录,磁控溅射 基本原理与特点 磁控溅射类型 反应溅射 化合物薄膜 反应溅射原理 反应溅射工艺参数 中频溅射 直流反应溅射的缺陷 中频溅射原理 中频溅
4、射工艺参数,反应溅射化合物薄膜,目录,磁控溅射 基本原理与特点 磁控溅射类型 反应溅射 化合物薄膜 反应溅射原理 反应溅射工艺参数 中频溅射 直流反应溅射的缺陷 中频溅射原理 中频溅射工艺参数,反应溅射原理,溅射过程中加入活性气体，制备成分与特性可控的化合物薄膜 反应在哪里进行？ 真空室空间？ 能量守恒定律 化学反应能量释放 空间不可能进行反应 反应在表面进行：基片表面、靶表面,反应溅射原理,优点 可使用高纯金属靶与高纯气体制备高纯度化合物薄膜，避免制备化合物靶材带来的困难 调节沉积工艺参数，可以制备不同配比的化合物薄膜 无需射频电源，适合大面积生产 基片不需要高温，对基片材料限制较少 二种模
5、式 金属模式：靶面上溅射出来的金属原子或离子与活性气体原子或离子在基片上反应，生成化合物薄膜 化合物模式：靶面上反应生成化合物，化合物再被溅射到基片上形成化合物薄膜,目录,磁控溅射 基本原理与特点 磁控溅射类型 反应溅射 化合物薄膜 反应溅射原理 反应溅射工艺参数 中频溅射 直流反应溅射的缺陷 中频溅射原理 中频溅射工艺参数,反应溅射工艺参数,沉积速率 真空室气压 溅射电压,反应溅射工艺参数,沉积速率 真空室气压 溅射电压,Deposition rate versus oxygen partial pressure for an iron target in an Ar-O2 mixture.
6、,反应溅射工艺参数,沉积速率 真空室气压 溅射电压,反应溅射工艺参数,沉积速率 真空室气压 溅射电压,反应溅射工艺参数,沉积速率 真空室气压 溅射电压,反应溅射工艺参数,沉积速率 真空室气压 溅射电压,目录,磁控溅射 基本原理与特点 磁控溅射类型 反应溅射 化合物薄膜 反应溅射原理 反应溅射工艺参数 中频溅射 直流反应溅射的缺陷 中频溅射原理 中频溅射工艺参数,中频溅射,直流反应溅射的缺陷“积累电荷放电”稳定工况“靶中毒”提高效率,弧光放电,1 高压击穿放电2 微弧放电3 极间放电,灭弧电源,“灭弧”供电 A2K(Action Arc Killing)电源 正脉冲平均电压 6080 V 负脉冲
7、平均电压 500600 V 脉冲宽度比(放电/溅射) 1:41:8 频率 10 kHz,直流反应溅射缺陷,靶面“中毒”与打火 靶面上形成了绝缘性的化合物薄膜 绝缘膜上正电荷积累 绝缘膜被击穿 溅射空间出现高电流低电压的弧光放电 “打火” 镀膜过程不稳定和中断 打火 靶面局部熔化 喷射 薄膜缺陷增多 质量下降 靶面受损 使用寿命减少 阳极消失 成膜速率低,目录,磁控溅射 基本原理与特点 磁控溅射类型 反应溅射 化合物薄膜 反应溅射原理 反应溅射工艺参数 中频溅射 直流反应溅射的缺陷 中频溅射原理 中频溅射工艺参数,中频溅射,孪生靶磁控溅射(TwinMag) 双靶磁控溅射(Dual Magnetr
8、on Sputtering),中频溅射工作原理,优点： 双靶互为阴极、阳极 无阳极消失问题 无积累电荷问题 频率40 kHz，部分覆盖化合物的靶面能正常溅射 采用气体反馈控制将工作区稳定在曲线拐点附近，比完全化合物靶材沉积速率高310倍 基片受离子轰击，有离子辅助镀膜作用,缺点：基片温度升高100 oC,中频溅射电源,脉冲组合电源,目录,磁控溅射 基本原理与特点 磁控溅射类型 反应溅射 化合物薄膜 反应溅射原理 反应溅射工艺参数 中频溅射 直流反应溅射的缺陷 中频溅射原理 中频溅射工艺控制,中频溅射工艺控制,采集信号,阀门反馈速度,气流模型,计算机数据处理,控制反应气体的反馈输入,中频溅射工艺控制,反应气体闭环控制,脉冲送气控制,等离子体发射测量(PEM)控制,中频溅射工艺控制,等离子体发射测量(PEM)控制,反应气体闭环控制,脉冲送气控制,中频溅射工艺控制,反应气体闭环控制 利用恒流源的电压变化作为信号源，通过计算机处理，控制快速反应的馈入气体阀，来完成对反应溅射的闭环控制,等离子体发射测量(PEM)控制,脉冲送气控制,中频溅射工艺控制,脉冲送气控制 送入1.6s，切断1s，TiN沉积速率提高70% 脉冲送气提高沉积速率23倍，且以锯齿波形效果最好,等离子体发射测量(PEM)控制,反应气体闭环控制,Q&A Thanks!,
