ITO真空溅射镀膜-ppt课件.ppt
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1、第四章 真空溅射镀膜 Vacuum Sputtering Coating 1PPT课件教学重点:溅射镀膜原理;磁控溅射靶;靶的磁场分布计算;典型镀膜机 2PPT课件4.1 溅射技术 Sputtering Technique 3PPT课件1)定义: 溅射用荷能粒子(气体正离子)轰击物体,从而引起物体表面原子从母体中逸出的现象及过程。被轰击物体处于负电位,故称为“阴极溅射”。 溅射镀膜中,被轰击物体称为“靶”。2) 理论蒸发论动能论,温度论; 溅射论动量论; 混合论。4PPT课件3)参数 溅射率 = 溅射出的靶材原子数 / 入射正离子数影响因素:靶材成分原子序数大,大;入射正离子种类惰性气体大,常
2、用氩气Ar;正离子入射角度7080时有最大值;P92 Fig 4-4靶材温度低温时不变,高温时剧增;P92 Fig 4-55PPT课件4)特点: 可控性好,重复性好;膜的附着强度高:溅射粒子能量高几十几eV,对比 蒸发粒子0.几eV; 可形成伪扩散层; 等离子体的清洗和激活基体表面作用; 附着不牢的粒子被清除掉。膜材成分广泛:靶材种类块体、颗粒、粉体;单质、化合物、混合物; 膜材成分单质膜、化合物膜、混合物膜、多层膜、反应膜;组分基本不变,偏析小,不受熔点限制;成膜速率比蒸发镀膜低,基片温升高,受杂质气体影响严重。6PPT课件5)方式:(普通)直流溅射二级溅射、三级或四级溅射(直流)磁控溅射高
3、频溅射射频溅射反应溅射 要点:弹粒子入射成分 惰性气体Ar+ 来源 气体放电 要求 处于溅射能量阈 低压气体环境(输运过程的要求)7PPT课件8PPT课件9PPT课件10PPT课件4.2 直流溅射镀膜 D.C. Sputtering Technique 11PPT课件1)二极溅射 原理:异常辉光放电产生正离子结构:镀膜室 基片架及基片溅射靶 加热装置(促进发射电子) 充气系统工作气体Ar气,反应气体抽气系统本底真空 10-3Pa,工作真空 110Pa电气系统放电电源12PPT课件缺点:参数不能单独控制,靶材必须为良导体,且易于发射电子沉积速率低 基片温升高(电子轰击)13PPT课件14PPT课
4、件2)三极(四极)溅射 结构15PPT课件 阴极、阳极间形成放电,产生等离子体,其中的正离子轰击低电位的靶(第三极),将其溅射沉积在对面的基片上(无电位)。加稳定性电极(第四极)改进:放电不依赖阴极的二次电子发射, 正离子、溅射速率由热阴极的发射电流来控制 可控性和重复性好16PPT课件4.3 (直流)磁控溅射镀膜 Magnetron Sputtering Technique 利用磁场控制电子的运动 17PPT课件1)磁控原理:电子在静止电磁场中的运动电子速度:V/ 平行于B的速度分量,产生漂移运动;V垂直于B的速度分量,产生回旋运动;合成螺旋运动回转半径回转周期无平行电场时的节距: BvqB
5、vmRBqBmT22BvTvh/218PPT课件有平行电场时的节距: B/E,且B、E均匀 B、E反向 电子被加速 电子回旋的螺距增大B、E同向 电子被减速 电子回旋的螺距减小 有正交电场时的运动 BE 且B、E均匀 摆线轨迹(直线运动与圆周运动的合成) 电子在第三轴方向行走,在E方向仅有限高度摆线轨迹(旋轮线半径) m式中e 电子电荷量C;m电子质量kg;B磁感应强度T;E电场强度V/m。 2eBmEre19PPT课件应用实例:平面电极均匀正交电磁场 平面磁控靶 同轴圆柱电极径向电场轴向磁场 同轴圆柱靶 磁控的目的:利用磁场的束缚效应,使电子轨迹加长,使放电可以在较低的电压和气压条件下维持。
6、磁控溅射的特点: 电子利用率高,低气压、低电压下能产生较多正离子溅射速率高; 电子到达基片时是低能状态,升温作用小基片温度低; 放电集中于靶面; 沉积速率大。20PPT课件21PPT课件1)磁控靶设计要点:产生均匀正交电磁场,电场,磁场。关心水平磁场的强度和分布。磁场形成封闭回路,电子在其中循环飞行。防止非靶材成分的溅射,加屏蔽罩。屏蔽间隙2re结构形式:107 Fig4-15圆平面靶 22PPT课件 矩形平面靶 23PPT课件 同轴圆柱靶 24PPT课件S枪(圆锥靶) 25PPT课件旋转圆柱靶(柱形平面靶) 26PPT课件特殊结构靶 27PPT课件3)工作特性及参数 电流电压特性: 低压等离
7、子体放电 电压,电流;气压p,放电电压U,电流I; 与靶的结构有关。沉积速率:单位时间成膜厚度 q r nm / min相对沉积速率与气压的关系 P110 Fig4-19 沉积速率与靶电流的关系 P110 Fig4-21 沉积速率与靶基距的关系 P110 Fig4-20 nUpKj)(28PPT课件功率效率=沉积速率(nm / min )/靶功率密度(W/cm2)最大功率密度 功率过大会引起靶开裂、升华、熔化。是限制沉积速率的重要因素;水冷系统的主要设计依据 29PPT课件4.4 射频溅射镀膜 R.F.(Radio Frequency) Sputtering Coating 30PPT课件1)
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