射頻磁控濺射鍍膜過(guò)程及機(jī)制碩士論文草稿有摘抄有實(shí)驗(yàn)有推斷不保證正確

1、2.1 薄膜的制備方法 濺射鍍膜磁控濺射 濺射過(guò)程遷移過(guò)程成膜過(guò)程濺射鍍膜氣相條件下沉積薄膜有兩種主要的方式 ：物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition, PVD)和化學(xué)氣相沉積(Chemical Vapor Deposition, CVD). 氣相沉積是在氣相環(huán)境中，采用不同的方式（如蒸發(fā)或?yàn)R射），把源材料上的原子或分子轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀?，再沉積到襯底上。這個(gè)過(guò)程一般要在真空室內(nèi)進(jìn)行，以便于控制氣相的成分，而且由于過(guò)程中，源材料要轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀嘣俪练e，所以需要真空以減少大氣對(duì)源材料的污染。氣相沉積的兩種主要方式是蒸發(fā)和濺射，其本質(zhì)區(qū)別是將源材料轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀嗟氖侄尾煌?。蒸發(fā)是采用對(duì)源

2、材料的原子或分子提供熱能，使其逸出；濺射則是采用外來(lái)的高速離子，轟擊源材料，使源材料的原子或分子獲得大量的動(dòng)能而濺射出來(lái)。本論文中樣品采用中科院沈陽(yáng)科學(xué)儀器廠JGP350型磁控濺射鍍膜機(jī)制備，真空抽氣系統(tǒng)由機(jī)械泵（前級(jí)泵）和分子泵（主泵）組成，極限真空度可達(dá)2.0×10-4Pa。濺射系統(tǒng)配有三個(gè)立式靶，其中兩個(gè)接射頻陰極（RF），另一個(gè)接直流陰極（DC）。RF的濺射功率可在0200W之間調(diào)節(jié)，直流電源電壓為02000V。中間樣品控制架上有3個(gè)樣品夾具，樣品控制架可通過(guò)旋轉(zhuǎn)來(lái)選擇所要濺射的靶。其中一個(gè)樣品位的后面有加熱電阻絲，可對(duì)該位置上的襯底加熱，使得襯底溫度在室溫與400之間可調(diào)。

3、靶和襯底間距為5cm。由于靶材CdTe和ZnTe陶瓷靶的電導(dǎo)率較低，所以采用射頻濺射模式。工作氣體為氬氣。磁控濺射所用靶材是純度為99.999%的ZnTe和CdTe化合物陶瓷靶，靶材直徑為100mm、厚6mm。沉積薄膜用的襯底均為普通玻璃，襯底厚1mm，長(zhǎng)寬為2.5×6cm。射頻濺射時(shí)，采用高頻射頻電源（13.56MHz），分別將靶材和真空室的其他部分耦合在電源的兩極，襯底處于靶材對(duì)應(yīng)的位置，與靶材間距為5cm，射頻磁控濺射時(shí)放電的過(guò)程（工作氣體為Ar氣）：1）無(wú)光放電 打開(kāi)射頻電源及電流顯示器，即會(huì)有十毫安以下以下的電流顯示。這時(shí)真空室中一般會(huì)有幾帕到幾十帕的Ar壓，始終有少量Ar

4、處理游離態(tài)，以電子和Ar正離子的狀態(tài)存在。并維持微弱的電流。然后隨著電壓的增加，電流會(huì)逐漸增加。當(dāng)兩極加上電壓后，電子和Ar+在電壓作用下，往返于兩極。這時(shí)外加電壓的變化周期為7e-8s，正離子的濃度來(lái)不及改變，電子的質(zhì)量很小，速度快，可以在電壓方向改變的半個(gè)周期內(nèi)形成電流。升高電壓，電子加速獲得較大動(dòng)能，碰撞Ar氣分子時(shí)，使之電離。增加了正離子和電子的濃度，進(jìn)一步導(dǎo)致電流增加。2）輝光放電區(qū)當(dāng)電壓繼續(xù)升高，電流繼續(xù)增大；電壓升高到500V附近時(shí)，達(dá)到臨界點(diǎn)，產(chǎn)生輝光，同時(shí)電流基本不變，電壓隨之降低。這一階段中，電壓增大到一定的值，正離子在較大的電場(chǎng)作用下，加速獲得足夠的動(dòng)能，當(dāng)電壓進(jìn)一步增加

5、時(shí)，湯森放電的電流將隨之增大，當(dāng)電流增大到臨界點(diǎn)時(shí)，極板兩端電壓突然降低，（在射頻濺射時(shí)，這一區(qū)域也很明顯，在可以起輝的氣壓下，電壓增加到500V左右時(shí)，電流保持不變，電壓突然降低，同時(shí)起輝。）電流突然增大，并同時(shí)出現(xiàn)帶有顏色的輝光，此過(guò)程稱為氣體的擊穿，圖中電壓稱為擊穿電壓。這時(shí)電子和正離子是來(lái)源于電子碰撞和正離子的轟擊（正離子對(duì)陰極的靶材轟擊，轟擊出靶材料中的電子，然后這些電子在加速向陽(yáng)極（一般放有基底的過(guò)程中，會(huì)再把氣體電離，電離出更多的電子和正離子，然后電子再加速，電離氣體，而正離子則獲得動(dòng)能后轟擊陰極，然后不斷循環(huán)并增大，猶如雪崩）。這時(shí)電子和離子的來(lái)源已經(jīng)不再是Ar的自然電離了；這

6、一階段，維持放電的電壓較低，且不變，電流的增大與電壓無(wú)關(guān)，而只與陰極板上產(chǎn)生輝光的表面積有關(guān)。正常輝光放電的電流密度與陰極材料和氣體的種類有關(guān)。氣體的壓強(qiáng)與陰極的形狀對(duì)電流密度的大小與有影響。電流密度隨氣體壓強(qiáng)增加而增大，凹面形陰極的正常輝光放電密度要比平板形陰極大數(shù)十倍以上。由于正常輝光放電時(shí)電流密度仍然比較小，所以在濺射等方面均是選擇在非正常輝光放電區(qū)工作。4）非正常輝光區(qū)在轟擊覆蓋住整個(gè)陰極表面后，進(jìn)一步增加功率，放電的電壓和電流密度將同時(shí)增大，進(jìn)入非正常輝光放電狀態(tài)。其特點(diǎn)時(shí)，電流增大時(shí)，兩放電極板間電壓升高，且陰極電壓降的大小 與電流密度和氣體壓強(qiáng)有關(guān)。因?yàn)榇藭r(shí)輝光已布滿正個(gè)陰極，再

7、增加電流時(shí)，離子層已無(wú)法向四周擴(kuò)散， 這樣，正離子層便向陰極靠攏，使正離子層與陰極間距離縮短，此時(shí)若要想提高電流密度，則必須增大陰極壓降使正離子有更大的能量去轟擊陰極，使陰極產(chǎn)生更多的二次電子。即在正常輝光區(qū)，電壓保持不變，而陰極上被Ar正離子轟擊，并產(chǎn)生二次電子，二次電子獲得加速，飛向陽(yáng)極的過(guò)程中，電離Ar氣，產(chǎn)生更多的電子和正離子。增加電流所以電流的增加，是由于，電子和正離子不斷增加的過(guò)程中，正離子轟擊陰極的區(qū)域也在不斷增加，從而使得電流增加。也就是陰極輝光面積的增加，導(dǎo)致電流的增加。而電流密度的增加，即單位面積的陰極所能產(chǎn)生的電流，與陰極的材料有關(guān)：陰極材料的濺射率高，即每個(gè)Ar離子轟擊

8、陰極時(shí)，可以濺射出來(lái)的電子，原子，離子（離子較難飛出去，因?yàn)殛帢O這邊的電場(chǎng)的作用）越多，電流密度越大。同時(shí)也與氣體的種類有關(guān)，可能氣體的原子質(zhì)量（離子質(zhì)量）比較大時(shí)，轟擊陰極時(shí)，濺射率更高。此外，還與陰極的形狀有關(guān)。凹面形陰極可被轟擊的面積較大。以及其他原因，使其電流密度要比平面靶大數(shù)十倍。而在非正常輝光放電區(qū)，輝光已經(jīng)布滿整個(gè)陰極，即陰極的所有區(qū)域都已經(jīng)在被轟擊，濺射電子（飛出會(huì)后電離更多的Ar氣）濺射出來(lái)的原子（會(huì)釋放出輝光，并沉積到基底上，如果靶面的原子也會(huì)激發(fā)釋放光子，則應(yīng)該在濺射過(guò)程中，應(yīng)該能看到靶材發(fā)光，但是好像沒(méi)注意到，待觀察，可能是處于激發(fā)態(tài)的原子已經(jīng)被轟擊出來(lái)了，即處于激發(fā)態(tài)

9、，能釋放光子的原子能量>脫離靶材表面所需要的能量。）所以在非正常輝光區(qū)，若要提高電流密度，則需要提高電壓，增加轟擊陰極的Ar正離子的能量，使其轟擊陰極時(shí)，產(chǎn)生更多的二次電子（這也說(shuō)明，陰極和陽(yáng)極之間的電流大小 ，由兩者之間電子的數(shù)量決定，或者受限于電子，與到達(dá)陰極的正離子數(shù)關(guān)系不大。，而在射頻濺射時(shí)，則電流完全由電子決定，因此僅有電子才能在高頻下達(dá)到達(dá)到對(duì)面的電極，形成電流。（所謂輝光，就是陰極被正離子轟擊時(shí)，被激發(fā)，然后釋放的光子，或者被濺射出來(lái)的原子在飛行過(guò)程中，被激發(fā)而釋放出來(lái)的光子）在氣體成分和電極材料一定條件下，起輝電壓V只與氣體壓強(qiáng)和電極距離的乘積有關(guān)。氣體成分和電極材料一定

10、時(shí)，起輝電壓V即Ar正離子，在此臨界電壓下的加速下，剛好可以把陰極中的電子轟擊出來(lái)。（氣體壓強(qiáng)影響的應(yīng)該是此時(shí) Ar正離子的數(shù)量；而電極距離影響的是，Ar正離子到達(dá)陰極的難度；氣壓越高，Ar離子越多，則更易轟擊到陰極，就會(huì)降低起輝電壓；電極距離越小，則Ar離子也更易轟擊到陰極所以P*D是一個(gè)綜合性的因素，且PD兩個(gè)量的變化對(duì)起輝電壓的影響是相反的）對(duì)應(yīng)與巴邢曲線的解釋，當(dāng)氣體壓強(qiáng)和間距的乘積過(guò)小時(shí)，則沒(méi)有足夠的Ar氣分子，Ar離子和電子也很少，難以起輝而乘積過(guò)大時(shí)，即Ar氣分子密度較大，而Ar正離子飛行的距離也較長(zhǎng)，中間會(huì)發(fā)生多次碰撞，轟擊陰極時(shí)，能量損失嚴(yán)重，打不出二次電子。大多數(shù)濺射過(guò)程中

11、，都要求氣壓較低，可以減少Ar對(duì)膜的污染；也可以使濺射原子的飛行過(guò)程中，到達(dá)襯底的比例高，損失的能量低。在極電距離小的電極結(jié)構(gòu)，經(jīng)常需要瞬時(shí)增加氣體壓強(qiáng)，以啟動(dòng)放電。（如果電極距離比較大，壓強(qiáng)就可以小一些嗎？電極距離較小時(shí)，二次電子從陰極飛向陽(yáng)極時(shí)，中間電離的Ar氣過(guò)少，難以產(chǎn)生更多的電子和離子，從而引發(fā)雪崩點(diǎn)火，所以磁控濺射，才用磁場(chǎng)把電子圈起來(lái)，增加電子對(duì)Ar氣的電離；那么就需要增加氣壓，增加Ar分子的密度，使電子在較短的過(guò)程中，能碰到到更多的Ar，電離出更多的電子和離子；而如果電極距離較大，則電子較容易電離出較多的電子和離子，但另一方面，如果氣體較高，轟擊陰極的正離子Ar+則因碰撞而損失

12、過(guò)多能量，達(dá)不到轟擊陰極的效果，即，Ar電離產(chǎn)生的兩個(gè)產(chǎn)物，Ar正離子和電子，分別需要有不同的作用，對(duì)于電子，希望它能與可能多的Ar發(fā)生碰撞，電離出更多的正離子和電子； 而對(duì)于正離子，則希望它能盡可能少地發(fā)生碰撞，不損失能量，直接去轟擊陰極；（也就是說(shuō)，正離子與Ar碰撞時(shí)，兩個(gè)粒子的質(zhì)量一樣，僅會(huì)把一部分能量傳遞給Ar原子，而無(wú)法打出電子；而電子則質(zhì)量較小，體積也小，可以與Ar原子中的電子發(fā)生碰撞，從而把Ar原子中的電子打出，但可以把Ar原子中的電子打出）巴邢曲線是針對(duì)直流濺射的曲線。本文中，靶與襯底的間距為5cmm（需要實(shí)際再測(cè)量一下），而起輝時(shí)，氣壓在5Pa以上，P*D也即25帕。Cm，0

13、.2Torr.cm,對(duì)應(yīng)于巴邢曲線則為1KV以上，而本設(shè)備的起輝的電壓不超過(guò)500V，明顯偏低。5）弧光放電異常輝光放電時(shí)，在某些因素的影響下，常有轉(zhuǎn)變?yōu)榛」夥烹姷奈ｋU(xiǎn)，此時(shí)，極間電壓陡降，電流突然增大，相當(dāng)于極間短路，且放電集中在陰極的局部地區(qū)，致使電流密度過(guò)大而將陰極燒毀，同時(shí)驟然增大的電流有損壞電源的危險(xiǎn)。此時(shí)可能是導(dǎo)致突然兩電極之間的電子流通過(guò)多，過(guò)快，在這一相對(duì)區(qū)域，電流迅速增加；產(chǎn)生弧光，；有可能是由于兩電極的某一區(qū)域，突然有Ar氣被大比例電離，并引發(fā)更多的Ar氣電離，產(chǎn)生區(qū)域內(nèi)的雪崩效應(yīng)）兩電極之間發(fā)生正常輝光放電時(shí)，電壓電流關(guān)系如上。兩電極之間發(fā)生異常輝光放電（即濺射區(qū)域）時(shí)，

14、電壓V與電流密度j和氣壓P的函數(shù)關(guān)系如下： V=E+F（j）1/2/P其中V為放電電壓，j為電流密度，E和F是由電極材料、尺寸、和氣體種類決定的常數(shù)。在達(dá)到異常輝光放電區(qū)后，繼續(xù)增大電壓，一方面有更多的正離子轟擊陰極產(chǎn)生大量電子發(fā)射，另一方面因陰極暗區(qū)隨電壓增加而收縮。如果室壁或其他物體正好位于陰極附近，則離子密度和濺射速率的均勻性將發(fā)生嚴(yán)重差別，由于離子轟擊是清除表面雜質(zhì)的一種方法，任務(wù)雜質(zhì)一經(jīng)釋放，將會(huì)成為放電的成本 ，并進(jìn)而混入沉積的薄膜中。所以，無(wú)關(guān)零件應(yīng)遠(yuǎn)離陰極及沉積區(qū)。低壓直流輝光放電時(shí)的暗區(qū)和亮區(qū)的分布。從冷陰極發(fā)射的電子能量只有1eV左右，很少發(fā)生電離碰撞，所以在陰極附近形成暗

15、區(qū)。（阿斯頓暗區(qū)）被正離子從陰極轟擊出來(lái)的電子，其初始動(dòng)能較小，僅有1eV左右。難以和Ar發(fā)生電離碰撞。所以在陰極附近形成暗區(qū)，沒(méi)有輝光。然后是比較明亮的陰極輝光區(qū)：它是在加速電子碰撞氣體分子后，激發(fā)態(tài)的分子衰變，和進(jìn)入該區(qū)的離子復(fù)合而形成中性原子造成的。電子經(jīng)電場(chǎng)而加速，假設(shè)正負(fù)極間電壓為400v,則電子加速一段距離，也會(huì)有幾十電子伏特，有一定的動(dòng)能，然后會(huì)增加與Ar氣碰撞的機(jī)率。碰撞后，會(huì)使一部分Ar氣激發(fā)，然后衰變放出光子，碰撞后失去部分動(dòng)能的電子與Ar正離子發(fā)生復(fù)合的機(jī)率增加，復(fù)合產(chǎn)生的Ar原子衰變?yōu)榈湍軕B(tài)時(shí)也會(huì)釋放光子，所以在這一區(qū)域形成陰極輝光區(qū)。隨著電子繼續(xù)加速，獲得足夠動(dòng)能，穿

16、過(guò)陰極輝光區(qū)后，與正離子不易復(fù)合，所以又出現(xiàn)一個(gè)暗區(qū)。這一暗區(qū)的寬度與電子的平均自由程（也即電子的壓強(qiáng)）有關(guān)。（克魯克暗區(qū)）沒(méi)有復(fù)合以及在陰極輝光區(qū)電離新產(chǎn)生的電子，繼續(xù)加陽(yáng)極加速前進(jìn)，穿過(guò)陰極輝光區(qū)后，電子獲得的動(dòng)能已經(jīng)很大，所以與正離子不易復(fù)合，所以這一區(qū)域沒(méi)有輝光產(chǎn)生。這個(gè)暗區(qū)的寬度與電子的平均自由程有關(guān)，是因?yàn)殡娮拥钠骄杂沙虄?nèi)，不發(fā)生碰撞的話，其動(dòng)能就不會(huì)降下來(lái)，與正離子復(fù)合的機(jī)率就會(huì)很小。隨著電子速度的加大，很快獲得了足以引起電離的能量，于是離開(kāi)陰極暗區(qū)后便大量產(chǎn)生電離，在此空間由于電離而產(chǎn)生大量的正離子，由于正離子的質(zhì)量較大，故向陰極和運(yùn)動(dòng)速度較慢，所以，由正離子組成了空間電荷并

17、在該處聚積起來(lái)，使這一區(qū)域的電位升高，而與陰極形成很大電位差，此電位差常稱為陰極輝光放電的陰極壓降。正是由于在此區(qū)域的正離子很大，所以電子經(jīng)過(guò)碰撞后速度降低，使電子與正離子的復(fù)合幾率增多，從而造成了有明亮輝光的負(fù)輝光區(qū)。電子在克魯克斯暗區(qū)獲得了更大的動(dòng)能，于是在離開(kāi)陰極暗區(qū)后，對(duì)Ar電離的機(jī)率就變得非常大，在這一區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生大量的Ar+離子，正離子的質(zhì)量較大，向陰極運(yùn)動(dòng)的速度就很慢，所以正離子在這一區(qū)域內(nèi)聚積，也導(dǎo)致了這一區(qū)域內(nèi)電勢(shì)很高。這一區(qū)域內(nèi)，正離子密度很大，而且高速的電子又因碰撞電離Ar氣而速度降下來(lái)，所以復(fù)合的幾率很高，復(fù)合產(chǎn)生的Ar原子處于激發(fā)態(tài)，衰變時(shí)就會(huì)釋放大量光子，從而在這一區(qū)

18、域形成明亮的負(fù)輝光區(qū)。在濺射過(guò)程中，基板常處于負(fù)輝光區(qū)。而在射頻濺射中，由于兩電極間不斷、高速變換的電場(chǎng)，導(dǎo)致兩極中間，積累的正離子數(shù)量會(huì)更多，這里的輝光也就更強(qiáng)。，經(jīng)過(guò)負(fù)輝光區(qū)后，多數(shù)電子都已經(jīng)喪失了能量，只有少數(shù)電子穿過(guò)負(fù)輝光區(qū)。在負(fù)輝光區(qū)與陽(yáng)極之間是法拉第暗區(qū)和陽(yáng)極光柱，這些區(qū)域幾乎沒(méi)有電壓降，唯一的作用是連接負(fù)輝光區(qū)和陽(yáng)極，這是因?yàn)樵诜ɡ诎祬^(qū)后，少數(shù)電子逐漸加速并在空間與氣體分子碰撞而產(chǎn)生電離，由于電子數(shù)較少，產(chǎn)生的正離子不會(huì)形成密集的空間電荷，所以在這一較大空間內(nèi)，形成電子與正離子密度相等的區(qū)域?？臻g電荷作用不存在，使得此區(qū)間的電壓降很小，很類似于一個(gè)良導(dǎo)體。在濺射過(guò)程中，基板（陽(yáng)

19、極）常處于負(fù)輝光區(qū)。但是陰極和基板之間的距離至少應(yīng)是克魯克暗區(qū)寬度的34倍。當(dāng)兩極間的電壓不變而只改變其距離時(shí)，陰極到負(fù)輝光區(qū)的距離幾乎不變。上圖所列的放電區(qū)結(jié)構(gòu)是屬于長(zhǎng)間隙的情況，而濺射時(shí)的情況屬于短間隙輝光放電，這時(shí)并不存在法拉第暗區(qū)和正離子柱。與濺射現(xiàn)象有關(guān)的主要問(wèn)題：一是，在克魯克斯暗區(qū)周?chē)纬傻恼x子會(huì)沖擊陰極；二，當(dāng)兩極板間的電子不變而改變兩極間的距離時(shí)，主要發(fā)生變化的是由等離子體構(gòu)成的陽(yáng)極光柱部分的長(zhǎng)度，而從陰極到負(fù)輝光區(qū)的距離是幾乎不變的。這是由于兩電極間電壓的下降幾乎都發(fā)生在陰極到負(fù)輝光區(qū)之間，因而使由輝光放電產(chǎn)生的正離子撞擊陰極，把陰極原子濺射出來(lái)，這就是一般的濺射法。4

20、）低頻交流輝光放電在頻率低于50KHZ的交流電條件下（即電壓的方向每秒改變50000次，每次電壓方向變化的時(shí)間為2e-5秒）,離子有充分的時(shí)間在每個(gè)半周的時(shí)間內(nèi)，在各個(gè)電極上建立直流輝光放電?；旧项愅绷鬏x光放電。射頻輝光放電：一般在5300MHz的射頻濺射頻率下，將產(chǎn)生射頻放電 ，這時(shí)外加電壓的變化周期小于電離和消電離所需時(shí)間（一般在10-6秒左右），等離子體濃度來(lái)不及變化。由于電子質(zhì)量小，很容易跟隨外電場(chǎng)從射頻場(chǎng)中吸收能量并在場(chǎng)內(nèi)作振蕩運(yùn)動(dòng)。但是，電子在放電空間的運(yùn)動(dòng)路程不是簡(jiǎn)單的從一個(gè)電極到另一個(gè)電極的距離，而是在放電空間不斷來(lái)回運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)的路程，因此，增加了與氣體分子的碰撞幾率，

21、并使電離能力顯著提高，從而使擊穿電壓（Ar氣的擊穿電壓，也不是起輝電壓）和維持放電時(shí)的工作電壓均降低（一般工作電壓只有直流輝光放電的1/10）,本實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備在Ar氣壓為3Pa以上時(shí)，起輝電壓為500V；起輝后，把氣壓降為所需壓強(qiáng)（一般1Pa附近），則工作電壓僅需要300V; 由于正離子質(zhì)量大，運(yùn)動(dòng)速度低，上電源極性的改變，所以可以近似地認(rèn)為正離子在空間不動(dòng)并形成更強(qiáng)的空間電荷。雖然大多數(shù)正離子的運(yùn)動(dòng)性小，可以忽略他們對(duì)電極的轟擊，但是，若有一個(gè)或兩個(gè)電極通過(guò)電容耦合到射頻振蕩器上，將在該電極上建立一個(gè)脈動(dòng)的負(fù)電壓。由于電子和離子遷移率的差別，輝光放電的I-V特性類似于一個(gè)有漏電的二極管整流器

22、。也就是說(shuō)，在通過(guò)電容器引入射頻電壓時(shí)，將有一個(gè)大的初始電流存在，而在第二個(gè)半周期內(nèi)僅有一個(gè)相對(duì)較小的離子電流流過(guò)，所以通過(guò)電容器傳輸電荷時(shí)，電極表面的電位必然自動(dòng)偏置為負(fù)極性。直到有效電流（各周的平均電流）為）0，平均直流電位V的數(shù)值近似在與所加峰值電壓相等。如果在射頻濺射裝置中，將濺射靶與基片完全對(duì)稱配置，正離子以均等的幾率轟擊濺射靶和基片，濺射成膜是不可能的，實(shí)際上，只要求靶上得到濺射，那么這個(gè)濺射靶電極必須絕緣起來(lái)，并通過(guò)電容耦合到射頻電源的一極。另一電極（真空室壁）為直接耦合電極（即接地電極），而且靶面積必須比直接耦合電極ih 實(shí)際上，由于直接耦合電極是整個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)壁，包括底板，真空

23、室壁在內(nèi)，尺寸比靶大得多。所以射頻輝光放電時(shí)等離子體對(duì)接地零件只有極微小的轟擊，而對(duì)濺射靶卻進(jìn)行強(qiáng)烈火轟擊并使之產(chǎn)生濺射。通常工業(yè)用頻率為13.56MHz，以避免對(duì)通信的干擾。二濺射特性：表征濺射特性的參量主要有濺射率、濺射閾值，以及濺射粒子的速度和能量等。1，濺射閾值是指，使靶材原子發(fā)生濺射的入射必須具有的最小能量。濺射閾值與入射的離子質(zhì)量之間無(wú)明顯的依賴關(guān)系，而主要取決于靶材料。對(duì)于周表中同一周期的元素，濺射閾值隨著原子序數(shù)增加而減小，對(duì)大部分金屬來(lái)說(shuō)，濺射閾值為1030eV,對(duì)于Ar離子Zn ： 3eV;2,濺射率濺射率是描述濺射特性的一個(gè)最重要物理參量，它表示正離子轟擊靶材料時(shí)，平均每

24、個(gè)正離子能從陰極上打出的原子數(shù)。又稱濺射產(chǎn)額或?yàn)R射系數(shù)。濺射率與入射離子的種類、能量、角度以及靶材的類型、晶格結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)、升華熱大小等因素有關(guān)。單晶靶材還也表面取向有關(guān)。濺射率與靶材的關(guān)系：一般隨靶材的元素序數(shù)增加而增大；表面污染（如氧化層）比清潔的表面的金屬的濺射率低。升華熱大的金屬要比升華小的金屬低。濺射率與入射原子能量的關(guān)系：SE2濺射閾值<E<500eV本實(shí)驗(yàn)中，濺射時(shí)的工作氣壓均為300V左右。濺射率與入射原子能量應(yīng)在此范圍內(nèi)；SE500eV<E<1000eV濺射率還與表面形貌，濺射壓強(qiáng)等相關(guān)，所以為了保證濺射薄膜的質(zhì)量和提高 薄膜的沉積速率，應(yīng)當(dāng)盡量降低

25、工作氣壓和提高濺射率。3，濺射原子的能量和速度一般由蒸發(fā)源蒸發(fā)出來(lái)的原子的能量為0.1eV左右，而在濺射中，由于濺射原子是與高能量（幾百幾千eV）的入射離子交換動(dòng)量而飛濺出來(lái)，所以濺射原子具有較大的能量。如以1000eV加速的Ar+濺射鋁等輕金屬元素時(shí)，逸出原子的能量約為10eV.而濺射鎢，鉬，鉑等重金屬元素時(shí)，逸出原子 的能量約為35eV.一般認(rèn)識(shí)，濺射原子的能量比熱蒸發(fā)原子能量大12個(gè)數(shù)量級(jí)，約為510eV.三，濺射過(guò)程濺射過(guò)程包括靶的濺射，逸出粒子的形態(tài)，濺射粒子向基片的遷移 和在基板上成膜的過(guò)程。1，靶材的濺射：當(dāng)入射離子在靶材的碰撞過(guò)程 中，將動(dòng)量傳遞給靶材原子 ，使其獲得的能量超過(guò)

26、其結(jié)合能時(shí)，才可能使靶材原子發(fā)生濺射。除了靶材的中性粒子，即原子或分子最終沉積為薄膜外，其他一些效應(yīng)也會(huì)對(duì)濺射膜的生長(zhǎng)產(chǎn)生很大影響，如：電子發(fā)射，中性原子、分子發(fā)射、正離子發(fā)射、負(fù)離子發(fā)射、氣體解吸、濺射粒子的背返射，擴(kuò)散，加熱，結(jié)晶變化，注入。同時(shí)這些效應(yīng)也會(huì)在基片上發(fā)生，只是 程度上有很大變化。2，濺射粒子的遷移過(guò)程靶材受到轟擊所逸出的粒子中，正離子由于反向電場(chǎng)的作用不能到達(dá)基片表面，其余的粒子均會(huì)向基片遷移。CdTe靶受到轟擊時(shí)，可能逸出的粒子主要有：中性的Cd原子，Te原子,CdTe原子，正的Cd，負(fù)離子Te,電子。大量的中性原子或分子在放電空間飛行過(guò)程中，與工作氣體分子發(fā)生碰撞的平均

27、自由程1可用下式表示：1 = C1/(V11+V12)式中，C1是濺射粒子的平均速度；V11是濺射粒子相互之間的平均碰撞次數(shù)；V12是濺射粒子與工作氣體分子的平均碰撞次數(shù)。通常，可以認(rèn)為濺射粒子的密度遠(yuǎn)小于工作氣體分子的密度，則有V11 V12，故有1 C1/V12V12與工作氣體分子的密度n2,平均速度C2,濺射粒子與工作氣體分子的碰撞面積Q12有關(guān)，并可用下式表示V12 = Q12 (C1)2+(C1)21/2 n2即濺射粒子與工作氣體分子的平均碰撞次數(shù)等于濺射粒子與工作氣體分子的碰撞面積*濺射粒子與工作氣體的平均相對(duì)速度*工作氣體分子的密度；而Q12 (r1+r2)2這里的r1,r2分別

28、為濺射粒子和工作氣體分子的原子半徑由于濺射粒子的速度遠(yuǎn)大于氣體分子的速度，所以可以認(rèn)為V12 Q12 C1 n2則11/(r1+r2)2 n2例如，Ar離子濺射銅靶時(shí)，由上式可以算出，111.7e-3cm，這個(gè)值比中性氣體分子間的平均自由程大得多。一般濺射鍍膜時(shí)，氣體壓力為0.110Pa,此時(shí)濺射粒子的平均自由程約為110cm，因此，靶與基片的距離應(yīng)與該值大致相等。否則，濺射粒子在遷移過(guò)程中，將發(fā)生多次碰撞，這樣，即降低了靶材原子的動(dòng)能，又增加了靶材的散射損失。盡管濺射原子在向基片的遷移輸運(yùn)過(guò)程中，會(huì)因與工作氣體分子碰撞而降低其能量，但是，由于濺射出來(lái)的靶材原子能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于蒸發(fā)原子的能量，所以

29、濺射過(guò)程中沉淀在基片上靶材原子的能量仍比較大，其值要相當(dāng)于蒸發(fā)原子能量的幾十倍到上百倍。濺射粒子的成膜過(guò)程】薄膜沉積的濺射過(guò)程與蒸發(fā)過(guò)程之間有許多明顯的差異. 蒸發(fā)是一個(gè)熱過(guò)程, 沉積材料的原子以很低的動(dòng)能到達(dá)生長(zhǎng)表面, 而濺射時(shí),Ar+離子對(duì)靶源的轟擊,使被驅(qū)動(dòng)的源原子獲得高動(dòng)能.雖然濺射沉積促進(jìn)了到達(dá)原子的高的表面擴(kuò)散率,但由于原子的高能量同樣也導(dǎo)致了沉積表面更多的缺陷形核和損傷. 當(dāng)蒸發(fā)發(fā)生在高真空時(shí)(1e-61e-10torr,或1.33e-41.33e-8 Pa),濺射原子遷移通過(guò)一個(gè)壓力約為0.1torr(即13.33Pa)的高壓放電區(qū).濺射沉積薄膜比蒸發(fā)沉積的薄膜,通常含有更高的

30、雜質(zhì)原子濃度, 而且易被濺射氣體污染. 因此,濺射沉積不適合于薄膜的外延生長(zhǎng).對(duì)于多晶體薄膜,濺射沉積產(chǎn)生的薄膜晶粒結(jié)構(gòu)通常具有多種晶體學(xué)取向而無(wú)擇優(yōu)織構(gòu),但是,蒸發(fā)沉積會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的織構(gòu)膜.這種膜的晶粒尺寸一般遠(yuǎn)大于濺射膜的晶粒尺寸.同蒸發(fā)沉積相比,濺射沉積在保質(zhì)化學(xué)計(jì)量比和薄膜厚度均勻性方面,可控性更強(qiáng), 在沉積晶體和非晶材料方面也更靈活性.濺射沉積中的應(yīng)力的產(chǎn)生(66頁(yè))通常濺射工藝沉積的薄膜主要產(chǎn)生壓縮應(yīng)力.如上所言,濺射沉積與氣體凝聚沉積相區(qū)別的兩個(gè)主要特點(diǎn)就是: 濺射沉積原子到達(dá)生長(zhǎng)表面時(shí),相對(duì)高的動(dòng)能;生長(zhǎng)室中的氬氣環(huán)境.達(dá)到表面的高能量原子轟擊生長(zhǎng)表面,會(huì)導(dǎo)致在表面區(qū)域附近產(chǎn)生過(guò)

31、剩的間隙原子.上圖表面從環(huán)繞直流圓柱磁控濺射源在玻璃晶片基底上許多的薄膜沉積中得到的平均薄膜應(yīng)力乘以薄膜厚度的結(jié)果.薄膜應(yīng)力是通過(guò)干涉法.在通常的濺射過(guò)程中所使用的典型的氬氣壓力(一般為0.12.0Pa)下,材料中存在大小不一,最高達(dá)到幾個(gè)Gpa的壓縮應(yīng)力.已經(jīng)發(fā)現(xiàn), 濺射的薄膜中,壓紋內(nèi)應(yīng)力的出現(xiàn),與薄膜中存在捕獲的Ar有關(guān)系. 不過(guò),Ar含量的很大變化(薄膜中Ar的原子濃度從0.02變到2%)都不會(huì)導(dǎo)致壓縮的明顯變化(Thornton et al. 1979).如圖所見(jiàn), 低的濺射壓力和低的沉積速率導(dǎo)致壓縮內(nèi)應(yīng)力的演變. 觀察圖1.21說(shuō)明的區(qū)域模型揭示,低氣壓上柱狀晶的形成受限制.在靶材

32、原子飛行時(shí)較低的氣體壓力導(dǎo)致碰撞時(shí)的能量損失小. 因此,到達(dá)源的原子具有較高的能量.基于這些觀察,Thornton和其合作者推測(cè),可能是高能原子向前轟擊,或者是原子向后彈回引起表面損傷.這一原子撞擊過(guò)程是濺射沉積時(shí)造成壓縮內(nèi)應(yīng)力的主要原因.同時(shí),壓縮內(nèi)應(yīng)力到拉伸應(yīng)力出現(xiàn)轉(zhuǎn)變時(shí)的氬氣壓力與沉積材料的原子質(zhì)量有直接關(guān)系.如圖1.40所示,增加原子質(zhì)量導(dǎo)致從壓縮到拉伸應(yīng)力轉(zhuǎn)變時(shí)氣體壓力的增加,這個(gè)趨勢(shì)也為原子撞擊機(jī)制提供了證據(jù).即較大質(zhì)量的材料通過(guò)增加損傷,產(chǎn)生了更大的壓縮應(yīng)力. 其他薄膜制備方法溶膠-凝膠法: 是指把一些各類的無(wú)機(jī)鹽作為鍍膜材料時(shí),可先將這些材料溶于一些相應(yīng)的有機(jī)溶劑中,成為溶膠鍍

33、液, 然后再采用離心甩膠 浸漬等方法2.2磁控濺射法（下面一段可能是原文，需要自己重新寫(xiě)）濺射鍍膜的過(guò)程 及特點(diǎn)： 濺射鍍膜是一種物理氣相沉積鍍膜法，其過(guò)程是：1）利用輝光放電，產(chǎn)生低溫等離子體，等離子體中的離子在電場(chǎng)加速（300500伏）下獲得很大的能量（1e電荷的離子完全如果被這個(gè)電壓完全加速，即可獲得300500eV的能量，而一般紫外線光的波長(zhǎng)在400nm以下，其光子能量為約3ev,），去轟擊鍍膜材料制作的靶，所以這樣的離子又叫做入射離子，一般為Ar離子，輝光放電氣體稱為工作氣體，工作氣體要用惰性氣體（一般為Ar氣），以免和靶材反生反應(yīng)。2）靶材料中的原子在高能離子的轟擊下獲得了一定的能

34、量，如果其能量足夠高，超過(guò)了其周?chē)訉?duì)其施加的束縛能（像CdTe這種離子鍵？共價(jià)鍵的束縛能一般會(huì)有多少個(gè)eV?），靶材原子就從靶中被濺射出來(lái)，濺射出來(lái)的原子被稱為濺射原子（或?yàn)R射粒子）；3）濺射原子以一定的初始速度向襯底輸運(yùn)，在輸運(yùn)過(guò)程中，它要和其他氣體分子不斷發(fā)生碰撞，改變速度和交換能量（主要為Ar氣分子，以少量的空氣，充入Ar氣以前，氣壓已經(jīng)抽到5e-4Pa了，里面的氧氣、氮?dú)?、水分子，?yīng)該都相當(dāng)少了吧，氣壓和空氣中氣體分子的關(guān)系？）。4）輸運(yùn)到襯底的濺射原子在襯底上擴(kuò)散、聚集，最后生長(zhǎng)成薄膜。與蒸發(fā)鍍膜相比較，濺射原子比蒸發(fā)出來(lái)的原子的能量大1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，(即高出10到100倍,這是

35、由于高能的帶電離子轟擊靶材的CdTe分子時(shí)，濺射出來(lái)的原子，接受的能量也很大，比蒸發(fā)時(shí)靠加熱等方式獲得的能量要大得多，但是，濺射時(shí)既然能量很高，轟擊出來(lái)的是CdTe分子，還是把分子內(nèi)的鍵也破壞，從而轟擊出來(lái)的是cd和Te的原子呢，如果是原子，則沉積的薄膜的cd和Te的原子比例應(yīng)該不是1：1,這能通過(guò)XRS來(lái)測(cè)出來(lái)嗎？)8,所以當(dāng)濺射原子到達(dá)襯底時(shí)仍具有較大的能量，因此濺射法制備的薄膜結(jié)合牢固、密度高、針孔少。濺射法制備薄膜，均勻性也較好。另外，在濺射時(shí)除了工作氣體外再引入活性氣體，則可以和薄膜材料原子在襯底上發(fā)生反應(yīng)，形成化合物膜，此即為反應(yīng)濺射法鍍膜（如，濺射zn靶，然后通入一定比例的O2,

36、濺射出來(lái)的高能Zn原子與O2反應(yīng)，則可在襯底上沉積得到ZnO薄膜）。射頻磁控濺射鍍膜的特點(diǎn)：射頻濺射中，輝光放電是靠射頻電壓來(lái)維持。因?yàn)樵谏漕l電壓正負(fù)周期內(nèi)，電子和正離子分別到達(dá)靶面，所以靶表面不會(huì)積累正電荷，不會(huì)排斥離子（而如果是直流二極濺射，則僅不斷有Ar正離子，到達(dá)靶面，所以需要靶材要能導(dǎo)電，否則靶表面會(huì)積累正電荷，積累過(guò)多時(shí)，會(huì)排斥后來(lái)的離子的到來(lái)。）故射頻濺射法可以用來(lái)制備各種材料的薄膜，包括金屬、半導(dǎo)體、絕緣體、合金、化合物等。在射頻放電過(guò)程中，由于電子質(zhì)量輕，能夠隨著射頻頻率發(fā)生振蕩，從而延長(zhǎng)了運(yùn)動(dòng)路程，增加了其電離碰撞的次數(shù)，所以提高 了輝光放電的效率、增加了離子密度，從而可以

37、增大濺射力度，提高鍍膜速率。射頻濺射中，射頻頻率一般在530MHz的范圍內(nèi)即可產(chǎn)生放電【6】，但為了避免對(duì)通訊信號(hào)的干擾，工業(yè)上一般都用13.56MHz的頻率，此時(shí)離子還來(lái)不及隨著射頻電壓進(jìn)行振蕩。無(wú)論是直流濺射鍍膜，還是射頻濺射鍍膜，由于工作氣體的電離度太低，只有0.30.5%【6】所以濺射速率太低，鍍膜速率也太低。為了提高電離度，在靶面附近引入了平行于靶面的磁場(chǎng)來(lái)束縛電子，使其在靶面附近繞磁力線做拉莫運(yùn)動(dòng)。從而增加其運(yùn)動(dòng)路程，提高其磁撞次數(shù)，所以稱為磁控濺射，在射頻放電情況下，即為射頻磁控濺射。射頻磁控濺射中，工作氣體的電離度可達(dá)56%【6】因?yàn)樵诜菑椥耘鲎仓?，入射粒子的?dòng)能一部分要轉(zhuǎn)化為

38、靶粒子的內(nèi)能，而轉(zhuǎn)化的能量Q滿足如下關(guān)系【8】：式中，m為質(zhì)量，V為速度，即靶粒子獲得的內(nèi)能小于或等于入射粒子動(dòng)能中，按質(zhì)量比，可以分給靶粒子的那部分能量?？梢?jiàn)當(dāng)入射粒子能量一定時(shí)（即為一個(gè)電荷從電場(chǎng)中獲得的加速的能量），質(zhì)量愈小，其速度越高，而且與靶粒子碰撞后，分給靶粒子的內(nèi)能愈多。所以在輝光放電中，電子的能量大，質(zhì)量輕，故電子與氣體粒子Ar原子的非彈性碰撞，或者說(shuō)是電離碰撞是放電的主要原因，提高電子與氣體原子間非彈性碰撞的次數(shù)則可提高電離度。射頻磁控濺射鍍膜設(shè)備：射頻濺射鍍膜設(shè)備一般包括真空系統(tǒng)（氣路包括：機(jī)械泵、分子泵、電磁閥、真空室、混氣室、Ar氣瓶和其他氣瓶）、射頻輝光放電系統(tǒng)（即主

39、要的電路系統(tǒng)，包括射頻電源、JGP350機(jī)器還有直流電源和電離電源）、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（包括監(jiān)控真空度的電阻真空計(jì)和電離真空計(jì)；監(jiān)控氣體流量的流量計(jì)；監(jiān)控襯底溫度的溫度控制計(jì)）。一般要求真空系統(tǒng)在清洗時(shí)的背景真空度要達(dá)到10-4Pa以上。在濺射過(guò)程中，工作氣壓能夠穩(wěn)定在10-210-1Pa。這一方面是為了維持放電（Ar氣太稀薄，則很難起輝；）另一方面，又可使濺射原子在飛往襯底的輸運(yùn)過(guò)程中，有很大的自由程（所以氣壓高就會(huì)使濺射原子達(dá)到襯底的比例降低？從而使濺射的膜厚減少？） 其中工作氣壓和氣體流量是影響鍍膜性質(zhì)的兩個(gè)重要參數(shù)（氣體流量對(duì)鍍膜的影響是如何實(shí)現(xiàn)的？）。射頻放電系統(tǒng)主要包括射頻源（即射頻電源，

40、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)（電容調(diào)節(jié)，c1,c2?）和測(cè)量?jī)x表，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)是用來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)載阻抗，使之與射頻電源的內(nèi)阻抗相等。-2012.4.6 晚【非原文】【濺射鍍膜的原理：對(duì)于濺射現(xiàn)象（sputtering）的原理，一般有兩種理論。一種理論認(rèn)為，濺射的發(fā)生，是由于離子轟擊靶材，使靶材的局部產(chǎn)生高溫，從而使這個(gè)區(qū)域內(nèi)的靶材粒子蒸發(fā)出來(lái)；按這種理論，濺射速率是靶材升華熱與轟擊離子能量的函數(shù)（即濺射的速率與靶材粒子升華、蒸發(fā)出來(lái)時(shí)克服的束縛能，以及轟擊離子本身的能量呈函數(shù)關(guān)系），而濺射出來(lái)的原子將呈正弦分布。如果按這種理論，應(yīng)該是直接把CdTe分子蒸發(fā)出去了，所以投籃的CdTeZnTe薄膜鎘原子、碲原子之比應(yīng)該

41、為1：1.而另一種則是動(dòng)量傳遞理論，即認(rèn)為，轟擊離子把動(dòng)量直接傳遞給靶材原子，使靶材原子獲得大量能量，克服束縛能，脫離靶材，濺射出去，如果是這種理論，則對(duì)于CdTe、ZnTe這兩種化合物靶材，可能會(huì)有很多的CdZnTe原子（或離子）被濺射出去，從而使得制成的薄膜上，CdTe元素的比例不一定是1：1；）【二元化合物總原子濺射率和刻蝕速率的經(jīng)驗(yàn)公式，陳國(guó)梁，中國(guó)科學(xué)院上海治金研究所， 半導(dǎo)體學(xué)報(bào) 1987年7月，vol.8, No.4】當(dāng)?shù)湍埽‥1KeV）惰性離子法向轟擊二元化合物A(N1)B(N2)時(shí)，若組分的原子濺射率比值（Ya/Yb）不等于組分原子數(shù)的比值（N1/N2），則在深度約為投影射程

42、Rp的范圍內(nèi)，產(chǎn)生二元化合物表面組分異于體內(nèi)成分的現(xiàn)象，通常稱為“擇優(yōu)濺射”。磁控濺射 多元靶 化合物靶 陶瓷靶CdTe/ZnTe濺射時(shí)，應(yīng)該會(huì)有組分的偏離，及濺射出來(lái)原子的比例不一致，即可能會(huì)有擇優(yōu)濺射現(xiàn)象。可以通過(guò)XPS，或X熒光譜,XFR測(cè)得三種元素的比例。薄膜的形成薄膜的形成一般分為凝結(jié)過(guò)程、核形成與生長(zhǎng)過(guò)程，島形成與結(jié)合生長(zhǎng)過(guò)程。凝結(jié)過(guò)程是薄膜形成的第一個(gè)階段。凝結(jié)過(guò)程是從蒸發(fā)源中，被蒸發(fā)的氣相原子，離子或分子入射到基體表面之后，從氣相到吸附相，再到凝結(jié)相的一個(gè)相變過(guò)程。一，吸附過(guò)程一個(gè)氣相原子入射到基體表面上，能否被吸附，是物理吸附，還是化學(xué)吸附，是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題。固體表面與體

43、內(nèi)在晶體結(jié)構(gòu)上一個(gè)重大差異就是原子或分子間的結(jié)合化學(xué)鍵中斷。原子或分子在固體表面形成的這種中斷鍵稱為不飽合鍵或懸掛鍵。這種鍵具有吸引外來(lái)原子或分子的能力。入射到基體表面的氣相原子被這種懸掛鍵吸引住的現(xiàn)象稱為吸附。如果吸附僅僅是由于原子電偶極矩之間的范德華力起作用被稱為物理吸附。若吸附是由化學(xué)鍵結(jié)合力起作用則稱為化學(xué)吸附。（即，如果Cd氣相原子沉積到薄膜上時(shí)，與薄膜表面的懸掛鍵Te會(huì)形成了離子鍵Te-Cd，為化學(xué)吸附過(guò)程，而如果真空室內(nèi)含有一些其他的雜質(zhì)的分子，如Ar原子，如果入射到薄膜表面，則由于原子的電偶極矩被吸引到膜上。但是Cd,Te形成的離子鍵的結(jié)合力會(huì)顯著大于原子電偶極矩形成的吸引力，

44、所以在后來(lái)的不斷濺射出來(lái)的TeCe原子、Te負(fù)離子轟擊，雜質(zhì)原子分子會(huì)被一定程度的清除。固體表面的這種特殊狀態(tài)使它具有一種過(guò)量的能量稱為表面自由能。吸附過(guò)程使表面自由能減小。伴隨吸附現(xiàn)象而釋放的一定的能量稱為吸附能。將吸附在固體表面的氣相原子除掉稱為解吸，除掉被吸附氣相原子的能量稱為解吸能。因?yàn)閺恼舭l(fā)源入射到基體表面的氣相原子都有一定的能量。它們到達(dá)基片表面之后可能發(fā)生三種現(xiàn)象：1）與基體表面原子進(jìn)行能量交換而被吸附；2）吸附后氣相原子仍有較大的解吸能，在基體表面作短暫停留后再解吸蒸發(fā)（再蒸發(fā)或二次蒸發(fā)）3）與基體表面不進(jìn)行能量交換，入射到基體表面上立即反射出去。蒸發(fā)制備時(shí)，入射到基體表面上的

45、氣相原子中的絕大多數(shù)都與基體表面原子進(jìn)行能量交換形成吸附。二，表面擴(kuò)散過(guò)程入射到基體表面的氣相原子在表面形成吸附原子后，它便失去了在表面法線方向的動(dòng)能，只具有與表面水平方向相平行運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能。依靠這種動(dòng)能，吸附原子在表面上作不同方向的表面擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。在表面擴(kuò)散過(guò)程中，單個(gè)吸附原子間相互碰撞形成原子對(duì)后才能產(chǎn)生凝結(jié)。因此在研究薄膜形成過(guò)程時(shí)所說(shuō)的凝結(jié)就是指吸附原子結(jié)合成原子對(duì)及其以后的過(guò)程。所以吸附原子的表面擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)是形成凝結(jié)的必要條件。濺射薄膜的形成過(guò)程：用陰極濺射法制備薄膜時(shí)薄膜的形成特征與真空蒸發(fā)制備薄膜的薄膜的形成過(guò)程有很大的不同。因此濺射的靶材粒子到達(dá)基體表面時(shí)都有非常大的能量。所以陰極濺

46、射薄膜的形成一一些特殊性，都起因于濺射靶材粒子到達(dá)基體表面時(shí)具有非常大的能量。蒸發(fā)鍍膜和濺射鍍膜的不同之處。1，沉積粒子的產(chǎn)生過(guò)程：真空蒸發(fā)是一種熱過(guò)程 ，即材料由固相變到液相再變?yōu)闅庀嗟倪^(guò)程，或者從固相升華為氣相的過(guò)程。通過(guò)這種熱過(guò)程產(chǎn)生的沉積粒子（原子）都具有較低的熱運(yùn)動(dòng)能量。在一般的蒸發(fā)溫度下，其能量為0.10.2eV。濺射過(guò)程是以運(yùn)量傳遞的離子轟擊為基礎(chǔ)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。具有高能量的入射離子與靶原子產(chǎn)生碰撞，通過(guò)能量傳遞，使靶原子獲得一定的動(dòng)能后脫離靶材表面飛濺出來(lái)。因此從靶材中濺射出來(lái)的粒子都有較高的動(dòng)能。比從蒸發(fā)源中蒸發(fā)出來(lái)的氣相原子動(dòng)能高12個(gè)數(shù)量級(jí)。對(duì)于點(diǎn)狀或小面積蒸發(fā)源，蒸發(fā)氣相

47、原子飛向基體表面時(shí)，是按余弦定律定向分布的。對(duì)于陰極濺射，在入射的Ar離子能量較大，靶是由多晶材料組成時(shí)，可將濺射靶看作點(diǎn)狀源，濺射出來(lái)的原子飛向基體表面時(shí)才符合余弦規(guī)律分布，或者是以靶材表面法線為軸的對(duì)稱分布。對(duì)于單晶靶材，因不同晶面上原子排列密度不同，表面結(jié)合能不同，不同晶面的濺射強(qiáng)度也不同，這種現(xiàn)象稱為擇優(yōu)濺射效應(yīng)。（陶瓷靶的情況應(yīng)該與多晶靶比較相似）從蒸發(fā)源出來(lái)的氣相原子幾乎都是不帶電荷的中性粒子，或者有很少的帶電粒子（因熱電子發(fā)射造成的），。但濺射過(guò)程則不同，這時(shí)除了從靶材中濺射出來(lái)的中性原子或原子團(tuán)之外，還可濺射出靶材的正離子、負(fù)離子、二次電子和光子等多種粒子。在蒸發(fā)合金材料時(shí)，由于合金中各組分的蒸氣壓不同會(huì)產(chǎn)生分餾現(xiàn)象。蒸氣壓高的組分蒸發(fā)速度快，造成膜成分同蒸發(fā)源材料組分的偏離。但在濺射合金材料時(shí)，盡管各組分的濺射速率有所不同（各種金屬濺射速率的差異遠(yuǎn)小于它們蒸氣壓的差異），在濺射的初期形成的合金膜成分與靶材組分稍有差別。但由于靶材溫度不高，經(jīng)過(guò)短暫時(shí)間后，靶材表面易濺射的組分呈現(xiàn)不足，從而使濺射速率小的組分在薄膜中逐漸增多起來(lái)。最終得到