溅射镀膜及其与蒸发镀膜的物理过程比较_陈国平

溅身踱膜及其与落发镀膜的物理过程比较

南京工学院

陈国平

摘

要厂

本文从溅射镀膜与蒸发镀膜的物理过程的比较分机包氛沉积粒子的产生过程,次迁移立程士汉成膜过程,

说明溅身榷膜的

特点及导致溅射镀膜工艺近年来迅速发展的原因··

。

溅射现象早在上个世纪中叶就为

。

二

年所发现

,

但是运用于录溅制造与溅射与蒸发这两种工艺进行。,

了长期的竞争本世纪六十年代以来

由于在真空

技衣高纯材料尤其是金夙半导认情性气体射镀膜工艺在沉积膜层的粘附力,。

超高真空—以及单晶材制

料

泊勺应用等方面的进展使得溅备技术和各种放电类型在溅射镀膜止

,

致密性和均匀性,

,

工艺条件的重

覆性加刚垄性膜层材料广泛澎圣的可能性性等方面都显示出比之蒸

以及应用范围的广泛,

膜工艺来得优越揪凳

因而近年来得到迅

速的发风

本文从溅身灌膜与蒸发镀膜的物理过程的比较分析

,

说明溅射

镜膜的特点及导致溅射镀膜工艺近年来迅速发展的原田

。

、沉积粒子的产生过程尤

粒子的能量……

蒸发就是产生气化的过讯从液态汽化或固态升华所产生的粒子

原子

只具有较代的热运动动能

,

在通常的蒸脚昆度下

,

其值

约为。

…

。。

电子优

。

浓射是以动量粉运为墓孔的子产生碰撞,

。

具有较高能量的入射离子与靶原

通过动介的传递

,

使某些靶原子获得一赵心动能后飞,

溅脱离靶似因此裁射出来的粒子具有较高约动能其值随着轰击【。面在靶的一次离子龄能兹增高而增高圈为单晶。。〕〕方向逸出的原子的能量产砂垂直六射轰击下从〔州抓。

在常用灼一次离子能量范国内,

溅射粒于的动能的乎均位达…

优

。

即使考虑到它们在向墓片迁移的过程中与气体原子的碰撞,

而引起的能量损失。

也仍然要比热蒸发所产生的粒子的能量大

二十。。电子伏垂直办编于轰击多晶靶的个数女级图为情况下由靶面法线方向丘践约射出来的原子所具有的平均能量见,

图

单晶

面在

十垂直么

谢轰击下从〔

〕方向逸出的原子的能量分布图

见

电子伏二

十

垂立入射轰击下多晶靶面法线方见

平均能量向上放兔出的原子所具有兹身于

,具有较高动能的溅射粒子到达墓片时不仅能够轰击去除墓片

分子和污染物表面上吸附的气

币丸

,

增加叁片表面的活性,而且也能,

去除那些已经沉积在墓片表面

。

但结合不太牢固的原子。,

因而溅射,

膜比每蒸发膜有高得多的枯附强度

此外本文后面还将提到

由

射镀膜生长的最初阶段翻戈层的深度区域,

,

有些成核中心处在基片下面几个原子。

因而也有助于提高膜对基片的名强度娜汁

图

曲线

…

、一

、

泊勺雌笔寸比较了在玻璃基片上用溅射工艺和用蒸发工艺翻谓盛启枯附力〔〕纵坐标负荷表示了膜的附着力店界负荷愈九即,

眯

。

枯附力愈高图后页次

。

笑制备方法牙艰厚的关系见薄膜的白界负荷膜与录郭

角分市’‘

在

点蒸发源。

”

是兰晶还是多晶瓜仑。

的情况下

,

蒸发产领,

的角分布呈

分布

对于溅射来说,

,

只是在入射靶的离子的能“

量较高靶是多晶材料组成并可以看成点源的情况下溅射。分布〔〕或者是以靶表面的法线为轴逸出的粒子才符合,

”

的对称

时协

〕

。

对于单晶靶的溅射来说表面结合能也不一样,

,

由于不同晶面上原子的排列密度不同,

,

因而不同晶面上的溅射强度也不同一

这就是

所谓的单晶材料程择优溅射效应〔晶二

〕

。

图

为实验所得的单图中虚线是没有。。

。

的蒸发与溅射的角分布〔

〕

。

十

轰击

,

只有热蒸发的角分布

十分接近理想的。

曲线

,

三条实线是在不同的靶温度下的溅射的角分布

实验所得的结果曲。

线显示溅射强度在图汉

的方向上出现最大值

单晶

的蒸发与溅射的角分布见后页

逸出粒子的性质除了少数情况下有一些热而在溅射过程中,

蒸发产生的丸严全是不带电的粒子发射电子之外……,

除了产生中性的靶原子及原子

团之外

,

还会

靶材料的正离子或负离天二次电子以及无子划于,’

。

虽然这种二次离子发射的数目远远小于由一次离子轰击产生的原子

的数目〔分〕但是其中的负离子在电场作用下飞向叁片并以很的能量轰击基片寸刚沉积形成的薄膜因而对模的生长过程有祷,

刻

,

护定的影响仁

。

合金的蒸发与溅射,

蒸发合金时,由于合金中各组份的蒸汽压不同会出现分馏现家蒸汽压高的组份的蒸发速率高,

因而膜的成份将不同于蒸发源的合,

金成份

。

在蒸发源中高蒸汽均力组份扩敬较慢的情况下愈靠近去,

片的膜的

组成中愈富有蒸汽压高的组份‘或多

或者说所得的闻类的成

的成份可以采份将随蒸发时间的长短而变落比为了挫制蒸发合剑莫

用冈蒸蒸镀法或双蒸发源

蒸发源蒸镀法但毕竞工艺比较

,

复杂

。

扎尽管其组元金属的溅射系数有所不同【实际上各溅射合金日

种金属的溅射系数的差别远远小于洲门蒸汽压之间的差别在溅射的最初阶段所形成的合金膜成份会不同于靶的成份于溅身膜中靶温一般不高做,。

,

因而

但是由

经过一段短暂的时间后

,

靶表面易溅

射金属成份将呈现不足,

,

因而沉积膜中溅射系数小的金属成份会逐,

起渐增多态由此也可得出为了保持合金的组成比例尽可能地和

靶的组成比例相同在溅射过程中必须使靶保持在低温状态以抑制易溅金属组份关尽把内部向表面扩散。

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