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1、1蒸发镀膜(法拉第，1857)加热方式：电阻法电子束高频感应第1页/共16页2第2页/共16页3离子镀膜(麦托克斯,1963)将气体的辉光放电、等离子体技术与真空蒸发镀膜结合起来将气体的辉光放电、等离子体技术与真空蒸发镀膜结合起来真空蒸发与阴极溅射技术的结合真空蒸发与阴极溅射技术的结合 第3页/共16页4溅射镀膜(1870年)辉光放电是溅射技术的基础。辉光放电是溅射技术的基础。辉光放电：真空度为10-110-2 Torr，两电极间加高压，产生辉光放电。电流电压之间不是线性关系，不服从欧姆定律。第4页/共16页6类型类型粒子荷粒子荷电性电性能能 量量（eV）沉积速率沉积速率绕射性绕射性蒸发蒸发中
2、性中性0.1 0.3 高高 差差溅射溅射中性中性3 10 低低 差差离子镀离子镀带正电带正电10 100 高高 好好蒸发、溅射和离子镀特点比较第6页/共16页7溅射与蒸镀法的原理及特性比较 溅射法溅射法蒸镀法蒸镀法沉积气相的产生过程沉积气相的产生过程1.1.离子轰击和碰撞动量转移机离子轰击和碰撞动量转移机制制2.2.较高的溅射原子能量较高的溅射原子能量（2 2 30eV30eV）3.3.稍低的沉积速率稍低的沉积速率4.4.溅射原子的运动具方向性溅射原子的运动具方向性5.5.可保证合金成分，但有的化可保证合金成分，但有的化合物有分解倾向合物有分解倾向6.6.靶材纯度随材料种类而变化靶材纯度随材料
3、种类而变化1.1.原子的热蒸发机制原子的热蒸发机制2.2.低的原子动能（温度低的原子动能（温度1200K1200K时约时约为为0.1eV0.1eV）3.3.较高的蒸发速率较高的蒸发速率4.4.蒸发原子的运动具方向性蒸发原子的运动具方向性5.5.蒸发时会发生元素的贫化或富蒸发时会发生元素的贫化或富集，部分化合物有分解倾向集，部分化合物有分解倾向6.6.蒸发源纯度可较高蒸发源纯度可较高第7页/共16页8溅射与蒸镀法的原理及特性比较 溅射法溅射法蒸镀法蒸镀法气相过程气相过程1.1.工作压力稍高工作压力稍高2.2.原子的平均自由程小于原子的平均自由程小于靶与衬底间距，原子沉靶与衬底间距，原子沉积前要经
4、过多次碰撞积前要经过多次碰撞1.1.高真空环境高真空环境2.2.蒸发原子不经碰撞直接在蒸发原子不经碰撞直接在衬底上沉积衬底上沉积薄膜的沉积过程薄膜的沉积过程1.1.沉积原子具有较高能量沉积原子具有较高能量2.2.沉积过程会引入部分气沉积过程会引入部分气体杂质体杂质1.1.沉积原子能量较低沉积原子能量较低2.2.气体杂质含量低气体杂质含量低第8页/共16页9溅射镀膜的特点总结相对于真空镀膜，溅射镀膜具有如下特点：对于任何待镀材料，只要能作成靶材，就可实现溅射；溅射所获得的薄膜与基片结合较好；溅射所获得的薄膜纯度好，致密性好；溅射工艺可重复性好，膜厚可控制，同时可以在大面积基片上获得厚度均匀的薄膜
5、；缺点是：沉积速率低，基片会受到等离子体的辐照等作用而产生温升。第9页/共16页10薄膜溅射法的分类u 直流溅射（即二极溅射）u 三极、四极溅射u 磁控溅射u 射频溅射u 偏压溅射u 反应溅射u 中频孪生靶溅射和脉冲溅射靶材：可以是纯金属、合金以及各种化合物第10页/共16页11一般溅射方法的两大缺点：n溅射沉积薄膜的速率较低n溅射所需的气压较高，否则放电现象不易维持 两者导致污染几率增加，溅射效率低磁控溅射方法解决的办法：磁控溅射第11页/共16页12磁控溅射自从2020世纪7070年代初磁控溅射技术诞生以来，磁控溅射技术在高速率沉积金属、半导体和介电薄膜方面已取得了巨大进步。与真空蒸发、传
6、统溅射镀膜相比，磁控溅射除了可以在较低压强下得到较高的沉积率以外，它也可以在较低的基片温度下获得高质量薄膜。第12页/共16页13磁控溅射磁控溅射的原理示意图第13页/共16页14磁控溅射的特点磁控溅射的特点：(a)二次电子以园滚线的形式在靶上循环运动，二次电子以园滚线的形式在靶上循环运动，路程足够长，电子使原子电离的机会增加。路程足够长，电子使原子电离的机会增加。(b)提高了电离效率，工作气压可降低到提高了电离效率，工作气压可降低到10-3 10-4 Torr，减少了工作气体与溅射原子，减少了工作气体与溅射原子的散射作用，提高了沉积速率。的散射作用，提高了沉积速率。(c)高密度等离子体被电磁
7、场束缚在靶面附近，高密度等离子体被电磁场束缚在靶面附近，不与基片接触。这样，电离产生的正离子不与基片接触。这样，电离产生的正离子能有效地轰击靶面；基片又免受等离子体能有效地轰击靶面；基片又免受等离子体地轰击，制膜过程中温升较小。地轰击，制膜过程中温升较小。有效地解决了直流溅射中基片温有效地解决了直流溅射中基片温升高和溅射速率低两大难题升高和溅射速率低两大难题 第14页/共16页15存在的问题：存在的问题：不能实现强磁性材料的低温高速溅射不能实现强磁性材料的低温高速溅射用绝缘材料的靶会使基板温度上升用绝缘材料的靶会使基板温度上升靶子的利用率低靶子的利用率低(10%-30%)，靶表面，靶表面不均匀溅射不均匀溅射反应性磁控溅射中的电弧问题反应性磁控溅射中的电弧问题膜的均匀性膜的均匀性靶的非均匀腐蚀及内应力靶的非均匀腐蚀及内应力颗粒（重溅射）颗粒（重溅射）第15页/共16页16感谢您的观看！第16页/共16页