磁控溅射镀膜原理及工艺 PPT
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真空磁控溅射镀Al 掺杂的ZnO薄膜(AZO) 1852年,Grove发现阴极辉光放电产生的金属粒子溅射沉积现象。
这一现象现已广泛应用于各种薄膜的制备。
磁控溅射是在70年代在阴极溅射基础上加以改进而发展起来的一种新型溅射镀膜方法。
它克服了阴极溅射速率低、基片升温高的致命弱点,使得它一诞生便获得了迅速的发展和广泛应用。
磁控溅射具有高速、基片低温和沉积膜损伤低等优点。
磁控溅射在最佳条件下可以得到均匀、致密、有良好的C轴取向性和可见光波段透明性好等优点的薄膜,使得它成为在AZO制备中研究最多并且最广泛使用的方法。
溅射原本属于物理气相沉积,当溅射时在真空室内引入与金属Zn反应的气体O2,使得溅射同时具有磁控溅射和反应溅射的优点,这就是反应磁控溅射。
一、实验原理磁控溅射的工作原理如图1所示。
电子e在电场E作用下,在飞向基板过程中与氩原子发生碰撞,使其电离出Ar+和一个新的电子e,电子飞向基片,Ar+在电场作用下加速飞向阴极靶,并以高能量轰击靶表面,靶材发生溅射。
在溅射粒子中,中性的靶原子或分子则沉积在基片上形成薄膜。
二次电子e1一旦离开靶面,就同时受到电场和磁场的作用。
为了便于说明电子的运动情况,可以认为:二次电子在阴极暗区时,只受电场作用;一旦进入负辉区就只受磁场作用。
于是,从靶面发出的二次电子,首先在阴极暗区受到电场加速,飞向负辉区。
进入负辉区的电子具有一定速度,并且是垂直于磁力线运动的。
在这种情况下,电子由于受到磁场B洛仑兹力的作用,而绕磁力线旋转。
电子旋转半圈之后,重新进入阴极暗区,受到电场减速。
当电子接近靶面时,速度即可降到零。
以后,电子又在电场的作用下,再次飞离靶面,开始一个新的运动周期。
电子就这样周而复始,跳跃式地朝E(电场)×B(磁场)所指的方向漂移。
简称E×B漂移。
电子在正交电磁场作用运动轨迹近似于一条摆线。
若为环形磁场,则电子就以近似摆线形式在靶表面作圆周运动。
二次电子在环状磁场的控制下,运动路径不仅很长,而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域区,在该区中电离出大量的Ar+离子用来轰击靶材,从而实现了溅射淀积速率高的特点。