第三章_溅射镀膜ppt课件

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2、辉光放电的条件
在气体成分和电极
材料一定条件下， 起辉电压V 只与 气体 压强P 和电 极距离 d 的乘积有 关——巴邢定律。
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☆讨论： （1）P过低,d过小——电子很容易跨越电极之间的空 间而没有发生与气体分子的碰撞; （2）P过高,d过大——电子与气体分子的碰撞又过于 频繁,此时，电子获得的能量较低，不足以引起气体分 子的电离。
量，在此空间产生大量的正离子和低速电子。
(4)负辉光区-正离子的质量较大，向阴极的运动速度较
慢，故由正离子组成了空间电荷并在该处聚集。正离子
浓度很大，而电子碰撞后速度减慢，与正离子的复合几

率增多，同时低速电子使气体分子激发产生明亮的辉光。
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进入负辉区的电子可分为两类：快电子（数量少， 能量大）和慢电子（数量多，能量小）。慢电子形成 负空间电荷区，形成负电位梯度。在负辉区产生激发 碰撞，电子与正离子复合几率增多。
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（5）非正常辉光放电区（EF区域） E点以后，当离子轰击覆盖整个阴极表面后，继续增加
电源功率，会使两极间的电流随着电压的增大而增大 ， 进入非正常辉光放电状态。
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特点： ➢ 电流增大时，两放电极板间电压升高，且阴极
电压的大小与电流密度和气体压强有关。 原因：此时辉光已布满整个阴极，再增加电流时，
第三章 溅射镀膜
§3-1 §3-2 §3-3
溅射镀膜的特点 溅射的基本原理 溅射镀膜类型
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“溅射”: 指荷能粒子轰击固体表面 （靶），使固体原子（或分子）从表面射出的现 象。
溅射原子：射出的粒子，大多呈原子状态。
荷能粒子：轰击靶材，可以是电子、离子或中性 粒子。
因离子在电场下易于加速并获得所需动能， 故大多采用离子作为轰击粒子。该离子又称入射 离子，这种镀膜技术又称为离子溅射镀膜或淀积。
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直流溅射沉积装置
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§3-1 溅射镀膜的特点
与真空蒸发镀膜相比，溅射镀膜有如下的优点： （1）任何物质均可以溅射，尤其是高熔点、低蒸气
压元素和化合物。 （2）溅射膜与基板之间的附着性好。 （3）溅射镀膜密度高，针孔少，且膜层的纯度较高。 （4）膜层可控性和重复性好。 缺点： （1）溅射设备复杂、需要高压装置； （2）溅射淀积的成膜速度低，真空蒸镀淀积速率为0.1～
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（3）过渡区 （CD区域 ） 离子轰击阴极，释放出二次电子， 二次电子与中性气体分子
碰撞，产生更多的离子，这些离子再轰击阴极，又产生新的更 多的二次电子。一旦产生了足够多的离子和电子后，放电达到 自持，发生“雪崩点火”，气体开始起辉，两极间电流剧增，
电压迅速下降，放电呈现负阻特性。
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（4）正常辉光放电区 （DE区域） 当电流增至C点时，极板两端电压突然降低，电流突
然增大，并同时出现带有颜色的辉光，此过程称为气体
的击穿，图中电压VB称为击穿电压。 在D点以后，电流与电压无关，即增大电源功率时，
电压维持不变，而电流平稳增加。
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正常辉光放电的特点：
（1）电子和正离子是来源于电子的碰撞和正离子的轰
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(1)阿斯顿暗区- 靠近阴极的一层极薄区域，由于从阴极
发射的电子能量只有1eV左右，不能发生激发和电离。
(2)阴极辉光区- 紧靠阿斯顿暗区，辉光是在加速电子碰
撞气体分子后，由于激发态的 气体分子衰变 和进入该 区的 离子复合 而形成中性原子所造成的。
(3)克鲁克斯暗区- 电子被加速后，动能较大，不易与正 离子复合，故形成暗区，宽度与电子平均自由程有关， 随着电子继续加速，很快获得了足以引起气体电离的能
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（2）汤森放电区（BC区 ） 随着电压升高，带电离子和电子获得了足够能量，运动速
度逐渐加快，与中性气体分子碰撞产生电离，使电流平稳增 加，但电压却受到电源的高输出阻抗限制而呈一常数。
上述两种放电，都以有自然电离源为前提，如果没有
游离的电子和正离子存在，则放电不会发生。——非自
持放电。
击，即使自然游离源不存在，导电也 将继续下 去。
（2）维持辉光放电的电压较低，且不变 。
（3）电流的增大与电压无关，只与阴极板上产生辉光
的表面积有关。
（4）正常辉光放电的电流密度与阴极材料和气体的种类 有关。
气体的压强与阴极的形状对电流密度的大小 也有影响。电流密度随气体压强增加而增大。凹面形阴 极的正常辉光放电电流密度，要比平板形阴极大数十倍 左右。
☆实际情况： 在大多数辉光放电溅射过程中，要求气体压强低，P*d 一般都在最小值的右边，故需要相当高的起辉电压。 在极间距小的电极结构中，经常需要瞬时地增加气体 压强以启动放电。
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3、 辉光放电区域分布
辉光放电时，有明显的辉光产生，根据其发光强度不 同，从阴极到阳极，整个放电区域可划分为几个区域。
离子层已无法向四周扩散，正离子层便向阴极 靠拢，使正离子层与阴极间距离缩短。要想提 高电流密度，必须增大阴极压降使正离子有更 大的能量去轰击阴极，使阴极产生更多的二次 电子。 ➢ 由于正常辉光放电时的电流密度仍比较小，一 般薄膜溅射选择在非正常辉光放电区工作，有 利于提供大面积的均匀溅射和薄膜沉积。
5μm/min，而溅射速率为0.01～0.5μm/min； （3）基板温升较高和易受杂质气体影响。
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§3-2 溅射的基本原理
溅射镀膜基于荷能离子轰击靶材时的溅射效应，
整个溅射过程都是建立在辉光放电 的基础之上，
即溅射离子都来源于气体放电。气体放电是离子溅 射过程的基础。
一、气体放电现象 考虑直流电场作用。
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（6）弧光放电区（FG区域 ）
两极间电压降至很小的数值，电流大小几乎是由外电 阻大小决定，而且电流越大，极间电压越小。
危害：
（1）极间电压陡降，电流突然增大，相当于极间短路；
（2）放电集中在阴极的局部地区，致使电流密度过大而
将阴极烧毁；
（3）骤然增大的电流有损坏精品电ppt源的危险 。
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1、气体放电过程
V=E-IR
直流气体放电体系
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（1）无光放电(AB区域 )
当两电极加上直流电压时，由于宇宙线产生的游离 离子和电子是很有限的（这些少量的正离子和电子在电场 下运动，形成电流），开始时电流非常小，仅有10-16～1014安培左右。此区是导电而不发光 ，无光放电区。