离子束沉积法制备薄膜
离子束镀膜
离子束镀膜一、什么是离子束镀膜？离子束镀膜是一种表面处理技术，它使用离子束将材料沉积在另一个材料表面上。
该技术常用于制造高质量的光学和电子器件，因为它可以产生非常均匀和致密的涂层，同时还可以控制涂层的厚度和化学成分。
二、离子束镀膜的原理离子束镀膜的原理基于物理气相沉积（PVD）技术。
在这种技术中，材料被加热到高温并被蒸发。
然后，这些蒸发物质会在真空室中沉积在另一个材料表面上。
离子束镀膜与传统PVD技术不同之处在于，在此过程中使用了带电粒子（即离子）。
这些带电粒子被加速到非常高速，并且具有足够的能量来改变目标表面的化学和物理性质。
当这些粒子与目标表面相互作用时，它们会改变表面结构并形成致密、均匀且具有良好附着力的涂层。
三、离子束镀膜的优点1.高质量涂层：离子束镀膜可以产生均匀、致密和具有良好附着力的涂层，这些涂层可以提供更好的光学和电学性能。
2.高精度控制：离子束镀膜可以控制涂层的厚度和化学成分，从而实现高精度控制。
3.多种材料可用：离子束镀膜可以使用多种材料进行镀膜，包括金属、陶瓷和聚合物等。
4.环保：离子束镀膜是一种无污染的技术，不会产生有害化学物质或废弃物。
四、离子束镀膜的应用1.光学器件：离子束镀膜常用于制造光学器件，如反射镜、滤波器和透镜等。
该技术可以产生高精度、高反射率和低散射率的涂层。
2.电子器件：离子束镀膜还常用于制造电子器件，如集成电路（IC）和显示器。
该技术可以产生非常均匀且具有良好附着力的金属涂层。
3.医疗器械：离子束镀膜还可以用于制造医疗器械，如人工关节和牙科设备。
该技术可以产生具有良好生物相容性和耐磨性的涂层。
五、离子束镀膜的发展趋势随着科技的不断进步，离子束镀膜技术也在不断发展。
未来，离子束镀膜将更加普及，并应用于更广泛的领域，如太阳能电池、汽车制造和航空航天等。
同时，随着新材料的出现和新技术的引入，离子束镀膜将变得更加高效、环保和经济。
离子束增强沉积法制备二氧化铪薄膜
离子束增强沉积法制备二氧化铪薄膜
陶凯;俞跃辉;郑智宏;邹世昌
【期刊名称】《半导体技术》
【年(卷),期】2006(31)3
【摘要】利用离子束增强沉积(IBED)技术在硅衬底上沉积得到50nm的二氧化铪薄膜。
卢瑟福背散射(RBS)的结果指出样品表面有过量氧元素存在。
X射线光电子能谱(XPS)显示退火前后薄膜内部化学键没有变化。
透射电子显微镜(TEM)表明界面处有非晶铪氧硅化合物生成。
电子衍射(ED)显示所制备的二氧化铪薄膜呈现长程无序、区域有序的多晶态。
实验为HfO2作为高尼电介质在集成电路制造中的应用提供了一种简单有效的方法。
【总页数】3页(P209-211)
【关键词】二氧化铪;离子束增强沉积;高k电介质
【作者】陶凯;俞跃辉;郑智宏;邹世昌
【作者单位】中国科学院上海微系统与信息技术研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN304.055
【相关文献】
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PVD真空镀膜简介
PVD真空镀膜简介PVD真空镀膜（Physical Vapor Deposition）是一种通过高真空条件下，将固态材料蒸发、溅射或离子束照射等方式沉积到基材表面形成功能薄膜的工艺技术。
PVD镀膜技术具有优异的性能和广泛的应用领域，被广泛应用于光学薄膜、装饰薄膜、耐磨薄膜、防腐蚀薄膜和导电薄膜等领域。
PVD真空镀膜技术主要分为蒸发镀膜、溅射镀膜和离子束沉积等几种方式。
蒸发镀膜是将固态材料加热到一定温度，使其蒸发成气体，然后沉积在基材表面形成薄膜。
溅射镀膜是将固态目标材料置于高真空室中，利用离子束轰击目标表面，使其材料释放出来，并沉积在基材上。
离子束沉积则是利用离子束轰击固态材料，产生的离子和中性粒子在基材上形成薄膜。
PVD镀膜技术具有许多重要优势。
首先，PVD薄膜具有极高的附着力，因为在真空环境下，薄膜材料可以直接与基材表面发生物理化学反应，形成致密的结构。
其次，PVD技术可以在低温下进行，减少了对基材的热损伤，特别适用于易受热的塑料和有机材料。
此外，PVD薄膜具有良好的化学稳定性、机械硬度和耐磨性，能够有效提高基材的耐腐蚀性、硬度和耐磨性。
另外，PVD镀膜技术还可以控制膜层的成分和结构，可以产生金属薄膜、合金薄膜、氮化物薄膜、硼化物薄膜等多种高性能薄膜。
PVD真空镀膜技术在许多领域中得到广泛应用。
在光学领域，它可以用于制备高反射膜、透明导电膜、滤光膜等。
在电子领域，PVD技术可以制备导电薄膜用于集成电路、光伏电池和显示器件等。
在汽车和航空航天领域，PVD薄膜可以用于制备具有高耐磨性和耐腐蚀性的装饰膜。
在工具领域，PVD技术可以制备高硬度、高耐磨的刀具涂层和模具涂层等。
在材料领域，PVD薄膜可以制备各种功能性薄膜，如防刮伤膜、防指纹膜、防眩光膜等。
然而，PVD镀膜技术也存在一些问题。
首先，设备和工艺的成本相对较高，需要投入较大的资金和技术支持。
其次，PVD薄膜的厚度较薄，通常在几纳米到几十微米之间，因此只能应用于薄层镀膜。
离子注入和薄膜沉积
离子注入和薄膜沉积离子注入和薄膜沉积是两种重要的表面工程技术，它们都能够改变材料表面的物理和化学性质，从而提高材料的性能和功能。
离子注入是一种将离子束注入固体材料中的技术。
离子注入常常被用来提高材料的硬度、耐磨性、化学稳定性等性质。
离子注入的原理是将电荷载体称为离子的高能量束，投射到材料表面或者表面下一定深度的位置。
离子注入时，需要控制离子束的能量、束流密度和注入时间等参数，以达到最佳效果。
离子注入通常需要使用离子源、加速器、注入系统和检测系统等设备。
离子注入主要有两种类型：浅层离子注入和深层离子注入。
浅层离子注入是将离子注入到材料表面下使用小于几十纳米的深度中的表面层。
这种注入能够改善材料表面的性能，并产生新的材料特性和功能，例如渗碳和渗硼处理在表面制备具有高耐磨性和高耐蚀性的工具和零件。
深层离子注入是在材料表面以下的深度中形成未均匀分布的点缺陷，以改善材料的辐射、耐腐蚀性、氢脆裂性等性能。
深层注入会在深层产生有利的物理和化学特性，使材料能够更好地抵抗环境中的攻击。
薄膜沉积技术是在基板表面沉积非常薄的材料层，以改善材料表面的性能。
薄膜沉积技术是一种制备单晶薄膜、多晶薄膜和非晶薄膜的表面工程技术。
薄膜沉积技术通常使用化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、离子束沉积（IBD）或电泳沉积等方法。
这些方法具有独特的优缺点，需要根据材料的性质和应用需求选择合适的方法。
例如，CVD可用于沉积非晶薄膜，PVD可用于沉积多晶薄膜，IBD可用于沉积单晶薄膜，而电泳法则可用于沉积均相或弥散的材料。
薄膜沉积能够改善材料的表面性能，例如增加硬度、降低摩擦系数、改善光学特性等。
这些应用非常广泛，如金属离子沉积可以形成具有高导电性能的导电膜，而非晶氮化硅沉积可以制备具有耐热、耐腐蚀性能的电气元件。
总之，离子注入和薄膜沉积是两种表面工程技术，是改善材料表面性能的重要手段。
这些技术为制造高品质的电子元件、导电器、半导体器件、光学器件和涂层等提供了支撑。
离子束溅射和射频溅射沉积
离子束溅射和射频溅射沉积
离子束溅射和射频溅射沉积都是常见的薄膜沉积技术，其中离子束溅射是将高能离子束轰击靶材表面，使其释放出原子或离子并形成薄膜，在真空环境下进行的。
而射频溅射是通过高频电场使得靶材释放出原子或离子并在基板表面沉积。
两种方法各有优缺点。
离子束溅射可以在低温下完成沉积过程，从而避免材料热处理所带来的影响；同时，由于离子束轰击后形成的薄膜具有高结晶度和低缺陷密度的特点，在制备高质量、高稳定性、高精度的微电子元器件方面有重要应用。
射频溅射则比离子束溅射更易操作和控制，可以实现大面积均匀沉积。
缺点是制备出的薄膜一般含有杂质，其厚度和成分随着时间变化较为不稳定。
尽管两种方法各有优劣，具体的应用取决于实际需求。
在制备微电子器件等高精度领域时，离子束溅射技术更为适用，而在制备涂层、镀层等领域则普遍采用射频溅射技术。
磁约束过滤聚焦纯离子沉积镀膜
磁约束过滤聚焦纯离子沉积镀膜
磁约束过滤聚焦纯离子沉积镀膜是一种高效、精确的表面处理技术，它可以在材料表面形成高质量、均匀的薄膜。
这种技术的核心是利用磁场将离子束聚焦到一个小区域，从而实现高精度的沉积。
磁约束过滤聚焦纯离子沉积镀膜的过程可以分为三个步骤：离子源、磁场和基底。
首先，离子源会产生离子束，这些离子会被加速器加速，然后进入磁场。
磁场会将离子束聚焦到一个小区域，从而实现高精度的沉积。
最后，离子束会沉积在基底上，形成一层均匀的薄膜。
磁约束过滤聚焦纯离子沉积镀膜的优点在于它可以实现高精度的沉积，从而形成高质量、均匀的薄膜。
此外，这种技术还可以控制薄膜的厚度和成分，从而满足不同应用的需求。
例如，这种技术可以用于制造光学器件、电子器件、传感器等。
然而，磁约束过滤聚焦纯离子沉积镀膜也存在一些挑战。
首先，这种技术需要高精度的设备和控制系统，从而增加了成本和难度。
其次，离子束的聚焦需要精确的磁场控制，这也增加了技术的难度。
最后，这种技术只能用于制造小尺寸的器件，因为离子束的聚焦区域很小。
磁约束过滤聚焦纯离子沉积镀膜是一种高效、精确的表面处理技术，它可以实现高质量、均匀的薄膜沉积。
虽然这种技术存在一些挑战，
但它仍然是制造高精度器件的重要工具。
未来，随着技术的不断发展，磁约束过滤聚焦纯离子沉积镀膜将会得到更广泛的应用。
掠角沉积技术
掠角沉积技术 掠角沉积技术是一种新型的表面制备技术，它是利用高速离子束轰击基底材料表面，将掠过的离子沉积在基底表面形成薄膜的一种技术。掠角沉积技术利用了离子束的高能、高浓度、高均一性等特点，可以制备高质量、纯度高、结构复杂的薄膜。掠角沉积技术因其具有精度高、成本低、生产效率高等优点受到广泛关注，并已成为研究和应用领域的热点之一。
掠角沉积技术的原理是：在高真空条件下，通过离子源发射出高能离子束，在离子束轰击下，基底表面原子被激发并加速，与离子束的离子发生相互作用。离子束的掠角入射方向相对于表面法线小于五度时，发生的相互作用主要是沉积现象。离子对基底表面的冲击会使得表面活性增强，在离子束轰击过程中，可以在表面形成原子团簇，这些原子团簇聚集成为纳米颗粒，随后堆积成薄膜。利用离子束轰击掠角入射角度小于五度时，离子对表面的轰击强度较弱，避免了离子束轰击后的部分能量波动，使得掠角沉积技术更加精准、稳定和可靠。掠角沉积技术的工作原理如图所示。
 1. 精度高。掠角沉积技术可以制备出非常薄的薄膜，并保持膜厚均匀度高，表面光洁度、晶体质量和厚度控制精度都非常高。
2. 纯度高。掠角沉积技术可以制备出高纯度的薄膜，在制备过程中，由于高真空条件下的稳定性，离子束轰击沉积过程中会产生较少的杂质。
3. 成本低。掠角沉积技术与传统的溅射、蒸发等制备方法相比，具有不需要真空室冷却、减少辅助设备等优点，从而可以降低制备成本。
4. 生产效率高。掠角沉积技术在制备过程中具有高生产效率，并可以进行连续制备，节省了时间和成本，提高了生产效率。
掠角沉积技术可以制备多种材料的薄膜，如金属、半导体、氧化物、硅等薄膜制备，掠角沉积技术验证了这些薄膜结构的独特特性。掠角沉积技术通过在基底表面形成原子团簇，进行控制和稳定的沉积，掠角沉积技术在研究和应用中也有着广泛的应用，如在电子学、光学和纳米结构等领域。
电泳真空镀膜的作用原理
电泳真空镀膜的作用原理
电泳真空镀膜是利用电场作用原理，在真空环境下，将物体表面附着薄膜材料转化为离子，然后通过电场使离子沉积在物体表面从而形成薄膜的一种表面处理技术。
具体原理如下：
1. 制备离子源：将薄膜材料加热至高温，使其转化为蒸汽态，然后通过电子轰击或离子轰击等方式，将蒸汽中的原子或离子提取出来。
2. 产生离子束：将提取的原子或离子通过加速器加速，形成具有高动能的离子束。
3. 离子束沉积：将加速的离子束引导到待镀物体的表面上，形成正向电场。
由于离子带电，会受到电场力的作用，从而沉积在物体表面上。
4. 形成薄膜：离子在物体表面沉积后，逐渐形成一层薄膜。
薄膜的性质由离子束的能量和稳定性、原子尺寸以及物体表面的结构等因素决定。
电泳真空镀膜技术可广泛应用于光学、电子、材料等领域，用于改善物体的耐磨、耐腐蚀性能，增加材料的光学透过率或反射率，调控材料的电导率等。
mn离子电沉积
mn离子电沉积
mn离子电沉积是一种重要的材料表面处理技术，它可以在材料表面形成一层具有特殊性质的薄膜。
这种薄膜通常具有良好的耐磨性、耐腐蚀性和导电性等特点，广泛应用于电子、光电和能源等领域。
mn离子电沉积技术的原理是利用离子束的能量和动量传递来改变材料表面的物理和化学性质。
当离子束轰击材料表面时，离子与材料原子发生碰撞，使得材料表面发生局部变化。
通过控制离子束的能量、角度和流量等参数，可以精确控制薄膜的厚度、成分和结构。
mn离子电沉积技术的优点在于它可以在低温和常压下进行，对材料的热影响较小。
此外，离子束的能量和角度可以调节，可以实现对材料表面的定向改性。
这使得mn离子电沉积技术在微电子器件和纳米器件的制备中得到了广泛应用。
mn离子电沉积技术的应用非常广泛。
在电子器件中，它可以用于制备金属导线、电极和薄膜电晶体管等元件。
在光电器件中，它可以用于制备太阳能电池、光电探测器和显示器件等。
在能源领域，它可以用于制备储能材料和催化剂等。
总的来说，mn离子电沉积技术是一种重要的材料表面处理技术，具有广泛的应用前景。
随着科学技术的不断发展，相信mn离子电沉积技术将会在各个领域发挥更加重要的作用。
我们期待着这一技术的进一步突破和应用。
对离子束溅射沉积的性能控制分析
对离子束溅射沉积的性能控制分析离子束溅射沉积是一种先进的薄膜制备技术，它具有高质量、高纯度、精密控制等优点，在微电子、光电子、信息等领域有着广泛的应用。
对于离子束溅射沉积来说，控制其性能是十分重要的。
本文将从设备、工艺、材料等方面探讨如何对离子束溅射沉积的性能进行控制。
设备控制离子束溅射沉积设备是对性能控制十分重要的因素之一。
设备的性能决定了薄膜的均匀性、致密性、光滑度等。
因此，如何提高设备的性能，对于溅射沉积能否实现精密控制至关重要。
首先，设备的真空度对于离子束溅射沉积工艺至关重要。
真空度不仅有助于保证沉积物的纯度和致密度，而且还有助于控制气体中的杂质和离子束的能量分布。
因此，高品质的真空泵和气室密封是设备提高真空度的关键。
其次，离子源也是影响性能控制的关键因素之一。
在离子束溅射沉积中，功率和离子流强度直接影响着材料的成膜质量。
因此，选择合适的离子源以及调节离子束强度和束流分布都是十分重要的。
工艺控制工艺控制是离子束溅射沉积中对性能控制不可忽视的因素。
正确的工艺控制可以使得薄膜具有高质量和优良性能。
首先，沉积温度是影响薄膜质量的关键因素。
温度对于薄膜的致密性、晶体结构以及光学特性都有较大的影响。
因此，在不同的材料和加工条件下，选择合适的沉积温度以及加热方式，是提高成膜质量和控制薄膜性能的重要手段。
其次，流量控制也是工艺控制的重要环节。
离子束溅射沉积中的气体流量和沉积速度之间有很强的相互关系。
流量大小对于薄膜的物理性质和化学组成也有直接影响。
因此，正确设置气体流量大小和比例，是实现薄膜精密控制的重要保证。
材料控制材料的选择和特性对于离子束溅射沉积的性能控制至关重要。
如何选择适合的材料和控制材料性质，是十分重要的。
首先，选择合适的材料种类和成分。
离子束溅射沉积中，不同材料的物理、化学性质存在着较大的差异，其沉积行为和特性也迥异不同。
因此，在选择材料的同时，要考虑到沉积特性和成膜质量，并在不同的物质之间进行比较和评估。
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离子束沉积法制备薄膜
一、试验目的
（1）了解离子束设备结构以及工作原理
（2）学习并掌握使用离子束沉积镀膜
二、试验原理
离子束沉积法是在磁控溅射技术之后发展起来。图1为产生离子束的独立装置称为离子
枪，它提供一定束流强度、一定能量（如10～50mA、0.5～2.5keV）的Ar离子流。其原理
是利用离子枪发射的离子束轰击靶材使并溅射出其表层原子，后者沉积在基片上即形成薄膜。
图1 离子束溅射薄膜沉积装置示意图
在镀膜之前往往用辅助离子源直接轰击基片，把基片表面的杂质和污物刻蚀掉，从而达
到清洗的作用，同时在镀膜过程中用辅助离子束源增强沉积，提高成膜质量。离子束沉积薄
膜的优点是溅射过程可以控制，离子能量和入射角度都可以调节和控制，并且基片不受离子
从靶面反射而引起的辐射损伤。利用高能离子流溅射出的膜料离子能量高，有利于薄膜结构
的生成；离子源可控性强。因此用离子束沉积制备薄膜具有良好附着性、低的散射、良好稳
定性和重复性，保证膜的致密、均匀，易于控制。
偏压溅射过程中离子对衬底表面的轰击可以有效的改善薄膜的组织和性能。但等离子体
放电过程不易控制，因而入射离子的方向、能量、密度等条件很难得到综合优化。为解决这
一问题，发展了离子束辅助沉积。在离子束辅助沉积技术中，使用单独的离子源来完成对于
衬底表面的轰击，而欲沉积的物质来自于一个蒸发源。这一方法结合了告诉蒸发沉积和偏压
溅射离子轰击的特点同时又具有离子束的能量和方向可调的优点。在所谓的的双离子束薄膜
沉积系统中，则分别使用了两个离子源，一个被用来对靶材进行溅射从而提供沉积所需的物
质原子，另一则被用来对衬底施行离子轰击。对于两个离子源分别进行控制，即可实现对于
薄膜沉积速率和轰击离子流的独立调整。
三、试验设备
1. 设备简介
本系统主要由真空室、样品水冷加热转盘、Kaufman离子枪、四工位转靶、工作气路、
抽气系统、安装机台、真空测量及电控系统等部分组成。图2 为设备简图，图3为真空气
路系统图。
2. 主要技术指标：
Ar等离子体
离子枪
冷却水
衬底
二次溅射原子
高能Ar原子
溅射原子
θ
极限真空度：≤6.67×10-5Pa（经烘烤除气后）；
系统真空检漏漏率：≤10-8Pa.L/S；
停泵关机12小时后真空度：≤5P。
图2 设备简图
图3 真空气路系统图
四、操作步骤
1. 开机前准备工作
(1) 开动水阀，接通冷却水，检查水压是否足够大，水压控制器是否起作用，保证各
水路畅通；
(2) 检查总供电电源配线是否完好，地线是否接好，所有仪表电源开关全部处于关闭
状态；
真空室
离
子
枪
一
离
子
枪
二
混气室
V1 V7 V2 V6
G V5 V4 V3
MCF1 MCF2 R-DF
DF
T
(3) 检查分子泵、机械泵油是否标注到刻线处，如没有达到刻线标记应及时加油；
(4) 检查系统所有阀门是否全部处于关闭状态，确定真空室完全处在抽真空前为封闭
状态。
2.操作流程
(1) 启动总电源。
(2) 开启放气阀V3放气（注意放开机械手），换完基片关闭V3。（若不换基片，无此
步操作）
(3) 开机械泵及电磁阀R-DF，开电阻规，开预抽阀V4，真空室抽真空，当电阻规示
数小于5Pa时，关闭V4。
(4) 开启电磁阀DF，开启分子泵，马上开高阀G。电离规调至自动模式，等待抽真
空，数值低于3×10-4Pa时，将电离规调至手动。
(5) 开启V5启动流量计（预热五分钟），同时预热离子枪（预热十分钟）。
(6) 开通气体。
(7) 将流量计调至阀控，数值调到5～10，调节G，使电离码数值在6×10-2～9×10
-2
之间。①放电电压调至60～80V；②灯丝电流至8A（逐步加热）；③加速电压调
至100V；④束流电压800～1200V，束流达到30～50mA。
(8) 开始溅射，在衬底上沉积薄膜。
(9) 薄膜沉积完成后，逐步调节离子枪使①②③④示数为0，然后关闭离子枪电源。
(10) 关闭电离规，先关总气体，调节流量计放气，关流量计。
(11) 取出样品，将下一试验样品装入，然后按上述步骤再抽真空，观察示数在10-4，
Pa时，关电离规，关V5，关G，关分子泵。分子泵示数为0时，关电磁阀，关
机械泵。
(12) 关总电，关循环水。
注意：气体阀顺时针为开。
五、注意事项
(1) 设备操作人员必须高度重视电气安全问题，严格遵守用电安全规程，防止电气事
故造成人身伤害或设备损坏。
(2) 严禁带电拆卸接线端子、焊片、接插件等电气连接件
(3) 严禁带电打开电源机箱，接触任何电器元件。
(4) 设备必须可靠接地。本系统中所有设备装置的金属外壳都应可靠接地（包括主机
真空设备及电源机柜）。各部分电控装置按要求实行单闸（空气开关）供电，不
允许一闸多用。
(5) 经常对设备进行安全检查，确保电控单元绝缘良好，有可靠的接地或接零保护，
检查有无漏电、绝缘老化情况；定期进行电气设备和保护装置的检查、检修、试
验及清扫，防止造成设备电气事故和误动作。