北京科技大学材料科学学院：《薄膜材料与纳米技术 Thin Film Materials & Nanotechnology》第三讲 薄膜材料制备的溅射法 Preparation of thin films by sputtering

薄膜材料与纳米技术 Thin Film Materials Nanotechnology 北京科技大学材料科学学院唐伟忠 62332475 E-mai wztang@mater.ustb.edu.cn 课件下载网址:wztangteaching(@sina.com 下载密码 123456

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第三讲 薄膜材料制备的溅射法 Preparation of thin films by sputtering

第三讲 薄膜材料制备的溅射法 Preparation of thin films by sputtering

提要 ◆气体的放电现象与等离子体 ◆物质的溅射效应和溅射产额 ◆各种各样的溅射技术

提 要 ◆ 气体的放电现象与等离子体 ◆ 物质的溅射效应和溅射产额 ◆ 各种各样的溅射技术

物理气相沉积 物理气相沉积(PVD)是利用某种物理过 程 物质的热蒸发或在受到粒子轰击 时物质表面原子的溅射等,实现物质原子 从源物质到薄膜的物质的可控转移 溅射法与蒸发法一样,是一种重要的薄膜 PVD制备方法

◼ 物理气相沉积（PVD）是利用某种物理过 程 ⎯⎯ 物质的热蒸发或在受到粒子轰击 时物质表面原子的溅射等，实现物质原子 从源物质到薄膜的物质的可控转移 ◼ 溅射法与蒸发法一样, 是一种重要的薄膜 PVD 制备方法 物理气相沉积

溅射法制备薄膜的物理过程 ■利用带电荷的离子在电场中加速后具有 定动能的特点,将离子引向欲被溅射 的物质制成的靶电极(阴极) 入射离子在与靶面原子的碰撞过程中将 后者溅射出来 这些被溅射出来的原子将沿着一定的方 向射向衬底,从而实现物质的沉积

◼ 利用带电荷的离子在电场中加速后具有 一定动能的特点，将离子引向欲被溅射 的物质制成的靶电极（阴极） ◼ 入射离子在与靶面原子的碰撞过程中将 后者溅射出来 ◼ 这些被溅射出来的原子将沿着一定的方 向射向衬底，从而实现物质的沉积 溅射法制备薄膜的物理过程

wiboo 薄膜溅射沉 积装置的示 男射靶 意图 究放息区 阳径 通射气体 靶材是要溅射的材料,它作为阴极,相对于真空室内其他部 分处于负电位。阳极可以是接地的,也可以是浮动的

薄膜溅射沉 积装置的示 意图 ——— 靶材是要溅射的材料，它作为阴极, 相对于真空室内其他部 分处于负电位。阳极可以是接地的，也可以是浮动的

气体的直流放电现象 以适当压力(10~10Pa)的惰性气体(一般为Ar )作为放电气体 在正负电极间外加电压的作用下,电极间的气体 原子将被雪崩式地电离,形成可以独立运动的 Ar+离子和电子。电子加速飞向阳极,而带正电 荷的Ar+离子则在电场的作用下加速飞向作为阴 极的靶材 气体放电是物质溅射过程的基础

◼ 以适当压力（10-110Pa）的惰性气体（一般为Ar ）作为放电气体 ◼ 在正负电极间外加电压的作用下，电极间的气体 原子将被雪崩式地电离，形成可以独立运动的 Ar+离子和电子。电子加速飞向阳极，而带正电 荷的Ar+离子则在电场的作用下加速飞向作为阴 极的靶材 ◼ 气体放电是物质溅射过程的基础 气体的直流放电现象

体的直流放电模型 阳极 粮子 C等子体 离于 t 在阴阳两极间,由电动势为E的直流电源提供靶 电压V和靶电流,并以电阻R作为限流电阻

气体的直流放电模型 在阴阳两极间，由电动势为E的直流电源提供靶 电压V 和靶电流 I，并以电阻R 作为限流电阻

体放电的伏安特性曲线 le 南故电气棒含窗 阻击解 异定释光电 场生理 光電 热导者观汇控取 0 R/A 放电曲线分为: 汤生放电段(气体分子开始出现电离) 辉光放电段(产生大面积辉光等离子体) 弧光放电段(产生高密度弧光等离子体)

气体放电的伏安特性曲线 放电曲线分为： ◼ 汤生放电段（气体分子开始出现电离） ◼ 辉光放电段（产生大面积辉光等离子体） ◼ 弧光放电段（产生高密度弧光等离子体）

各种气体发生辉光放电的帕邢曲线 180 H 1200 空气 出 却900 C 2 3 P-d/Pam 只有当Pd取一定数值时,气体才最容易维持辉光放电

各种气体发生辉光放电的帕邢曲线 只有当 Pd 取一定数值时，气体才最容易维持辉光放电