薄膜的物理氣相沉饒澤勇肖萍課件

薄膜的物理氣相沉積（II）

——濺射法及其他PVD方法

肖萍2011.03.253.1氣體放電現(xiàn)象與等離子體原理：直流電場作用下物質(zhì)的濺射現(xiàn)象。1.沉積薄膜的襯底是可以接地的，也可以是處于浮動點位或是處于一定的正、負電位。靶材：需要濺射的材料（陰極）；真空室：接地的（負電位）。3.1.1氣體放電現(xiàn)象描述氣體放電現(xiàn)象是離子建設(shè)過程的基礎(chǔ)。V=E-IR直流氣體放電體系：見圖3.2放電現(xiàn)象描述：1.湯生放電：隨著放點電流的迅速增加，電壓變化不大的放電階段。2.電暈放電：在湯生放電后期，在電場強度較高的點擊尖端部位開始出現(xiàn)一些跳躍的電暈光斑。3.等離子體：在湯生放電階段之后，氣體會發(fā)生突然的放電擊穿現(xiàn)象，這是氣體開始具備了相當(dāng)?shù)膶?dǎo)電能力，這種具備一定的導(dǎo)電能力的氣體稱為等離子體！4.輝光：氣體中導(dǎo)電粒子的數(shù)目大量增加，離子碰撞過程中伴隨的能量轉(zhuǎn)移也夠大，所以放電氣體會發(fā)生明顯的輝光。3.1.2輝光放電現(xiàn)象及等離子體鞘層實質(zhì)：部分的氣體分子開始分解為可以導(dǎo)電的離子與電子，即形成了等離子體。放電擊穿：當(dāng)氣體壓力與電極間距的乘積pd為某一數(shù)值時，氣體最容易發(fā)生放電擊穿。帕邢曲線（定律）：描述放電擊穿規(guī)律的曲線，稱為帕邢曲線（定律）。詳見圖3.3(2)等離子子體鞘層1.不同的粒子還具有極為不同的平均速度。2.電子與離子具有不同的速度的一個直接后果是形成所謂的等離子體鞘層，即相當(dāng)于等離子體來講，任何未予等離子體中或其附近的物體都將自動的處于一個負電位，并且在其表面外將伴隨有正電荷的積累。3.物體表面對于離子和電子的吸引和排斥作用還會在表面外形成一個充斥了正離子體鞘層。如圖3.4等離子體鞘層點位△Vp=kTe/eln(M+/2.3Me)1/2Te:電子溫度m+/Me：離子與電子的質(zhì)量比K：玻爾茲曼常數(shù)e：電子所攜帶的電量上式表明：鞘層電位正比于電子溫度且與離子和電子的質(zhì)量比有關(guān)。直流輝光放電右下為輝光放電裝置實物圖理解：陰極接地，處于零電位。量計件的全部電壓降幾乎均集中在陰極鞘層中。圖3.5為電位圖3.1.3輝光放電過程中電子的碰撞∵在輝光放電等離子體中，電子的速度、能量遠高于離子的速度與能量。∴電子不僅是等離子體導(dǎo)電過程中的主要載流子而且在粒子相互碰撞、電離的過程中也起著重要作用。原理：等離子體中高速運動的電子與其他粒子的碰撞是維持氣體放電的主要微觀機制。電子的碰撞彈性碰撞：粒子總動能和總動量保持不變，不存在粒子內(nèi)能的變化，即無粒子的激發(fā)、電離、復(fù)合過程發(fā)生。E?/E?=4M?M?cos2θ/（M?+M?)2M:相應(yīng)粒子的質(zhì)量θ：碰撞前粒子1的運動方向與碰撞后粒子2運動方向的夾角。分解反應(yīng)，如eˉ+CF?

CF?﹡+F﹡+eˉ1.在這一碰撞過程中，分子被分解成為兩個反應(yīng)基團。2.上述各種處于高能態(tài)的粒子的化學(xué)活性將遠高于原來的分子.注意：除了有電子參加的碰撞過程之外，中性原子、離子之間的碰撞也在同時發(fā)生。非彈性碰撞的三種過程1）電離過程，如eˉ+Ar＝＞Ar﹢+2eˉ(這一過程發(fā)生在能量較高時，它導(dǎo)致電子