真空镀膜详述

真空镀膜详述真空镀膜 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 -概述真空镀膜方法物理气相沉积（PVD）化学气相沉积（CVD）蒸发镀离子镀溅射镀热CVD法等离子增强CVD法热蒸镀法电子束蒸镀法直流溅射法射频溅射法中频溅射法真空镀膜方法-概述物理气相沉积（PVD）物理气相沉积(PhysicalVaporDeposition，PVD)技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。特点：物理气相沉积技术工艺过程简单，对环境改善，无污染，耗材少，成膜均匀致密，与基体的结合力强，可方便地控制多个工艺参数，容易获得单晶、多晶、非晶、多层、纳米层结构的功能薄膜。该技术广泛应用于航空航天、电子、光学、机械、建筑、轻工、冶金、材料等领域，可制备具有耐磨、耐腐饰、装饰、导电、绝缘、光导、压电、磁性、润滑、超导等特性的膜层。真空镀膜方法-概述化学气相沉积（CVD）镀膜材料由气体或气体混合物（气相）组成通过在气相和基片表面发生化学反应在基片表面形成薄膜。真空镀膜方法-概述PVD与CVD技术对比好较好较好差沉积层绕镀性低较高高低沉积层离子能量好较好好一般膜基结合强度高低中中沉积速率133-101-10-11-10-210-3-10-7沉积气压/Pa1000左右150-80015-800室温-500沉积温度/℃金属、玻璃、陶瓷、半导体、金属、玻璃、塑料、陶瓷、半导体、金属、玻璃、陶瓷金属、玻璃、塑料、陶瓷、半导体、适用基体材料各种金属、非金属及其化合物金属、合金、半导体、金属、化合物金属、化合物半导体、沉积材料范围气态物质固态物质固态物质固态化合物沉积层物质源高温分解与化合阴极溅射热蒸发热蒸发沉积技术类型化学气相沉积磁控溅射镀离子镀真空蒸发镀沉积技术真空镀膜方法-概述PVD技术相关的真空物理基础——概述真空：低于一个 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 大气压的气体状态。1643年，意大利物理学家托里拆利(E.Torricelli)首创著名的大气压实验，获得真空。自然真空：气压随海拔高度增加而减小，存在于宇宙空间。人为真空：用真空泵抽掉容器中的气体。真空镀膜方法-概述1标准大气压=760mmHg=760Torr1标准大气压=1.013×105Pa1Torr=133.3Pa1mbar=100Pa常用单位:帕（Pa）、托（Torr）、毫巴（mbar）、毫米汞柱（mmHg）、标准大气（atm）换算关系:真空镀膜方法-概述真空区域的划分粗真空1.01×105～1.33×103Pa低真空1.33×103～1.33×10-1Pa高真空1.33×10-1～1.33×10-6Pa超高真空1.33×10-6～1.33×10-10Pa极高真空<1.3×10-10Pa真空区域的划分真空镀膜方法-概述——气体分子运动的基本规律（1）理想气体分子运动的基本规律1）理想气体模型同类其他所有分子性质相同，有同样大小和相对分子质量，分子的大小与躯体间的距离相比可以忽略。每个分子永远作不停息的运动。把分子看成是弹性钢球。弹性钢球的意义是：分子在碰撞时不发生变形，碰撞接触时间为零。分子间没有相互间引力和斥力，他们所有的能量都是动能；弹性碰撞的意义是：碰撞时遵守能量和动量守恒定律，全部分子的平均速度不因碰撞而发生变化。真空镀膜方法-概述2）理想气体的一些特性。气体的宏观特性由P、V、T三个参量来描述，理想气体状态方程：式中P----气体压强（Pa）V----气体体积（m3）T----热力学温度（K）M----气体质量（kg）μ----气体的摩尔质量（kg/mol）R----摩尔气体常数，与气体质量无关R=8.31J/（mol·K）真空镀膜方法-概述每个分子的动能由其温度决定。相互不发生化学反应的各种混合气体的总压强等于各种气体分压强的总和。分子运动速率。大部分服从麦克斯韦速率分布曲线3）理想气体压强的基本公式真空镀膜方法-概述1）分子的碰撞几率。由于无规则运动分子之间发生碰撞，分子从一处移到另一处时，其所走的路线必然是迂回的折线。某一份子单位时间内与其他分子的碰撞次数是无规律的，大量分子碰撞次数的平均值叫平均碰撞次数，用表示，与气体的压强P成正比2）分子运动的平均自由程。分子任意两次碰撞之间通过的路程λ，叫自由程。大量分子多次碰撞自由程的平均值叫分子运动的平均自由程，用表示，与气体压强呈反比，与气体分子密度n呈反比。即∝∝4）气体分子的平均自由程真空镀膜方法-概述——气体分子与表面的作用包括：气体分子与蒸发出的原子，与器壁或基板（工件）表面的碰撞气体分子和表面的作用气体分子与蒸发出的原子从器壁或基板（工件）表面的反射或被吸收。（1）碰撞于表面的分子数碰撞于单位面积上的分子数----蒸汽原子通量（2）分子从表面反射碰撞于固体表面的分子，有部分分子飞离固体表面。其飞离表面的方向与飞来的方向无关。真空镀膜方法-概述（3）气体分子在固体表面上的吸附1）物理吸附：若固体表面的原子键饱和，表面已变得不活泼，则固体表面对气体分子产生物理吸附，吸附力主要是范德瓦尔力，包括静电力，诱导力和色散力。2）化学吸附：固体表面原子键未饱和时，可形成化学吸附物理吸附分子作用力分布曲线物理吸附与化学吸附位能分布曲线真空镀膜方法-概述离子碰撞电子的能量≥13.6eV离子受电磁场影响离子状态不稳定，易捕获电子再结合为原子溅射原理-溅射物理过程溅射原理-受激辐射碰撞电子的能量<13.6eV溅射原理-受激辐射每种原子有其特有的辐射颜色例氮气（N2）氩气（Ar）AV原子电子溅射原理-气体电离气体的电离：当具有一定能量的电子与气体分子碰撞过程中，将可能使得气体分子的外层电子丢失形成离子；气体放电：气体在电场的作用下发生电离的过程；Townsend放电：在电极两端施加一定的直流高压而导致气体电离★气体的电离Townsend放电：气体击穿的初期，放电电压比较高，且随输入功率的增加变化很小；放电电流随输入功率的增加而增加，；正常辉光放电：当放电达到一定值以后，足够多的电子和离子使得放电可以自持，气体放电转化为正常辉光放电，此时的气体电导率比较大，极板间电压下降；反常辉光放电：当电离度达到比较高以后，电流随功率增加变缓，但电压迅速增加；弧光放电：进一步增加功率导致电弧出现，从而放电转化为弧光放电，气体电导率再次增加，极板间电压再次下降；★气体的电离溅射原理-气体电离溅射原理-等离子体物质的状态气体固体液体等离子体等离子体也被称为物质的第四状态，是由部分电子被剥夺后的原子组成的离子化气体。等离子体是一种很好的导电体，利用经过巧妙 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。溅射原理-等离子体等离子体的获得：1、利用粒子热运动的方法。（由于燃烧或冲击使气体达到很高的温度，分子和原子剧烈碰撞而离解为离子和电子）2、利用电磁波能量的方法和利用X射线、г射线照射使气体电离。3、利用接触电离法。（两种功函数（把原子中一个电子放到无限远处时所需要的最小电位差）不同金属在高热表面接触时发生离化现象）4、利用高能粒子法。（核聚变所用的方法）5、利用将电子与离子混合的方法。（火箭推进器中采用的方法）6、电子碰撞的方法。（气相沉积多采用的方法）溅射原理-等离子体1）按气体电离程度分类：①完全电离状态气体，几乎所有的中性粒子都呈离子态、电子态。是强导体，带电粒子密度1010-1015个/cm3②部分电离状态气体，只有部分中性粒子电离。③弱电离状态气体，只有极少量中性粒子电离。等离子体的分类：3001000300010000200000.10.313能量/eV温度/K物质四态所具有的能量范围溅射原理-等离子体2）按温度分类物质处于不同的温度范围时说具有的能量不同。物质的能量用电子伏特（eV）表示，它和温度的关系由下式表示：1eV=1.160485×104K3）按粒子的温度分热平衡等离子体（热）非热平衡等离子体（冷）与气体分子进行弹性碰撞电子电场加速电子携能电子与气体分子进行非弹性碰撞分子动能电子分子内能激发电离离解反应生成物+反应热溅射原理-等离子体等离子体能量传递图—等离子体的粒子种类：•中性粒子：原子、分子：基态、约0.025eV；激发态：平动、振动、转动;•正电粒子：原子离子、分子离子;约0.04eV；•负电粒子：电子，1-10eV,平均能量约2eV；尘埃；—等离子体参数：•电离率：fi=ne/(ne+n0)；辉光放电：10-4-10-2•等离子体温度：电子的平均能量；•电子和离子的电流及迁移率：j=nvq/4,μ=|q|/mv•电子和离子的扩散系数D；双极扩散系数：等离子体的性质:溅射原理-等离子体溅射原理-辉光放电在置有板状电极的玻璃管内充入低压（约几毫米汞柱）气体或蒸气，当两极间电压较高（约1000伏）时，稀薄气体中的残余正离子在当场中加速，有足够的动能轰击阴极，产生二次电子，经簇射过程产生更多的带电粒子，使气体导电。电流强度小、温度不高、管内有特殊的亮区和暗区特征：气体自持放电的伏安特性曲线电流和电压成正比离子能量较高，轰击基体表面能释放电子和原子溅射溅射原理-辉光放电溅射原理-辉光放电（1）辉光放电的特点1）辉光放电时发光，光的颜色因气体而异2）辉光放电气压一般是10-1~102Pa3）辉光放电电流密度mA/cm2，电压为300~5000V4）过程主要靠阴极上发射电子的г（正离子轰击）过程来维持5）阴极位降区时维持辉光放电不可缺少的部分，放电主要在这个区域进行。溅射原理-辉光放电阴极位降的大小与电压、气体成分、阴极材料有关1）其他放电条件不变，只改变气压时（P变），阴极位降Uc不变，但阴极位降区的宽度dc随之改变。2）dc与P成反比，保持P·dc乘积不变，Uc不会改变当极间距离d固定时，减小气压P，阴极位降区dc增大。当d=dc时，阴阳极间除阴极位降区外，其他各区都不存在，放电仍能进行。若气压进一步减小，dc＜d时，放电立即熄灭。（2）阴极位降区溅射原理-辉光放电正常辉光放电与异常辉光放电特性对比阴极全部布满辉光与电流成正比阴极起辉面积随电压升高而增大随气压增高而增大和电压无关随气压增加而增加电流密度随电流增加而减小随电压增高而增大和电流无关和气压成反比阴极位降区宽度与电流成正比随气压提高而减小和电流无关和气压无关阴极位降高低异常辉光放电正常辉光放电特性辉光放电现象的物理特性Aston暗区：低能电子和高能离子；阴极辉光区：离子的退激发发光，阴极发射的二次电子与正离子发生复合所产生；阴极暗区：电子和离子的加速区，形成的电压降近似等于靶电压；负辉光区：二次电子与中性粒子相互作用，产生电离和激发，电位梯度接近于零；法拉第暗区：电子损失了能量，激发和复合的几率很小，形成暗区；正柱区：等离子体区，电子密度与正离子密度相等，场强比阴极小几个数量级，所以带电粒子主要是无规则运动；正辉光区：电子被阳极吸收，离子被排斥，形成负的空间电荷，形成阳极电位电子在阳极区被加速，在阳极前产生激发和电离；阳极暗区：溅射原理-辉光放电溅射原理-辉光放电辉光放电过程中电子的碰撞等离子体中高速运动的电子与其他的粒子的碰撞时维持气体放电的主要微观机制。碰撞分为两大类：弹性碰撞与非弹性碰撞。◆弹性碰撞：参加碰撞粒子的总动能和总动量保持不变，并且不存在粒子内能的变化，即没有粒子的激发、电离、或复合过程发生两个例子发生弹性碰撞过程中，运动的能量为E1的粒子1把部分能量转移给静止着的粒子2，碰撞后粒子2的能量E2满足如下关系：M—粒子的质量Θ—碰撞前粒子1的运动方向与碰撞后粒子2运动方向间的夹角对于辉光放电等离子体中的碰撞电离的过程来讲，这相当于高速运动中的电子与低速运动中的原子、分子或离子的碰撞。只是M1﹤﹤M2，因而每次的碰撞中发生的能量转移是极小的。只有在经过很多次的碰撞之后，重粒子能量才会显著增加。只是造成辉光放电等离子体中重粒子能量远小于电子能量的又一个原因。溅射原理-辉光放电溅射原理-弧光放电弧光放电特性：一般弧光放电是由异常辉光放电的电流密度很大时，离子强烈轰击阴极表面，使阴极局部过热，达到发射热电子的条件而发射大量的热电子。使空间电阻降低，极电压陡降，电流突增，辉光放电过渡成弧光放电。热电子或场致电子正离子轰击表面发射阴极发射电子的过程局部弧斑整个阴极表面发光部位强弱发光强度数百A/cm2mA/cm2电流密度数十数百电压/V弧光放电辉光放电放电参数弧光放电与辉光放电对比溅射原理-压力和自由程平均自由程在一定的条件下，一个气体分子在连续两次碰撞之间可能通过的各段自由程的平均值。简便计算公式（p的单位：hPa或mbar）溅射原理-压力和自由程压力和平均自由程对等离子体的影响只在特定压力条件下存在等离子体主要溅射参数-溅射产额溅射产额S=被溅射的原子数量/入射离子数量（E）平均每个入射粒子从靶表面溅射出来的原子数，也称作溅射率或溅射额度。取决于轰击离子的能量入射角入射离子原子序数压强※溅射产额与入射离子能量的关系ThresholdIonEnergy（E）Sputterrate（S）当入射离子能量在几十keV时，溅射产额最大主要溅射参数-溅射产额60°30°90°0S()U(S)※溅射产额与入射角度的关系主要溅射参数-溅射产额入射角：靶平面发现与入射离子束的夹角，记为溅射率：记为S相对溅射率：在单位离子束电流密度下，单位时间加工表面的减薄量，记为U(S)入射方向与样品法向的夹角为60o~80o时，溅射产额最大主要溅射参数-溅射产额溅射产额与入射角的关系溅射产额与入射离子能量的关系例：主要溅射参数-沉积速率静态沉积速率在静态沉积过程中（基片不动），单位时间t内，沉积到基片上的平均膜层厚度d。动态沉积速率沉积到运动速度为v的基片上的平均膜层厚度d。磁控溅射没有影响电子运动轨迹的磁场存在溅射速率很低放电电压较高（>500V）由于高能电子的轰击，基片温度骤然增加（>500℃）磁控溅射设置磁场，束缚电子运动轨迹提高溅射速率放电电压较低（300－600V）基片温度低磁控溅射在此区域，电离程度更高，离子对靶表面的轰击增加，靶表面形成刻蚀区（溅射区）。电子主要在两磁极间的轨道内，以螺旋的形式运动，并平行于靶表面。磁控溅射磁控溅射的生产，需要使用下面两种材料溅射气体溅射靶材平面靶旋转靶工作气体Ar工艺气体O2、N2反应溅射金属模式：薄膜主要是金属靶材不被氧化过渡模式：反应不断增加薄膜变的越来越透明反应模式：几乎所有的金属原子都被氧化了薄膜透明，氧气过剩，靶材表面被氧化孪生靶阴极阴极外界被镀（阳极消失）靶表面被镀（靶中毒）靶材与阳极表面导电性能恶化（打火）绝缘材料溅射或反应溅射过程中，会产生如下问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 孪生靶阴极正负电极不断交换，靶表面不断放电，避免弧光放电电子离开靶材，立即飞到相邻靶材，虽然阴极周围形成绝缘层，但不充电孪生磁控靶，二个磁控靶交替互为阴极、阳极、等离子体的导电率与周围环境无关，放电稳定，当脉冲频率高于36KHz，靶面不再有放电的电弧点，一般中频电源在40-80KHz之间，几乎所有的化合物沉积均可保持长期的稳定性。沉积速率比普通DC反应溅射的2-6倍可实现长期稳定的运行膜的结构致密，表面光滑，机械和化学性能得到改善孪生靶阴极