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
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 Tel: 6233 2475 E-mail: wztang@mater.ustb.edu.cn 课件下载网址: wztang_teaching@sina.com 下 载 密 码: 123456
第四讲 薄膜材料制备的离子镀 及其他PVD方法 Preparation of thin films by ion plating and other PVd methods
第四讲 薄膜材料制备的离子镀 及其他PVD方法 Preparation of thin films by ion plating and other PVD methods
各种其他的物理气相沉积方法 还有一些不能简单划归蒸发、溅射法的PVD方 法,它们针对特定的应用目的,或是将不同的 手段结合在一起,或是对上述的某一种方法进 行了较大程度的改进,如 离子镀 反应蒸发沉积 ◆离子束辅助沉积 ◆离化团束沉积
◼ 还有一些不能简单划归蒸发、溅射法的PVD方 法,它们针对特定的应用目的,或是将不同的 手段结合在一起,或是对上述的某一种方法进 行了较大程度的改进,如 各种其他的物理气相沉积方法 ◆ 离子镀 ◆ 反应蒸发沉积 ◆ 离子束辅助沉积 ◆ 离化团束沉积 ……
离子镀技术的发展历史 1938年, Berghaus申请了离子镀的第一份专利 1963年, Mattox发明了二极离子镀 1972年, Bunshah发展了活性反应离子镀 1972年, Morley发明了空心阴极电弧离子镀 1973年,村山洋一发明了射频放电离子镀 ◆20世纪80年代初,国内外相继开发了真空阴极 电弧离子镀、多弧离子镀 如今离子镀技术已发展成为在工业中广泛应用 的一种重要的镀膜技术
离子镀技术的发展历史 ◆ 1938年,Berghau 申请了离子镀的第一份专利 ◆ 1963年,Mattox 发明了二极离子镀 ◆ 1972年,Bunshah发展了活性反应离子镀 ◆ 1972年,Morley发明了空心阴极电弧离子镀 ◆ 1973年,村山洋一发明了射频放电离子镀 ◆ 20世纪80年代初,国内外相继开发了真空阴极 电弧离子镀、 多弧离子镀 ◆ 如今离子镀技术已发展成为在工业中广泛应用 的一种重要的镀膜技术
离子镀 引|言 ■定义 离子镀是一种在基片上施加偏压, 即在离子对基片和薄膜发生持续轰击的条件 下制备薄膜的PVD技术 在离子镀的过程中,沉积前和沉积过程中的 基片和薄膜表面经受着相当数量的高能离子 流和大量的高能中性物质的轰击 离子镀可以被看成是一种混合型的薄膜制备 方法—它兼有蒸发法和溅射法的优点
◼ 定义 ⎯⎯ 离子镀是一种在基片上施加偏压, 即在离子对基片和薄膜发生持续轰击的条件 下制备薄膜的PVD技术 ◼ 在离子镀的过程中,沉积前和沉积过程中的 基片和薄膜表面经受着相当数量的高能离子 流和大量的高能中性物质的轰击 ◼ 离子镀可以被看成是一种混合型的薄膜制备 方法 ⎯⎯ 它兼有蒸发法和溅射法的优点 离子镀 —— 引言
最有代表性的 二极直流放 工作当棒 电离子镀装 置的示意图 调子体 离子镀的两个基本条 直:2 ●要有一个具有偏 置电压的气体放 电空间 要使被沉积的物 质(金属原子 样国 气体分子)在放 子发 古弹 电空间内部分离 蒸发和溅射法的结合
最有代表性的 二极直流放 电离子镀装 置的示意图 蒸发和溅射法的结合 离子镀的两个基本条 件: ⚫ 要有一个具有偏 置电压的气体放 电空间 ⚫ 要使被沉积的物 质(金属原子、 气体分子)在放 电空间内部分离 化 —— ——
二极直流放电离子镀的操作环境 使用电子束蒸发法提供沉积所需的物质 ◆以衬底作为阴极、整个真空室作为阳极组成 个类似于二极溅射装置的放电系统 ◆真空室内充入0.1-1.0Pa的Ar气 ◆在沉积前和沉积中,采用高能量的离子流对衬 底和薄膜表面进行持续的轰击
◆ 使用电子束蒸发法提供沉积所需的物质 ◆ 以衬底作为阴极、整个真空室作为阳极组成一 个类似于二极溅射装置的放电系统 ◆ 真空室内充入0.1-1.0Pa的Ar气 ◆ 在沉积前和沉积中,采用高能量的离子流对衬 底和薄膜表面进行持续的轰击 二极直流放电离子镀的操作环境
二极直流放电离子镀的操作环境(续) ◆在薄膜沉积前,在阴阳两极之间施加2~5kV的电 压,使气体发生辉光放电,产生等离子体。Ar 离子在电压驱动下对衬底进行轰击 ◆在不间断离子轰击的情况下开始物质的蒸发沉 积过程。蒸发出来的粒子将与等离子体发生相 互作用。由于A的电离能比被蒸发元素的电离 能更高,因而在等离子体内将会发生A离子与 蒸发原子之间的电荷交换,蒸发原子发生部分 的电离 含有相当数量离子的蒸发物质在两极间被加速 ,并带着相应的能量轰击薄膜。但离子轰击产 生的溅射速率要低于蒸发沉积的速率
◆ 在薄膜沉积前,在阴阳两极之间施加25kV的电 压,使气体发生辉光放电,产生等离子体。Ar 离子在电压驱动下对衬底进行轰击 ◆ 在不间断离子轰击的情况下开始物质的蒸发沉 积过程。蒸发出来的粒子将与等离子体发生相 互作用。由于Ar的电离能比被蒸发元素的电离 能更高,因而在等离子体内将会发生Ar离子与 蒸发原子之间的电荷交换,蒸发原子发生部分 的电离 ◆ 含有相当数量离子的蒸发物质在两极间被加速 ,并带着相应的能量轰击薄膜。但离子轰击产 生的溅射速率要低于蒸发沉积的速率 二极直流放电离子镀的操作环境(续)