薄膜的物理气相沉-饶泽勇肖萍

1、薄膜的物理气相沉积（II）溅射法及其他PVD方法 肖萍 2011.03.253.1气体放电现象与等离子体原理：直流电场作用下物质的溅射现象。1.沉积薄膜的衬底是可以接地的，也可以是处于浮动点位或是处于一定的正、负电位。靶材：需要溅射的材料（阴极）；真空室：接地的（负电位）。3.1.1气体放电现象描述气体放电现象是离子建设过程的基础。V=E-IR直流气体放电体系：见图3.2放电现象描述：1.汤生放电：随着放点电流的迅速增加，电压变化不大的放电阶段。2.电晕放电：在汤生放电后期，在电场强度较高的点击尖端部位开始出现一些跳跃的电晕光斑。3.等离子体：在汤生放电阶段之后，气体会发生突然的放电击穿现象，

2、这是气体开始具备了相当的导电能力，这种具备一定的导电能力的气体称为等离子体！4.辉光：气体中导电粒子的数目大量增加，离子碰撞过程中伴随的能量转移也够大，所以放电气体会发生明显的辉光。3.1.1气体放电现象描述3.1.2辉光放电现象及等离子体鞘层实质：部分的气体分子开始分解为可以导电的离子与电子，即形成了等离子体。放电击穿：当气体压力与电极间距的乘积pd为某一数值时，气体最容易发生放电击穿。帕邢曲线（定律）：描述放电击穿规律的曲线，称为帕邢曲线（定律）。详见图3.3(2)等离子子体鞘层1.不同的粒子还具有极为不同的平均速度。2.电子与离子具有不同的速度的一个直接后果是形成所谓的等离子体鞘层，即相

3、当于等离子体来讲，任何未予等离子体中或其附近的物体都将自动的处于一个负电位，并且在其表面外将伴随有正电荷的积累。3.物体表面对于离子和电子的吸引和排斥作用还会在表面外形成一个充斥了正离子体鞘层。如图3.4 等离子体鞘层点位Vp=kTe/eln(M+/2.3Me)1/2Te:电子温度m+/Me：离子与电子的质量比K：玻尔兹曼常数e：电子所携带的电量上式表明：鞘层电位正比于电子温度且与离子和电子的质量比有关。直流辉光放电(2)阴极辉光：在阴极附近有一明亮的发光层，它是由向阴极运动的正离子与阳极发射出的二次电子发生复合所产生的。阴极暗区：二次电子和离子的主要加速区，整个区域电压降占整个放电电压的绝大

4、部分。（电压降靶电压）如图3.6直流辉光放电 右下为辉光放电装置实物图理解：阴极接地，处于零电位。量计件的全部电压降几乎均集中在阴极鞘层中。图3.5为电位图3.1.3辉光放电过程中电子的碰撞在辉光放电等离子体中，电子的速度、能量远高于离子的速度与能量。电子不仅是等离子体导电过程中的主要载流子而且在粒子相互碰撞、电离的过程中也起着重要作用。原理：等离子体中高速运动的电子与其他粒子的碰撞是维持气体放电的主要微观机制。电子的碰撞弹性碰撞：粒子总动能和总动量保持不变，不存在粒子内能的变化，即无粒子的激发、电离、复合过程发生。E/E=4MMcos/（M+M) M:相应粒子的质量：碰撞前粒子1的运动方向与碰撞后粒子2运动方向的夹角。非弹性碰撞实质：碰撞过程中，有部分电子的动能转化为粒子2的内能增加U，其最大值为：U/E=Mcos/M+M由于M/(M+M)1，非弹性碰撞可以使电子将大部分能量转移给其它质量较大的粒子，如离子或原子，引起其激发或电离。分解反应，如e+CF CF+F+e1.在这一碰撞过程中，分子被分解成为两个反应基团。2.上述各种处于高能态的粒子的化学活性将远高于原来的分子.注意：除了有电子参加的碰撞过程之外，中性原子、离子之间的碰撞也在同时发生。非弹性碰撞的三种过程1）电离过程，如e+ArAr+2e(这