溅射沉积成膜
2.2.1 溅射源(内置式直流辉光放电溅射)
溅射源分为内置式和外置式两类,一般采用正离子作为溅射荷能粒子。通常把采用内置式溅射源的溅射薄膜沉积称为辉光离子溅射,将采用外置式溅射源的称为离子束溅射。
一般被荷能粒子轰击的靶材处于负电位,所有也称溅射为阴极溅射。阴极辉光放电是在一定的真空度下,一对高压电极间产生的一种放电现象。源的常见模式为直流、低频交流、中频交流和射频交流等。在实际镀膜系统中,为了改善辉光放电的效率和稳定性、提高薄膜的沉积速率和降低基片温度,通常采用附加电极、轴向磁场和磁控源等辉光放电增强模式。采用磁控源增加辉光放电的溅射称为磁控溅射。本实验采用的是内置式直流辉光放电溅射模式,对其重点介绍。
在压力为0.1-100Pa的真空容器内,在两个电极间加上有高输出阻抗直流 电源控制的直流电压后的低压气体放电的I-V特性曲线如图6所示。图6 直流辉光放电I-V特性曲线
开始给阴极施加负电压时,放电电流密度非常小,这时通常称为暗光放电。 当电压达到一定值时,放电进入Townsend放电区,其特点是电压受电源输出阻抗限制而稳定,电流密度则可在一定范围内变化。这时因为电场给二次电子提供足够能量,因此BD段也称为繁流放电区。
正离子轰击阴极,释放出的二次电子与中性原子碰撞,产生更多的正离子,导致平衡破坏,因此电源迅速下降,同时电流密度自动增大,产生可见放电辉光。D点称为放电破裂或着火。
经过上述过渡区域后,二次电子离化气体形成正离子的过程和正离子轰击靶面产生二次电子的反馈过程达到平衡,这个放电区域称为正常辉光放电区。开始进入正常辉光放电区时,正离子对阴极的轰击主要集中在阴极的边缘和不规则表面。继续增大功率,正离子的轰击逐渐变得均匀,同时电压维持不变。
当正离子达到均匀轰击阴极后进一步增大电流密度,则放电进入异常辉光放电区。这时不能依靠正离子轰击表面的扩大来维持放电,电源需要提供更高的能量场,所以在异常辉光放电区,电压随电流密度增大而升高。
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