Принцип и характеристики получения тонких пленок методом напыления
Технология напыления - этоФизическое осаждение из паровой фазы (PVD)Вид, может быть использован для подготовки изоляторов, металлов и других тонких пленок, композитные пленки также могут быть подготовлены, теория может быть распылен почти все достаточно, чтобы сделать твердую цель металлов, сплавов, полимерных соединений и керамических материалов и т.д., подготовка тонких пленок, быстрый, низкотемпературный, небольшой ущерб для пленки; подготовка тонких пленок подготовлены пленки слой однородности, внутренние непористые, высокой плотности, хорошее сцепление с подложкой, фильм имеет высокое качество.Технология магнетронного напыленияПредложенная скорость напыления и использование мишени были значительно улучшены и широко используются в научных исследованиях и промышленном производстве.
газовый тлеющий разряд
Процесс напыления создан на основе газового тлеющего разряда, тлеющий разряд является разновидностью газового разряда, представляет собой вид ионной бомбардировки катода для получения вторичных электронов, чтобы поддерживать стабильный самоподдерживающийся разряд из-за того, что в камере напыления еще существует небольшое количество ионов и электронов, поэтому достаточно добавить отрицательное напряжение, еще не возник тлеющий разряд, в это время ток мал, ток почти не меняется, для участия в движении количество зарядов определяется. Силу тока, это время называют темным разрядом. При увеличении напряжения энергия электронов и заряженных ионов в камере напыления постепенно возрастает, а когда электроны и заряженные ионы ускоряются в электрическом поле, они постоянно сталкиваются с электродами и наэлектризованными атомами газа, и количество заряженных частиц непрерывно увеличивается, а ток возрастает. Затем, с увеличением числа заряженных частиц, ток также медленно растет, напряжение остается неизменным, эта область разряда называется "зоной разряда Томсона". Наконец, развивается "лавина", положительные от поверхности катода мишени продолжают бомбардировку вторичными электронами, высвобождение вторичных электронов и распыление камеры в газовом столкновении, образование большего количества положительных ионов, положительные ионы следуют за бомбардировкой мишени, производимой вторичными электронами, а затем с атомами газа сталкиваются, образуя больше положительных ионов. При этом, когда процесс разряда в системе достигает самоподдерживающегося, газ начинает светиться, напряжение уменьшается, а затем ток внезапно возрастает, что обычно называется областью "нормальной зоны разряда". Затем мощность увеличивается, плотность тока и напряжения между двумя полюсами возрастает, и в этот момент тлеющий разряд стабилизируется, и эта область известна как "область аномального тлеющего разряда", которая, собственно, и используется в технологии напыления. За ней следует "зона дугового разряда" - область, где напряжение между полюсами падает до очень низкого уровня после зоны аномального тлеющего разряда.
Магнетронное распыление постоянного тока
В низковольтном тлеющем разряде постоянного тока процесс делится на пять зон: катодная зона, зона отрицательного свечения, темная зона Фарадея, зона положительного столба и анодная зона. Одна из этих зон, аномальный тлеющий разряд, собственно и используется для напыления осаждаемой пленки. При напылении подложка выступает в роли анода, обычно располагаясь в отрицательной зоне свечения, а мишень - в роли катода. Поскольку энергия и скорость электронов намного выше, чем у ионов, в процессе тлеющего разряда образуется слой плазменной оболочки, и благодаря наличию потенциала оболочки большая часть приложенного к электроду напряжения воспринимается потенциалом катодной оболочки. Создание потенциала оболочки плазмы приводит к тому, что ионы, достигающие катода, соответствующим образом ускоряются и приобретают энергию. Поэтому ионы обладают высокой энергией, когда они достигают поверхности катода через плазменную область тлеющего разряда, и производят эффект бомбардировки поверхности катода, так что молекулы и атомы материала катода выплескиваются наружу, и происходит явление напыления. Эти молекулы и атомы обладают определенной кинетической энергией и разлетаются в определенном направлении к поверхности заготовки, образуя тонкую пленку.
Напыление - сложный процесс, и напыление сопровождается различными явлениями ионной бомбардировки. Основным условием осаждения тонких пленок является то, что большинство частиц, выбрасываемых с поверхности твердого тела при высокоскоростном столкновении падающих частиц, представляют собой нейтральные атомы или молекулы. Кроме того, излученные вторичные электроны являются элементарными частицами, поддерживающими тлеющий разряд при напылении, а их энергия равна потенциалу мишени.
Диодное напыление - самый ранний метод напыления, получивший техническое применение. Напыляющее устройство диодного напыления состоит из двух электродов, катода и анода, поэтому его также называют катодным напылением или напылением постоянным током (DC).
Из-за существования диполярного напыления скорость диссоциации газа низкая (в 0,3 % ~ 0,5%), скорость осаждения медленная, коэффициент использования материала мишени низкий, электроны повышают температуру подложки и другие недостатки, поэтому технология напыления сначала не использовалась широко, чтобы компенсировать эти недостатки, в 1970-х годах была выдвинута технология магнетронного напыления. Технология магнетронного распыления уменьшает повреждение пленки, вызванное теплом вторичных электронов, ударяющихся о подложку, и улучшает скорость напыления при диполярном распылении. Поэтому технология магнетронного распыления получила быстрое развитие и широкое применение сразу после своего появления, и в настоящее время она стала одной из основных технологий нанесения покрытий на поверхность материалов.
Магнит размещается с обратной стороны мишени, так что поверхность магнитной линии силы, проникающей из мишени, образует структуру, перпендикулярную электрическому полю, и в конечном итоге возвращается к поверхности мишени. Связывающий эффект магнитного поля на вторичные электроны на поверхности мишени значительно увеличивает концентрацию плазмы у поверхности мишени, тем самым эффективно решая проблему низкой скорости осаждения при обычном дипольном напылении. Электроны в электрическом и магнитном полях искривляют траекторию, в процессе полета к подложке электроны и атомы газа сталкиваются, так что молекулы газа ионизируются катионами и электронами, электроны направляются к аноду, а катионы ускоряются под действием электрического поля к мишени, а высокая энергия бомбардирует поверхность мишени, так что мишень распыляется, выплескивая нейтральные атомы (или молекулы) мишени в подложку для осаждения пленки.
реактивное напыление
Если пленка, которую необходимо подготовить, представляет собой соединение, существует два метода: (1) прямое напыление целевого материала соединения и (2) она может быть подготовлена реактивным напылением. Поскольку молекулы первого соединения после напыления могут разлагаться в атмосфере плазмы под воздействием электронов, и конечная полученная пленка не имеет того же химического состава, что и вещество материала-мишени, пленку иногда готовят реактивным напылением. Реактивное напыление обычно используется для напыления пленок соединений, таких как оксиды или нитриды (нитрид тантала, нитрид кремния, сверхпроводящие пленки, прозрачные проводящие пленки ITO и т.д.). Во время эксперимента к распыляемому газу подмешивается соответствующее количество реактивного газа (например, азота, кислорода и т.д.), и азот или кислород превращаются в отрицательные ионы в распылительной камере, которые вступают в реакцию с бомбардируемыми атомами или группами атомов материала мишени, образуя соединения. Преимущество реактивного напыления заключается в том, что химический состав пленки можно контролировать, регулируя параметры процесса в момент напыления, регулируя компоненты пленки для достижения точного контроля компонентов пленки. По скорости осаждения реактивное напыление можно разделить на три категории: переходный режим, металлический режим, оксидный режим.
Радиочастотное напыление
Радиочастотное (RF) напыление, также известное как высокочастотное напыление, было изобретено для напыления изоляционных материалов. Диодное и магнетронное распыление позволяет напылять металлы и полупроводники, но не изоляторы. Это связано с тем, что ионы, падающие на мишень из изолятора, вызывают электрический заряд мишени, и когда потенциал мишени постепенно повышается, ускоряемое ионами электрическое поле становится все меньше и меньше, пока напыление не прекращается, а тлеющий разряд не прекращается, в результате чего напыление не может продолжаться, и это является причиной того, что диодное и магнетронное распыление позволяет напылять только проводники и полупроводники, но не тонкие пленки изоляторов. Именно по этой причине диодное и магнетронное распыление может напылять только проводники и полупроводники, но не тонкие пленки изоляторов, что и привело к развитию технологии радиочастотного напыления.
Принцип радиочастотного напыления заключается в том, что при подаче на мишень радиочастотного напряжения, когда синусоидальная волна подается на мишень в положительном полуцикле, поскольку масса электронов меньше массы ионов, электроны легче перемещаются, чем положительные ионы, их подвижность выше, и поэтому электроны способны долететь до мишени за очень короткий промежуток времени, нейтрализовать положительный заряд, накопленный на поверхности мишени, и отложить большое количество электронов на поверхности мишени, так что мишень демонстрирует отрицательный потенциал и притягивает положительные ионы. Продолжайте бомбардировать поверхность мишени напылением, так что положительный и отрицательный полуциклы, явление напыления продолжается. Электрическое поле высокочастотного переменного тока (HFAC) заставляет материал мишени попеременно бомбардироваться ионами и электронами, а удар электронов в высокочастотном электрическом поле увеличивает вероятность ионизации, поэтому скорость напыления при радиочастотном напылении выше, чем при дипольном напылении. ВЧ-напыление позволяет напылять не только изоляторы, проводники также могут быть напылены с помощью ВЧ-напыления.
Помимо вышеперечисленных методов напыления, существуют также ионное напыление, напыление со смещением, ECR-напыление и так далее.
Мы предлагаем Услуги по настройке литейного производства с напылениемне стесняйтесь оставлять комментарии.
Сопутствующие товары
Связанное чтение
Свойства алмазных пленок и их применение
Свойства алмазных пленок и их применение Алмаз обладает целым рядом превосходных свойств
Поликремниевая пленка丨 Различные факторы, влияющие на поверхностные свойства поликремниевой пленки
Поликремниевая пленка丨 Различные факторы, влияющие на свойства поверхности выращивания поликремниевой пленки
Какие факторы влияют на процесс напыления тонкопленочных материалов?
Какие факторы влияют на процесс напыления тонкопленочных материалов? С высокой энергией
