反应气压对ZAO薄膜沉积速率的影响

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)郑州大学物理工程学院材料物理教育部重点实验室 作者:邹上荣

        图2 是不同反应气压下沉积速率的变化曲线。工艺参数为:O2 气和Ar 气流量比为3/20,沉积温度200℃,溅射功率140 W。可以看出,沉积速率随反应气压的增大而先增大后减小,有一个最大沉积速率,对应一个最佳反应气压。分析如下:一方面,在反应气压位于一个较低的工作范围内,随着它的升高,气体分子密度增大导致电子与气体分子之间发生碰撞的几率增大,从而电子在气体分子间能更充分地交换它们的能量,使气体溅射粒子能量增大;另一方面反应气压的升高使电离度增大等离子体阻抗下降,放电增强,离子流增大,穿过阴极暗区被加速初始电子的能量减少,阴极对电子捕集效率增大,所以沉积速率增大。但是,当反应气压处于一个较高的工作范围时,随反应气压的升高, 沉积速率反而会减小,这是因为辉光放电中原子、离子的平均自由程下降,溅射靶材原子的背反射的几率和受气体原子(Ar) 散射的几率增大,造成粒子能量降低,而粒子经多次碰撞后逃离沉积区域而返回阴极表面,减小了衬底对溅射原子的收集效率,导致了沉积速率的降低[10]。由图2 可知本实验最佳反应气压为0.7 Pa 左右。

反应气压对ZAO 薄膜沉积速率的影响 

图2 反应气压和沉积速率的关系

反应气压对ZAO 薄膜沉积速率的影响 

图2.1 不同反应气压下O2 气流量和沉积速率的关系

        在图2 的曲线上取0.5 Pa 和0.9 Pa 两个点,绘制成图2.1 并和图1 作为比较,其他工艺参数保持一致。可以发现随着气压的提升,两个拐点向流量高的方向移动,金属模式所占的比例增大,靶中毒的现象得以缓解,但是沉积速率降低依然很快。

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