溅射镀膜现象

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)真空技术网整理 作者:张以忱

  用高能粒子(通常是由电场加速的正离子)轰击固体表面,固体表面的原子、分子与入射的高能粒子交换动能后从固体表面飞溅出来的现象称为溅射。溅射出来的原子(或原子团)具有—定的能量,它们可以重新沉积凝聚在固体基片表面上形成薄膜,称为溅射镀膜。通常是利用气体放电产生气体电离,其正离子在电场作用下高速轰击阴极靶材,击出阴极靶材的原子或分子,飞向被镀基片表面沉积成薄膜。

  溅射镀膜现象

  具有一定能量的离子入射到靶材表面时,入射离子与靶材中的原子和电子相互作用,可能发生如图1 所示的一系列物理现象,其一是引起靶材表面的粒子发射,包括溅射原子或分子、二次电子发射、正负离子发射、吸附杂质解吸和分解、光子辐射等;其二是在靶材表面产生一系列的物化效应,有表面加热、表面清洗、表面刻蚀、表面物质的化学反应或分解;第三是一部分入射离子进入到靶材的表面层里,成为注入离子,在表面层中产生包括级联碰撞、晶格损伤及晶态与无定型态的相互转化、亚稳态的形成和退火、由表面物质传输而引起的表面形貌变化、组分及组织结构变化等现象。

入射荷能离子与靶材表面的相互作用

图1 入射荷能离子与靶材表面的相互作用

  被荷能粒子轰击的靶材处于负电位,所以也称溅射为阴极溅射。将物体置于等离子体中,当其表面具有一定的负电位时,就会发生溅射现象,只需要调整其相对等离子体的电位,就可以获得不同程度的溅射效应,从而实现溅射镀膜,溅射清洗或溅射刻蚀以及辅助沉积过程。溅射镀膜、离子镀和离子注入过程中都利用了离子与材料的这些作用,但侧重点不同。溅射镀膜中注重靶材原子被溅射的速率;离子镀着重利用荷能离子轰击基片表层和薄膜生长面中的混合作用,以提高薄膜附着力和膜层质量;而离子注入则利用注入元素的掺杂、强化作用,以及辐照损伤引起的材料表面的组织结构与性能的变化。荷能粒子轰击固体表面产生各种效应的发生几率见表1。

表1 粒子轰击固体表面所产生各种效应的几率

粒子轰击固体表面所产生各种效应的几率

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