学习光电薄膜技术

什么是溅射现象呢？溅射就是荷能粒子轰击固体表面，固体表面原子或分子获得入射粒子所携带的部分能量，从而使其射出的现象。溅射一般使用离子，因为离子易于在电磁场中加速或偏转。溅射放射出的粒子大部分是中性粒子或分子，利用这个现象，我们可能进行薄膜沉积，除此之外还有一个非常重要的现象不得不提，就是溅射还会放射出二次电子，以此来维持溅射过程中的辉光放电，而溅射过程就是建立在气体辉光放电的基础上的。而溅射镀膜指的是在真空室中利用荷能离子轰击靶表面，使被轰击出的粒子在衬底上沉积的技术。

自格洛夫在实验室中发现了阴极溅射现象以来直至1970年开始才对溅射有了一定清楚的认识，在这之前，人们一直对溅射的概念都处于一个模糊不清的认识，也就造成了溅射技术不可能广泛的做为商业用途，但自1970年出现了磁控溅射技术后，溅射技术就得到了极大地提高，也出现了各种各样的利用溅射技术镀膜的仪器设备，如磁控溅射镀膜系统，三室超高真空磁控与离子束多功能溅射镀膜设备等等。

表征溅射的参数主要有溅射阀、溅射产额，溅射粒子的速度和能量，以及溅射速率和沉积速率等。溅射阀指的是入射离子使用阴极靶产生所需的最小能量，主要取决于靶材料。溅射产额表示的是正离子撞击阴极时，平均每个正离子能从阴极上打出的原子数。与入射离子的类型、能量、角度以及靶材的类型、晶体结构、表面状态、升华热等因素有关。溅射离子的原子数的增加是是由溅射粒子的能量和速度决定。溅射粒子能量越高，速度越快也就能打出更多得原子。

最早的溅射是阴极溅射，这种溅射的优点是结构简单，操作方便，可以长时间进行溅

射。但是，阴极溅射辉光放电的离化率低及由于采用直流电源，只能使用金属靶材，在非反应性的气氛下不能制备绝缘介质材料，还有离子轰击阴极，产生较高的温度，使不能承受高温的衬底的应用受到了，还有就是工作气压高等等不利因素。因此产生了三级溅射和四级溅射，三极溅射应用的实际效果对离化率增强的幅度并不大，但是对溅射过程中，特别是在反应溅射过程中，工艺的可控性有明显地改善。电子束或电子弧柱增强—演变出四极溅射。还产生了射频溅射，它是为直接溅射绝缘介质材料。不得不讲的就是磁控溅射，因为它的出现，溅射技术才有了极大地提高。磁控溅射是把磁控原理和普通溅射技术相结合起来，利用磁场的特殊分布控制电场中的电子运动轨迹，以此来改进溅射的工艺。在磁控溅射出现以前，其他的溅射方法都有一个缺点：溅射速率低。而磁控溅射由于引入了正交磁场，使离化率得到了大大的提高。磁控溅射不仅可以实现很高的溅射速率，而且在溅射金属时还可以避免二次电子轰击而使衬底保持接近冷态。因此，较之前的溅射，磁控溅射有很多优点，沉积速率大，产量高，功率效率高，可进行低能溅射，向衬底的入射能量低，溅射原子的离化率高等。因此磁控溅射得到广泛应用的原因，除了效果明显之外，结构不复杂是一个重要的因数，大面积的溅射镀膜工艺得到推广。应该看到，靶面溅射不均匀导致靶材利用率低是其固有的缺点。还有一个很重要的缺点就是一般磁控靶的靶材利用率小于20%，经过特殊处理磁场的磁控溅射靶的靶材利用率可以达到40-50%左右。要想使靶材利用率进一步提高，只有采取垂直移动磁场的设计方案，即使如此，靶材利用率提高到75%以上仍然是相当困难的（特别对于矩形平面靶来说）。转动靶材的柱状靶虽然有较高的靶材利用率（大约80%左右），考虑到运行稳定性和冷却效率，常常也不能将其特点发挥到极限。所以说：增加靶结构的复杂程度来换取较高的靶材利用率，有一个得失评估的问题。

要想从根本上解决靶材利用率问题，可能还是要回到二极溅射模式，所以最近推出的离子束增强溅射引起人们的广泛重视。

离子束增强溅射模式。它采用宽束强流离子源，配合磁场调制，与普通的二极溅射结合组成一种新的溅射模式。他不同于使用窄束高能离子束进行的离子束溅射（这种离子束溅射的溅射速率低），采用宽束强流离子源，配合磁场调制后，既有离子束溅射的效果，更重要的是具有直接向等离子体区域供应离子的增强溅射效果。同时还可以具有离子束辅助镀膜的效果。如今，溅射技术已得到了广泛的应用，如利用ＤＣＲＭＳ系统可以制备多种参杂的ＺｎＯ薄膜材料：本征ＺｎＯ，ｎ型ＺｎＯ。Ｐ型ＺｎＯ，ＺｎＭｇＯ和ＺｎＣｏＯ，在微电子领域也作为一种非热式镀膜系统