在众多的薄膜中,化合物薄膜大约占到了全部薄膜的70%,因此在薄膜制备中占有重要的地位。大多数化合物薄膜可以用CVD的方式获得,但是PVD也是制备化合物薄膜的好办法之一。
反应溅射是在溅射镀膜中引入某些活性反应气体与溅射粒子进行化学反应,生成不同于靶材的化合物薄膜的过程。
例如通过在O2中溅射反应制备氧化物薄膜,在N2或HH3中制备氮化物薄膜,在C2H2或CH4中制备碳化物薄膜等。
如同蒸发一样,反应过程基本上发生在基板表面,气相反应几乎可以忽略,在靶面同时存在着溅射和反应生成化合物的两个过程:溅射速率大于化合物生成速率,靶可能处于金属溅射状态;相反,如果反应气体压强增加或金属溅射速率较小,则靶处于反应生成化合物速率超过溅射速率而使溅射过程停止。这一机理有三种可能,即:①靶表面生成化合物,其溅射速率比金属低得多;②化合物的二次电子发射比金属大得多,更多离子能量用于产生和加速二次电子;③反应气体离子溅射速率低于Ar+溅射速率。为了解决这一问题,可以将反应气体和溅射气体分别送至基板和靶附近,以形成压力梯度。
反应溅射的特性
反应磁控溅射即在溅射过程中供入反应气体与溅射粒子进行反应,生成化合物薄膜。它可以在溅射化合物靶的同时供应反应气体与之反应,也可以在溅射金属或合金靶的同时供反应气体与之反应来制备既定化学配比的化合物薄膜。反应磁控溅射制备化合物薄膜的特点是:
① 反应磁控溅射所用的靶材料(单元素靶或多元素靶) 和反应气体等很容易获得高的纯度,因而有利于制备高纯度的化合物薄膜。
② 在反应磁控溅射中,通过调节沉积工艺参数,可以制备化学配比或非化学配比的化合物薄膜,从而达到通过调节薄膜的组成来调控薄膜特性的目的。
③ 在反应磁控溅射沉积过程中,基片的温度一般不太高。而且成膜过程通常也并不要求对基片进行很高温度的加热,因此对基片材料的限制较少。
④ 反应磁控溅射适于制备大面积均匀薄膜,并能实现单机年产量上百万平方米镀膜的工业化生产。
问题及解决方案:
1)靶的污染:靶表面形成了非导电的化合物或者导电很差的化合物之后,除了放电电压及沉积速率变化之外,还会因为靶面状况的动态变化引起膜成分及结构的变化;
2)阳极消失:当阳极上化合物沉积到一定厚度时就中断了电荷传导的通路,造成电荷不断积累,最终阳极失去作
我:
用,辉光放电不稳定,沉积的膜层性能不一致。因此经常清理阳极是必要的;
3)极间打火:随阴阳极覆盖化合物,导电性能变差或丧失使电子积累。若要维持辉光放电,必须提高外加电压,结果造成阴极表面化合物的击穿,形成弧光放电。严重的影响溅射过程的稳定性,并造成膜的缺陷。最有效的解决方法是改变放电模式,采用交流及脉冲溅射。