所谓的原子层沉积技术,是指通过将气相前驱体交替脉冲通入反应室并在沉积基体表面发生气固相化学吸附反应形成薄膜的一种方法。原子层沉积(ALD)是一种在气相中使用连续化学反应的薄膜形成技术。化学气相沉积:1个是分类的(CVD的化学气相沉积)。在许多情况下,ALD是使用两种称为前体的化学物质执行的。每种前体以连续和自我控制的方式与物体表面反应。通过依次重复对每个前体的曝光来逐渐形成薄膜。ALD是半导体器件制造中的重要过程,部分设备也可用于纳米材料合成。离子镀是真空蒸发与阴极溅射技术的结合。郑州真空镀膜工艺流程
真空镀膜:技术原理:溅射镀膜基本原理:充氩(Ar)气的真空条件下,使氩气进行辉光放电,这时氩(Ar)原子电离成氩离子(Ar),氩离子在电场力的作用下,加速轰击以镀料制作的阴极靶材,靶材会被溅射出来而沉积到工件表面。溅射镀膜中的入射离子,一般采用辉光放电获得,在l0-2Pa~10Pa范围,所以溅射出来的粒子在飞向基体过程中,易和真空室中的气体分子发生碰撞,使运动方向随机,沉积的膜易于均匀。离子镀基本原理:在真空条件下,采用某种等离子体电离技术,使镀料原子部分电离成离子,同时产生许多高能量的中性原子,在被镀基体上加负偏压。这样在深度负偏压的作用下,离子沉积于基体表面形成薄膜。郑州真空镀膜工艺流程真空镀膜被称为可以在任何基板上沉积任何材料的薄膜技术。
真空镀膜的物理过程:PVD(物理的气相沉积技术)的基本原理可分为三个工艺步骤:(1)金属颗粒的气化:即镀料的蒸发、升华或被溅射从而形成气化源(2)镀料粒子((原子、分子或离子)的迁移:由气化源供出原子、分子或离子经过碰撞,产生多种反应。(3)镀料粒子在基片表面的沉积。电子束蒸发法是真空蒸发镀膜中常用的一种方法,是在高真空条件下利用电子束进行直接加热蒸发材料,使蒸发材料气化并向衬底输运,在基底上凝结形成薄膜的方法。在电子束加热装置中,被加热的材料放置于水冷的坩埚当中,可避免蒸发材料与坩埚壁发生反应影响薄膜的质量,因此,电子束蒸发沉积法可以制备高纯薄膜。
通过PVD制备的薄膜通常存在应力问题,不同材料与衬底间可能存在压应力或张应力,在多层膜结构中可能同时存在多种形式的应力。薄膜应力的起源是薄膜生长过程中的某种结构不完整性(杂质、空位、晶粒边界、错位等)、表面能态的存在、薄膜与基底界面间的晶格错配等.对于薄膜应力主要有以下原因:1.薄膜生长初始阶段,薄膜面和界面的表面张力的共同作用;2.沉积过程中膜面温度远高于衬底温度产生热应变;3.薄膜和衬底间点阵错配而产生界面应力;4.金属膜氧化后氧化物原子体积增大产生压应力;5.斜入射造成各向异性成核、生长;6.薄膜内产生相变或化学组分改变导致原子体积变化 真空蒸镀是真空镀膜技术的一种。
真空镀膜的方法:溅射镀膜:溅射镀膜是指在真空室中,利用荷能粒子轰击靶表面,使靶材的原子或分子从表面发射出来,进而在基片上沉积的技术。在溅射镀钛的实验中,电子、离子或中性粒子均可作为轰击靶的荷能粒子,而由于离子在电场下易于加速并获得较大动能,所以一般是用Ar+作为轰击粒子。与传统的蒸发镀膜相比,溅射镀膜可以在低温、低损伤的条件下实现高速沉积、附着力较强、制取高熔点物质的薄膜,在大面积连续基板上可以制取均匀的膜层。溅射镀膜被称为可以在任何基板上沉积任何材料的薄膜技术,因此应用十分普遍。真空镀膜机大功率脉冲磁控溅射技术的脉冲峰值功率是普通磁控溅射的100倍,在1000~3000W/cm2范围。郑州真空镀膜工艺流程
分子束外延是一种很特殊的真空镀膜工艺。郑州真空镀膜工艺流程
原子层沉积技术凭借其独特的表面化学生长原理、亚纳米膜厚的精确控制性以及适合复杂三维高深宽比表面沉积,自截止生长等特点,特别适合薄层薄膜材料的制备。例如:S.F. Bent等人利用十八烷基磷酸盐(ODPA)对Cu的选择性吸附,在预先吸附有ODPA分子的衬底表面进行ALD沉积Al2O3,有效避免了Al2O3在Cu表面沉积,从而得到被高k绝缘材料Al2O3所间隔的空间选择性暴露表面Cu的薄膜材料。此外,电镜照片表明该沉积方法的区域选择性得到了有效保证。郑州真空镀膜工艺流程