磁控濺射的遲滯效應
典型的遲滯效應曲線所示。從中可看出,在開始階段隨著反應氣體流量的增加,反應氣體分壓變化緩慢,這是因為在這階段幾乎所有的反應氣體都和濺射出的金屬原子發生了化合反應,且所沉積的薄膜金屬含量較高,這一階段稱為“金屬模式”。當反應氣體流量達到某一值時,反應氣體的分壓突然升高,這是因為當反應氣體流量達到或稍高于這個值時,所供入的反應氣體量大于濺射出金屬原子所消耗的量,多余的反應氣體同靶表面反應形成一層化合物,化合物的濺射速率遠小于金屬(其主要原因是:1化合物靶的濺射產額小于金屬靶的射產額;
化合物有較高的二次電子輻射系數,大部分入射離子的能量用于激發二次電子的輻射及能量傳遞給二次電子),因此靶面上濺射出的金屬原子數劇減,即所消耗的反應氣體量劇減,最終整個靶面被化合物層覆蓋,導致反應氣體的分壓突然升高,這個過程稱為“過渡模式”。此后隨著反應氣體流量的增加,反應氣體的分壓緩慢增加,這一階段稱為“化合物模式”。并且由圖1可知,當反應氣體流量減小時,對應的分壓開始是緩慢的變化,且隨著流量的繼續減小,分壓的變化沒有延流量增加時的路線,而是當流量到了一個更小值時分壓發生了突變。
這是由于當流量達到一個更小值時,覆蓋在靶面上的化合物層被濺射掉,濺射出較多的金屬原子,瞬間消耗掉大量的反應氣體,反應氣體分壓和濺射速率突然發生了劇變。爾后隨著反應氣體流量的繼續減小,又回到了“金屬模式”。所以由于遲滯效應使得濺射過程要不處于“金屬模式”,所沉積薄膜的金屬含量較高,要不處于“化合物模式”,沉積速率很慢。沒有精密的監控系統是沒辦法使濺射過程處在“過渡模式”上的。
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