离子束沉积(IonBeamDeposition)pdf

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　　表面离子轰击用于薄膜沉积已经有十多年了。离子轰击的数量和类型主要会影响薄膜结构和

　　成分,从而决定了薄膜的光学,机械和电子特性。有很多技术可用来获得轰击,其中些技术很

　　简单。 不过, 宽束考夫曼离子源对临界参数如,离子流,能量,粒子和入射角度的控制度

　　昀高。因为离子源的放电是独立的并可以从沉积系统内拆除。这是其他离子轰击技术在薄膜沉积

　　典型的离子源是由电极,磁场,离子加速栅极和发射器作适当排列而组成并进行封装,对工

　　作气体做电子轰击来维持电离。这些元件的排列会因很多不同的实验而有很大的差异,甚至鉴于

　　分析研究的不同更是天壤之别。所以这些结果就会提出不同的论点来编织什么样的离子源才应该

　　是好的离子源的神话理论。有很多构造和概念可以将市场有用的离子源和客户订制的离子源

　　下面的内容并没有覆盖所有的离子源。只讲述了设计趋势并详细说明了发展的尖端。离子源

　　和大多数装置样,会在指定的生产中做到昀优化从而会牺牲掉其他领域的性能。这趋势导致

　　用溅射离子源在昀短的时间内从靶材上除去昀大量的材料就是个例子。通常离子束的均匀

　　性不太重要。般是在 12kV范围内工作。重要的是离子束要撞击靶而且离子束不会产生污染。

　　气体流速越低越好。离子束经常要与反应气体工作,有时甚至是必要的,从而控制化学计量。通

　　常这些参数规定的很小可让适度直径的离子源215cm的工作更接近极限条件。如果需要镀

　　的基片数量很大,使用的离子源的直径就越大,离子源-靶和靶-基片的距离也会增加。这样的几

　　何比例会导致相应的沉积速率呈反平方比下降。采用线性离子源可以部分消除随距离的增加而导

　　致的沉积速率的下降。线性源允许减少几何空间,同时待镀的工件数量也会减少,在个更小的

　　另个例子是刻蚀源,具有显著不同的特征。他们的工作电压低于 1kV,有些甚至可优化到

　　50200 eV之间。 通常主要部分的离子束均匀度临界值规定为-5。刻蚀源的特点是高级的

　　栅极系统用来寻找合适于工件平面的高电流密度的离子束。工件常常是安装在工件架上进行复杂

　　而非整数的运动以补偿离子束的不均匀部分。刻蚀源经常与反应气体工作与工件发生反应来增强

　　刻蚀源中偶尔也会有特定的离子源形状,因为需要符合工件几何形状或是工件架的扫描形

　　状。 离子束和离子源的形状可以是圆形或环形均可。线性离子源以推式路帚的方式来扫描圆柱形

　　和刻蚀源相似的离子源可用于沉积前清洗工件或是在沉积过程中同时轰击膜材增强型 。

　　这些离子源对均匀性要求不高。例如,如果清洗工件需要去除大约 50 的材料,在这个数量上

　　允许有较大的偏差。相对较小的离子源也可用来做清洗,但他们通常是在昀高性能下工作使清洗

　　料已议定牛速率在高性能的线性离子源下穿过,穿过离子束的材料速度大约为 1s。如果卷绕运

　　1.0 增强型离子源对待镀表面进行离子轰击, 简介 产生膜材的技术方法有磁控,热蒸发,电子枪或是

　　离子溅射。增强离子源是在低能低电流下工作。进入生长膜的能量会修改薄膜的物理结构和生长

　　特征。有些膜还可能会改变晶相。增强离子源经常需要与反应气体工作来控制薄膜的化学计量。 表面离子轰击用于薄膜沉积已经有十多年了。离子轰击的数量和类型主要会影响薄膜结构和

　　成分, 有些结构中基片可以直暴露在离子束中, 从而决定了薄膜的光学,机械和电子特性。 而有些则需要基片定期穿过离子束, 有很多技术可用来获得轰击,其中些技术很 如行星运转就是

　　简单。 如此。对这两种方式离子轰击的效果并不相同。 不过, 宽束考夫曼离子源对临界参数如, 离子流,能量,粒子和入射角度的控制度

　　昀高。因为离 讨论这观点的目的是为了提醒读者注意使用宽束离子源可以完成很多种应用, 子源的放电是独立的并可以从沉积系统内拆除。这是其他离子轰击技术在薄膜沉积 离子源可以

　　针对不同的需求做优化。 中所不具备的。本章的讨论只限于宽束考夫曼离子源的应用。 从项应用到另项应用的优化有时只是简单的改变栅极, 而有些则需

　　2.0 主要变化的个显著例子就是离子源工作中电离电子的方法。昀常用的方法是热离子发射。 概述离子束应用

　　获得热离子的种方法是利用的难熔金属丝作发射器。另种发法是利用低功耗材料散射穿

　　过受惰性气体缓冲管加热的钨块。 本章主要讲述离子源的结构并引用特定的例子来说明影响工艺设计的操作特点。 后者的装置被称为空心阴极。对于很多研究人员来讲用简单的

　　涂钍钨丝作为反射器昀好用。 不过钨丝在放电中会受到离子的溅射降低了阴极的寿命。金属丝在

　　和反应气体工作时也会存在问题。 典型的离子源是由电极,磁场, 另离子加速栅极和发射器作适当排列而组成并进行封装, 外,些用户还发现加热和光子流对敏感的材料以及来自蒸 对工

　　作气体做电子轰击来维持电离。 发和溅射的灯丝污染也是都是问题。 这些空心阴极发射器既可以用作离子源放电的发射器也可以用作 元件的排列会因很多不同的实验而有很大的差异,甚至鉴于

　　中和器来解决寿命问题。 分析研究的不同更是天壤之别。 使用空心阴极在镀膜室放气前会受到加热和冷却的限制, 所以这些结果就会提出不同的论点来编织什么样的离子源才应该 但对于长期运

　　是 行而言这些因素就变得不那么重要。 好的离子源的神话理论。有很多构造和概念可以将市场有用的离子源和客户订制的离子源 空心阴极需要从充入惰性气体,般是氩气或氙气,来缓冲

　　合并来吸引用户对该项技术的兴趣。 低功耗的插件。任何气体也许都可以在离子源内放电, 这样使得空心离子源使用的弹性就会更大。

　　射频放电也可用来产生离子并加速生成离子束; 20世纪 60 年代初期对此就已经开始研究了。近

　　期高效的 2.1 RF考夫曼离子源的分类 电路元件降低了控制和阻抗的问题使其获得的操作更稳定。 同时 RF 离子源可以消

　　除来自镀膜室的热发射,目前都还在研究很多电子设计,控制,稳定之类的问题。

　　下面的内容并没有覆盖所有的离子源。只讲述了设计趋势并详细说明了发展的尖端。离子源

　　和大多数装置样, 2.2 操作的考虑事项 会在指定的生产中做到昀优化从而会牺牲掉其他领域的性能。 这趋势导致

　　了离子源的族群都要符合工艺参数的利益。 使用静电加速生成离子束的离子源会存在电势的问题。在有效的 DC 电势下2002000V

　　发射离子束 用溅射离子源在昀短的时间内从靶材上除去昀大量的材料就是个例子。 并加速。镀膜室内含有适度的电流束1A,并充满稀薄导电的等离 通常离子束的均匀 子。需要注意

　　性不太重要。 的是要静电屏蔽通入离子源的引线kV范围内工作。 引线间距太密可

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