反應氣壓對ZAO薄膜沉積速率的影響

2009-05-20 鄒上榮鄭州大學物理工程學院材料物理教育部重點實驗室

圖2 是不同反應氣壓下沉積速率的變化曲線。工藝參數為:O2 氣和Ar 氣流量比為3/20，沉積溫度200℃，濺射功率140 W。可以看出，沉積速率隨反應氣壓的增大而先增大后減小，有一個最大沉積速率，對應一個最佳反應氣壓。分析如下：一方面，在反應氣壓位于一個較低的工作范圍內，隨著它的升高，氣體分子密度增大導致電子與氣體分子之間發生碰撞的幾率增大，從而電子在氣體分子間能更充分地交換它們的能量，使氣體濺射粒子能量增大；另一方面反應氣壓的升高使電離度增大等離子體阻抗下降，放電增強，離子流增大，穿過陰極暗區被加速初始電子的能量減少，陰極對電子捕集效率增大，所以沉積速率增大。但是，當反應氣壓處于一個較高的工作范圍時，隨反應氣壓的升高, 沉積速率反而會減小，這是因為輝光放電中原子、離子的平均自由程下降，濺射靶材原子的背反射的幾率和受氣體原子(Ar) 散射的幾率增大，造成粒子能量降低，而粒子經多次碰撞后逃離沉積區域而返回陰極表面，減小了襯底對濺射原子的收集效率，導致了沉積速率的降低[10]。由圖2 可知本實驗最佳反應氣壓為0.7 Pa 左右。