离子束沉积法制备薄膜

离子束沉积法制备薄膜

一、试验目的

（1）了解离子束设备结构以及工作原理 （2）学习并掌握使用离子束沉积镀膜

二、试验原理

离子束沉积法是在磁控溅射技术之后发展起来。图1为产生离子束的独立装置称为离子枪，它提供一定束流强度、一定能量（如10～50mA、0.5～2.5keV）的Ar离子流。其原理是利用离子枪发射的离子束轰击靶材使并溅射出其表层原子，后者沉积在基片上即形成薄膜。

Ar等离子体

离子枪

θ

冷却水

二次溅射原子

衬底 高能Ar原子

溅射原子

图1 离子束溅射薄膜沉积装置示意图

在镀膜之前往往用辅助离子源直接轰击基片，把基片表面的杂质和污物刻蚀掉，从而达到清洗的作用，同时在镀膜过程中用辅助离子束源增强沉积，提高成膜质量。离子束沉积薄膜的优点是溅射过程可以控制，离子能量和入射角度都可以调节和控制，并且基片不受离子从靶面反射而引起的辐射损伤。利用高能离子流溅射出的膜料离子能量高，有利于薄膜结构的生成；离子源可控性强。因此用离子束沉积制备薄膜具有良好附着性、低的散射、良好稳定性和重复性，保证膜的致密、均匀，易于控制。

偏压溅射过程中离子对衬底表面的轰击可以有效的改善薄膜的组织和性能。但等离子体放电过程不易控制，因而入射离子的方向、能量、密度等条件很难得到综合优化。为解决这一问题，发展了离子束辅助沉积。在离子束辅助沉积技术中，使用单独的离子源来完成对于衬底表面的轰击，而欲沉积的物质来自于一个蒸发源。这一方法结合了告诉蒸发沉积和偏压溅射离子轰击的特点同时又具有离子束的能量和方向可调的优点。在所谓的的双离子束薄膜沉积系统中，则分别使用了两个离子源，一个被用来对靶材进行溅射从而提供沉积所需的物质原子，另一则被用来对衬底施行离子轰击。对于两个离子源分别进行控制，即可实现对于薄膜沉积速率和轰击离子流的独立调整。 三、试验设备

1. 设备简介

本系统主要由真空室、样品水冷加热转盘、Kaufman离子枪、四工位转靶、工作气路、抽气系统、安装机台、真空测量及电控系统等部分组成。图2 为设备简图，图3为真空气路系统图。

2. 主要技术指标：

极限真空度：≤6.67×10Pa（经烘烤除气后）； 系统真空检漏漏率：≤10-8Pa.L/S； 停泵关机12小时后真空度：≤5P。

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图2 设备简图

真空室

V2

混气室 V6

V7

离子枪一

离子枪二

V3

T

G V4

V1

V5

DF

MCF

1 MCF2 R-DF

图3 真空气路系统图

四、操作步骤

1. 开机前准备工作

(1) 开动水阀，接通冷却水，检查水压是否足够大，水压控制器是否起作用，保证各水路畅通；

(2) 检查总供电电源配线是否完好，地线是否接好，所有仪表电源开关全部处于关闭

状态；

(3) 检查分子泵、机械泵油是否标注到刻线处，如没有达到刻线标记应及时加油； (4) 检查系统所有阀门是否全部处于关闭状态，确定真空室完全处在抽真空前为封闭

状态。

2.操作流程

(1) 启动总电源。 (2) 开启放气阀V3放气（注意放开机械手），换完基片关闭V3。（若不换基片，无此

步操作） (3) 开机械泵及电磁阀R-DF，开电阻规，开预抽阀V4，真空室抽真空，当电阻规示

数小于5Pa时，关闭V4。 (4) 开启电磁阀DF，开启分子泵，马上开高阀G。电离规调至自动模式，等待抽真

空，数值低于3×10Pa时，将电离规调至手动。

(5) 开启V5启动流量计（预热五分钟），同时预热离子枪（预热十分钟）。

(6) 开通气体。

(7) 将流量计调至阀控，数值调到5～10，调节G，使电离码数值在6×10-2～9×10-2

之间。①放电电压调至60～80V；②灯丝电流至8A（逐步加热）；③加速电压调至100V；④束流电压800～1200V，束流达到30～50mA。

(8) 开始溅射，在衬底上沉积薄膜。

(9) 薄膜沉积完成后，逐步调节离子枪使①②③④示数为0，然后关闭离子枪电源。 (10) 关闭电离规，先关总气体，调节流量计放气，关流量计。

(11) 取出样品，将下一试验样品装入，然后按上述步骤再抽真空，观察示数在10，

Pa时，关电离规，关V5，关G，关分子泵。分子泵示数为0时，关电磁阀，关

机械泵。

(12) 关总电，关循环水。 注意：气体阀顺时针为开。

五、注意事项

(1) 设备操作人员必须高度重视电气安全问题，严格遵守用电安全规程，防止电气事

故造成人身伤害或设备损坏。 (2) 严禁带电拆卸接线端子、焊片、接插件等电气连接件 (3) 严禁带电打开电源机箱，接触任何电器元件。 (4) 设备必须可靠接地。本系统中所有设备装置的金属外壳都应可靠接地（包括主机

真空设备及电源机柜）。各部分电控装置按要求实行单闸（空气开关）供电，不

允许一闸多用。

(5) 经常对设备进行安全检查，确保电控单元绝缘良好，有可靠的接地或接零保护，

检查有无漏电、绝缘老化情况；定期进行电气设备和保护装置的检查、检修、试

验及清扫，防止造成设备电气事故和误动作。

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