薄膜材料与技术-3.ppt

薄膜材料与技术(3)
李美成
2008秋季学期
1
第三章气体放电和低温等离子体
低温等离子体
低气压气体放电
气体的激发和电离
气体放电的基本特点
辉光放电的特性
弧光放电的特性
2
由于气相沉积是在低温等离子体中进行的

低温等离子体物理基础
低气压气体放电使气体和膜层原子电离

产生高能电子、高能离子和高能中性原子

改善薄膜的组织结构并促进化学反应过程

有利于化合物薄膜的形成
3
学****等离子体形成过程+ 气体放电特性对掌屋各种离子沉积技术和控制薄膜质量是非常必要的。
沉积粒子离化率
控制带电粒子能量
离子增强型沉积技术
4
低温等离子体
低温等离子体物理概述

等离子体是一种电离气体,是离子化了的原子和电子的集合体,整体显中性,它是一种由带电粒子组成的电离状态,称为物质的第四态。

为了获得等离子体,必须使中性粒子电离。实际常用的获得等离子体的方法有以下六种。
5
(1)  利用粒子热运动的方法
由于燃烧或冲击波使气体达到很高温度,分子和原子剧烈碰撞而离解为离子和电子。
(2) 利用电子碰撞的方法
在低气压中,电子在电场作用下加速,获得足够的能量,与中性粒子碰撞使之电离。
使用的电场有直流电场、射频电场和微波电场,产生低气压气体放电。
离子气相沉积则采用这种方法获得沉积层物质的离子。
6
(3) 利用电磁波能量的方法
利用光、x射线、射线使气体电离。
(4) 利用接触电离的方法
两种功函数(把原子中一个电子放到无限远时所需要的最小电位差)不同的金属在高热表面接触时发生离子化的现象。
(5) 利用高能粒子的方法
核聚变所用的方法。
(6) 利用将电子与离子混合合成的方法
火箭推进器中采用的方法。
7

(1) 按电离程度分类
等离子体按气体电离程度分为以下三类:
完全电离状态气体,几乎所有中性粒子都呈离子态、电子态,是强导体,带电粒子密度1010~1015cm-3。
部分电离状态气体,只有部分中性粒子电离。只要电离度达1%,其导电率与完全电离状态气体的导电率相近。
弱电离状态气体,只有极少量中性粒子被电离。
离子气相沉积技术中,金属的离化率达到1-90%,整个放电空间具有很好的导电能力。
8
(2) 按温度分类
物质处于不同温度范围时所具有的能量不同。物质的能量用电子伏特(eV)表示,它和温度的关系由下式表示:
K 是绝对温度
物质所具有的能量状态不同时,它的聚集状态不同。下图表示物质处于固体、液体、气体和等离子体四种状态时,所具有的能量范围。
9
物质从低能状态转化为高能状态时需要外界供给能量。
从固体转变为液体,或从液体转变为气体时,平均需要能量为10-2eV/粒子。从气体转变为等离子体需要能量为130eV/粒子。
物质四态所具有的能量
10