反应气压对ZAO薄膜沉积速率的影响

2009-05-20 邹上荣郑州大学物理工程学院材料物理教育部重点实验室

图2 是不同反应气压下沉积速率的变化曲线。工艺参数为:O2 气和Ar 气流量比为3/20，沉积温度200℃，溅射功率140 W。可以看出，沉积速率随反应气压的增大而先增大后减小，有一个最大沉积速率，对应一个最佳反应气压。分析如下：一方面，在反应气压位于一个较低的工作范围内，随着它的升高，气体分子密度增大导致电子与气体分子之间发生碰撞的几率增大，从而电子在气体分子间能更充分地交换它们的能量，使气体溅射粒子能量增大；另一方面反应气压的升高使电离度增大等离子体阻抗下降，放电增强，离子流增大，穿过阴极暗区被加速初始电子的能量减少，阴极对电子捕集效率增大，所以沉积速率增大。但是，当反应气压处于一个较高的工作范围时，随反应气压的升高, 沉积速率反而会减小，这是因为辉光放电中原子、离子的平均自由程下降，溅射靶材原子的背反射的几率和受气体原子(Ar) 散射的几率增大，造成粒子能量降低，而粒子经多次碰撞后逃离沉积区域而返回阴极表面，减小了衬底对溅射原子的收集效率，导致了沉积速率的降低[10]。由图2 可知本实验最佳反应气压为0.7 Pa 左右。