有效制备薄膜的技术方案

薄膜是一种物质形态，它使用的膜材十分广泛，可用单质元素或化合物来制备，也可用无机材料或有机材料来制备。薄膜和块状物质一样，可以是非晶态的、多晶态的和单晶态的。近年来，复合薄膜和功能材料薄膜有了很大发展。

近20年来，各种薄膜外延技术发展很快，为发展薄膜材料提供了良好的技术基础。各种材料的薄膜化已是一种普遍的动向。薄膜化不仅有利于器件的小型化、轻量化和集成化，而且往往由于尺寸效应的缘故而具有显著不同于块状材料的性质，所以薄膜化本身就是寻找、开发新材料和材料新性能的有效途径。

目前，薄膜的制备方法很多，除了之前已经介绍的以外，还有分子束外延法、溅射法、离子束法、氧化法、离子注入法、扩散法及液相外延法，等等。在有限的篇幅中，我们只能介绍其中的一二种，有兴趣的读者可查阅有关文献。

在上述各种制膜方法中，有一类很重要的方法是溅射镀膜技术。什么是溅射呢？溅射是指当我们用带有几十电子伏以上动能的荷能粒子或粒子束照射固体表面时，靠近固体表面的原子会获得入射粒子所带能量的一部分而在真空中释放出来，这种散射现象我们就称其为溅射。由于离子易于在电磁场中加速或偏转，所以荷能粒子一般为离子，故这种溅射也称为离子溅射。溅射现象广泛应用于样品表面的刻蚀、表面成分分析及表面镀膜等。相对于每一个入射离子所放出的样品原子数定义为溅射产额，溅射产额的大小一般为10-1～10原子/离子。这些放出的原子的动能大部分在20e V以下，而且大部分为电中性，少部分则以二次离子的形式放出。图3-6所示为离子和固体表面相互作用的关系及各种溅射产物。(www.xing528.com)

图3-6　离子和固体表面的相互作用

由于氩气（Ar）容易获得，又不与其他物质起反应，同时还有较高的溅射产额，故在一般的溅射法中，通过辉光放电而产生正离子的气体多数采用Ar气。根据引起气体放电机制的不同，溅射法又可区分为许多种：在电极间加上数千伏直流电压，使气体发生直流辉光放电，气体电离后产生的正离子加速轰击靶材，将靶材原子溅射出而沉积在衬底上，这种溅射方法称为阴极溅射；3～30MHz的高频电磁辐射可以使低气压（约2.5×10-2Pa）的气体电离，使溅射速率加大或在较低电压（几百伏）下溅射，此法非常适宜于沉积导电性不良的介质膜。这种方法就是射频溅射法；如果在放电气体中，加入氧或氮等活性气体，在溅射时，活性气体与阴极物质发生反应，可形成氧化物、氮化物薄膜，这样的溅射称为反应溅射；若在电极间附加一磁场，使电子做螺旋状运动，增加电离原子的产率，使溅射速率加快，这样的溅射即称为磁控溅射；等等。溅射法已越来越广泛地应用于制备金属、半导体、氧化物、氮化物、硅化物、碳化物、金属陶瓷和玻璃等材料的薄膜中。