浅谈半导体薄膜制备方法

文章来源：半导体全解

原文作者：圆圆De圆

本文简单介绍一下半导体镀膜的相关知识，基础的薄膜制备方法包含热蒸发和溅射法两类。

热蒸发

热蒸发法是目前较为成熟且使用广泛的薄膜制备方法。

在高温条件下，薄膜材料被加热到较高温度，薄膜材料的原子或分子便会从膜料表面蒸发，附着在基板表面形成薄膜。

按照蒸发源的不同，热蒸发法可分为以下两类。

（1）电阻加热法

在10-6托或更高真空下，用加热法使材料从蒸发源逸出，转变成气相，再沉积到基体及其周围形成薄膜。该过程是以电阻加热为基础，通过源源不断的电供给产生焦耳热效应，高能量使原子或分子获得一定的动能，在基板表面形成薄膜。

（2）电子束热蒸发

电子束蒸发法主要是电子枪发射器发射电子至膜料表面，膜料受到电子轰击产生内能，膜料中的粒子将内能转化为动能蒸发至基板表面。

磁控溅射

溅射技术包括直流溅射、交流溅射、反应溅射和磁控溅射，是一种在真空环境中，通过电荷粒子对固体靶表面的轰击，使其表面的原子或分子被喷射出去的制备方法。

射频磁控溅射过程是在高真空的条件下充入适量的氩气，在阴极（柱状靶或平面靶）和阳极（镀膜室壁）之间施加射频（13.56 MHz）电源，在镀膜室内产生磁控型异常辉光放电，电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使氩气发生电离（在高压作用下Ar原子电离成为Ar+和电子），入射离子（Ar+）在电场的作用下轰击靶材，使得靶材表面的中性原子或分子获得足够动能脱离靶材表面，沉积在基片表面形成薄膜。

而产生的二次电子会受到电场和磁场作用，产生E（电场）×B（磁场）所指的方向漂移，简称E×B漂移，其运动轨迹近似于一条摆线。若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动，它们的运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，并且在该区域中电离出大量的Ar+来轰击靶材，从而实现了高的沉积速率。

随着碰撞次数的增加，二次电子的能量消耗殆尽，逐渐远离靶表面，并在电场E的作用下最终沉积在基片上。由于该电子的能量很低，传递给基片的能量很小，致使基片温升较低。

相较于热蒸发技术制作的膜层，利用溅射技术制备的光学薄膜质量更优良。

原因是溅射粒子的能量比热蒸发粒子的能量大一个数量级，这样可以确保薄膜与基板有更强的结合力，聚集密度更高，折射率也更接近块状材料。