2,溅射率
溅射率是描述溅射特性的一个最重要物理参量，它表示正离子轰击靶材料时，平均每个正离子能从阴极上打出的原子数。又称溅射产额或溅射系数。
溅射率与入射离子的种类、能量、角度以及靶材的类型、晶格结构、表面状态、升华热大小等因素有关。单晶靶材还也表面取向有关。
溅射率与靶材的关系：一般随靶材的元素序数增加而增大；表面污染（如氧化层）比清洁的表面的金属的溅射率低。升华热大的金属要比升华小的金属低。
溅射率与入射原子能量的关系： S∝E2
溅射阈值 本实验中，溅射时的工作气压均为300V左右。溅射率与入射原子能量应在此范围内； S∝E 溅射率还与表面形貌，溅射压强等相关，所以为了保证溅射薄膜的质量和提高 薄膜的沉积速率，应当尽量降低工作气压和提高溅射率。 500eV 3，溅射原子的能量和速度 一般由蒸发源蒸发出来的原子的能量为0.1eV左右，而在溅射中，由于溅射原子是与高能量（几百~几千eV）的入射离子交换动量而飞溅出来，所以溅射原子具有较大的能量。如以1000eV加速的Ar+溅射铝等轻金属元素时，逸出原子的能量约为10eV.而溅射钨，钼，铂等重金属元素时，逸出原子 的能量约为35eV.一般认识，溅射原子的能量比热蒸发原子能量大1~2个数量级，约为5~10eV. 三，溅射过程 溅射过程包括靶的溅射，逸出粒子的形态，溅射粒子向基片的迁移 和在基板上成膜的过程。 1，靶材的溅射： 当入射离子在靶材的碰撞过程 中，将动量传递给靶材原子 ，使其获得的能量超过其结合能时，才可能使靶材原子发生溅射。 除了靶材的中性粒子，即原子或分子最终沉积为薄膜外，其他一些效应也会对溅射膜的生长产生很大影响，如：电子发射，中性原子、分子发射、正离子发射、负离子发射、气体解吸、溅射粒子的背返射，扩散，加热，结晶变化，注入。 同时这些效应也会在基片上发生，只是 程度上有很大变化。 2，溅射粒子的迁移过程 靶材受到轰击所逸出的粒子中，正离子由于反向电场的作用不能到达基片表面，其余的粒子均会向基片迁移。CdTe靶受到轰击时，可能逸出的粒子主要有：中性的Cd原子，Te原子,CdTe原子，正的Cd，负离子Te,电子。 大量的中性原子或分子在放电空间飞行过程中，与工作气体分子发生碰撞的平均自由程λ1可用下式表示： λ1 = C1/(V11+V12) 式中，C1是溅射粒子的平均速度；V11是溅射粒子相互之间的平均碰撞次数；V12是溅射粒子与工作气体分子的平均碰撞次数。 通常，可以认为溅射粒子的密度远小于工作气体分子的密度，则有V11《 V12，故有 λ1≈ C1/V12 V12与工作气体分子的密度n2,平均速度C2,溅射粒子与工作气体分子的碰撞 面积Q12有关，并可用下式表示 V12 = Q12 [(C1)2+(C1)2]1/2 n2 即溅射粒子与工作气体分子的平均碰撞次数等于溅射粒子与工作气体分子的碰撞面积*溅射粒子与工作气体的平均相对速度*工作气体分子的密度； 而Q12 ≈ π(r1+r2)2 这里的r1,r2分别为溅射粒子和工作气体分子的原子半径 由于溅射粒子的速度远大于气体分子的速度，所以可以认为 V12 ≈ Q12 C1 n2 则λ1≈1/π(r1+r2)2 n2 例如，Ar离子溅射铜靶时，由上式可以算出，λ性气体分子间的平均自由程大得多。 一般溅射镀膜时，气体压力为0.1~10Pa,此时溅射粒子的平均自由程约为1~10cm，因此，靶与基片的距离应与该值大致相等。否则，溅射粒子在迁移过程中，将发生多次碰撞，这样，即降低了靶材原子的动能，又增加了靶材的散射损失。 尽管溅射原子在向基片的迁移输运过程中，会因与工作气体分子碰撞而降低其能量，但是，由于溅射出来的靶材原子能量远远高于蒸发原子的能量，所以溅射过程中沉淀在基片上靶材原子的能量仍比较大，其值要相当于蒸发原子能量的几十倍到上百倍。 溅射粒子的成膜过程 】 1~~ 11.7e-3cm，这个值比中 薄膜沉积的溅射过程与蒸发过程之间有许多明显的差异. 蒸发是一个热过程, 沉积材料的原子以很低的动能到达生长表面, 而溅射时,Ar+离子对靶源的轰击,使被驱动的源原子获得高动能.虽然溅射沉积促进了到达原子的高的表面扩散率,但由于原子的高能量同样也导致了沉积表面更多的缺陷形核和损伤. 当蒸发发生在高真空时(1e-6~1e-10torr,或1.33e-4~1.33e-8 Pa),溅射原子迁移通过一个压力约为0.1torr(即13.33Pa)的高压放电区.溅射沉积薄膜比蒸发沉积的薄膜,通常含有更高的杂质原子浓度, 而且易被溅射气体污染. 因此,溅射沉积不适合于薄膜的外延生长. 对于多晶体薄膜,溅射沉积产生的薄膜晶粒结构通常具有多种晶体学取向而无择优织构,但是,蒸发沉积会导致严重的织构膜.这种膜的晶粒尺寸一般远大于溅射膜的晶粒尺寸.同蒸发沉积相比,溅射沉积在保质化学计量比和薄膜厚度均匀性方面,可控性更强, 在沉积晶体和非晶材料方面也更灵活性. 溅射沉积中的应力的产生(66页) 通常溅射工艺沉积的薄膜主要产生压缩应力.如上所言,溅射沉积与气体凝聚沉积相区别的两个主要特点就是: 溅射沉积原子到达生长表面时,相对高的动能;生长室中的氩气环境. 达到表面的高能量原子轰击生长表面,会导致在表面区域附近产生过剩的间隙原子. 上图表面从环绕直流圆柱磁控溅射源在玻璃晶片基底上许多的薄膜沉积中得到的平均薄膜应力乘以薄膜厚度的结果.薄膜应力是通过干涉法. 在通常的溅射过程中所使用的典型的氩气压力(一般为0.1~2.0Pa)下,材料中存在大小不一,最高达到几个Gpa的压缩应力.已经发现, 溅射的薄膜中,压纹内应力的出现,与薄膜中存在捕获的Ar有关系. 不过,Ar含量的很大变化(薄膜中Ar的原子浓度从0.02变到2%)都不会导致压缩的明显变化(Thornton et al. 1979).如图所见, 低的溅射压力和低的沉积速率导致压缩内应力的演变. 观察