靶材濺射的蒙特卡羅模擬.pdf

1、濺射鍍膜是制備薄膜常用的方法，它具有許多優(yōu)點：薄膜與基體的附著力較強(qiáng)；在大面積連續(xù)基板上可以制取均勻的膜層；容易控制膜的成分，可以制取各種不同成分和配比的合金膜；可以進(jìn)行反應(yīng)濺射、制取化合物膜等。但是濺射鍍膜法在制備合金膜時存在擇優(yōu)濺射現(xiàn)象，這會使靶材表面元素成分發(fā)生變化，從而影響鍍膜；反應(yīng)濺射制備金屬化合物薄膜時，反應(yīng)氣體會與靶表面的金屬元素發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)氣體流量逐漸增大時，濺射靶會從金屬態(tài)向化合態(tài)轉(zhuǎn)變，而金屬化合物的濺射產(chǎn)額遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于金

2、屬單質(zhì)，這會造成濺射速率下降，并對薄膜成分結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。本文用蒙特卡羅程序TRIDYN，以二元銅合金靶為研究對象，對合金靶的擇優(yōu)濺射進(jìn)行了模擬分析，并分別對金屬Mo靶和Ti靶在反應(yīng)氣體氧氣和氮氣中的反應(yīng)濺射性質(zhì)進(jìn)行了研究。
　　 ㈠合金靶濺射的模擬。⑴影響合金靶擇優(yōu)濺射的內(nèi)部因素主要是組成元素的相對質(zhì)量和表面結(jié)合能。模擬結(jié)果表明：合金靶中較輕的元素優(yōu)先濺射，表面結(jié)合能較小的元素優(yōu)先濺射。⑵影響靶材濺射產(chǎn)額的外部因素主要有：入射粒

3、子的能量、入射角度、入射粒子的種類，模擬結(jié)果表明：入射粒子的能量和角度會影響合金靶中各元素的部分濺射產(chǎn)額，但是對擇優(yōu)濺射程度基本沒有影響。⑶合金靶經(jīng)濺射后表面成分的變化可以反映擇優(yōu)濺射的程度，為此本文也研究了合金表面的成分分布變化，模擬結(jié)果表明：濺射主要發(fā)生在合金表面，兩種元素的濺射產(chǎn)額相差越大，擇優(yōu)濺射現(xiàn)象越明顯。并且由表面的濃度和濺射產(chǎn)額可以算出合金薄膜的成分。⑷模擬結(jié)果表明，濺射原子隨能量和角度變化呈一定分布。
　　 ㈡金

4、屬靶反應(yīng)濺射的TRIDYN模擬。⑴分別對Mo靶和Ti靶在氮氣和氧氣中的反應(yīng)濺射進(jìn)行了模擬。與Ti靶相比，Mo靶較不容易靶中毒。對兩種不同靶都可以觀察到，隨著入射N+或O+流量增大，靶表面由金屬態(tài)向化合態(tài)的轉(zhuǎn)變過程。⑵為得出靶中毒的程度和靶中毒的臨界值，分別模擬Ar＋/O＋流量比為9:1、8:2、7:3、6:4時靶表面的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)流量比為9:1、8:2、7:3時靶表面幾乎沒有中毒現(xiàn)象，并且當(dāng)流量達(dá)到一定值時，靶表面會出現(xiàn)動態(tài)平衡，此時