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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:林榮達
研究生(外文):jared
論文名稱:小型磁控射頻濺鍍裝置研究
論文名稱(外文):Study on the properties of small scaled magnetron RF sputtering apparatus
指導教授:蕭憲彥
指導教授(外文):Prof.Sen-Yen Shaw
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:47
中文關鍵詞:濺鍍射頻磁控電源系統冷卻系統
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高能量的粒子撞擊固體表面時,固體表面的原子與高能量粒子形成彈性或非彈性碰撞,被碰撞的原子再與鄰近原子碰撞,結果原子從表面被散射出來,這樣的現象稱為濺射(sputtering)。
濺鍍現象是由W.R Grove在1852年時所做的實驗中發現的,他發現氣體放電所產生的高能量離子撞擊,會撞擊出直流放電管的陰極物質,而在放電管的內壁形成一層金屬薄膜,又因為濺鍍常見於陰極附近,因此濺射又稱為陰極濺射。
對於濺射的現象有兩種理論,一為熱蒸發理論,二為動力傳輸理論,前者是由於入射離子撞擊,使得靶材獲得能量而到達氣化的程度,後者是入射離子的動量傳給靶材原子而造成濺射,而依照目前的瞭解濺射應該是一種動量傳輸的過程。
其實濺射不是一個能量使用效率很好的物理現象,離子撞擊之後約有70﹪的能量轉換為熱能,約25﹪的能量用在產生二次電子,只有約2.2﹪的能量用在濺射靶材原子的步驟上,也因為濺射會產生大量的熱,所以需要冷卻系統。即使如此,濺射出來原子所獲得的能量約2eV到30eV,比傳統熱蒸發的原子能量約0.1eV,大了一百倍以上,因此濺鍍所獲得薄膜的緻密性和附著性會較佳。
濺射現象會破壞放電管陰極,原本被視為不好的現象,但今天濺射的技術越來越成熟,且廣泛的應用於表面洗淨、細微加工、薄膜成長、表面分析等等各方面,是光電及半導體方面成熟、應用廣且不可或缺的一項技術。
本論文的主要目的在於,充分的理解濺射的相關理論之後,實際的設計出一個小型的濺射裝置,冷卻系統、匹配電路、電源系統、真空系統、磁控的配置,期望能有一個最佳化的效果,實際上可以作為反射鏡等簡易的鍍膜,實驗的過程中或許會遇到問題,但必須找出問題的癥結點,並加以解釋,試圖解決,真空的問題、磁控的問題、匹配的問題,在實驗中可以與理論相對照,看看實驗上是否與理論吻合,如果不合理,是否在實驗裝置上有可以改進的地方,實驗最後的結果,或許不讓人滿意,但其中也有許多可以討論、改進的地方,以作為往後設計小型濺鍍機的參考。
論文分為簡介、原理、實驗裝置、實驗程序與實驗結果、結論等五部分。
簡介部份,簡單介紹sputtering的物理現象及應用範圍。
原理部份,對濺射基礎、直流濺鍍、交流濺鍍、磁控濺鍍等四個方面作扼要的說明。
實驗裝置部份,對於實驗的真空系統、冷卻系統、電源系統、磁控系統、匹配電路等各個裝置作簡要的介紹。
實驗程序與實驗結果部份,說明實驗大概的流程及注意事項,以及分析實驗的結果,並提出可能的改善方法。
最後對整個實驗作簡短的結論。

目錄
第一章 簡介…………………………………………1
第二章 原理
2-1 濺射基礎
2-1-1碰撞………………………………………3
2-1-2濺射率……………………………………4
2-2 真空系統
2-2-1平均自由徑………………………………5
2-2-2真空幫浦…………………………………6
2-2-3壓力計……………………………………8
2-3 放電機制
2-3-1直流放電 ………………………………10
2-3-2交流放電 ………………………………12
2-3-3磁場中的放電 …………………………14
2-4 濺射裝置
2-4-1直流濺鍍裝置 …………………………16
2-4-2交流濺鍍裝置 …………………………16
2-4-3磁控濺鍍裝置 …………………………17
第三章 實驗裝置……………………………………18
第四章 實驗程序與實驗結果………………………22
第五章 結論…………………………………………29
參考文獻………………………………………………30
圖表目錄
圖一 離子撞擊所伴隨的現象 31
圖二 濺射率與能量的關係 32
表一 閾值能量 33
表二 靶材濺射率與濺射氣體、濺射能量的關係 34
表三 靶材濺射率與濺射氣體、濺射能量的關係 35
圖三 濺射率與離子能量的關係 36
圖四 濺射率與原子序的關係 37
圖五 濺射率與入射角度的關係 38
圖六 (a) 直流輝光放電的電流電壓特性 39
(b) 輝光放電下可看到的區域
圖七 典型直流濺鍍系統 40
圖八 典型的射頻濺鍍系統 41
圖九 典型的磁控濺鍍系統 41
圖十 系統裝置示意圖 42
圖十一 匹配電路 42
圖十二 Smith-chart阻抗軌跡圖 43
圖十三 第一架構示意圖 44
圖十四 第二架構示意圖 44
圖十五 第三架構示意圖 45
圖十六 第四架構示意圖 45
圖十七 I-V curve 46
圖十八 改良濺鍍機示意圖 47
圖十九 磁場示意圖 47

參考文獻
[1] Kiyotaka Wasa,Shigeru Hayakawa,“Handbook of sputter deposition technology ”, principles, technology, and applications,pp.49-73,1992
[2] 莊達仁,高立圖書,“VLSI 製造技術”,
pp.449~522,546~569,158~166,2000
[3] 李雅明,全華科技圖書,“固態電子學”,pp.515~529,1995
[4] 賴耿陽編撰,復漢出版,“IC製程之濺射技術” ,pp.6-47,1989
[5] 金原粲,stuart R.V.,賴耿陽編撰,復漢出版, “薄膜製作工藝學” , pp.32-42,50-76,1987
[6] 麻蒔立男,陳克紹,曹永偉,全文圖書,“薄膜技術”, pp.181-197,1986
[7] 魏炯權編著,全華科技圖書,“電子材料工程”,ch6,2001
[8] 國科會精儀中心,“真空技術與應用”, pp.72-87,350-389,2001
[9] SEN-YEN SHAW AND RUEY-SHYAN CHANG,“Wide-Range Line Tunable CO2 Waveguide lasers with Segmented Radio Frequency Excitation ”,Proc.Natl.Sci.Counc.ROC(A) Vol.21,No.6,pp.623-630,1997

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