真空镀膜技术与离子镀膜.ppt

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1、第二章 薄膜制备技术,2.4 迪通恒业科技开发的外延制膜技术,2.3 富森钛金设备开发的溶液镀膜技术,2.2 薄膜的化学气相沉积,2.1 薄膜的物理气相沉积,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.1 引言,薄膜生长方法是获得薄膜的关键。薄膜材料的质量和性能不仅依赖于薄膜材料的化学组成，而且与薄膜材料的制备技术具有一定的关系。随着科学技术的发展和各学科之间的相互交叉,相继出现了一些新的薄膜制备技术。这些薄膜制备方法的出现,不仅使薄膜的质量在很大程度上得以改善,而且为发展一些新型的薄膜材料提供了必要的制备技术。,第二节 薄膜的物理气相沉积,2.1.1 引言,薄膜的制备方法可分为：1、气相法 PVD：

2、Physical Vapor Deposition，不伴随化学反应发生 CVD：Chemical Vapor Deposition，发生化学反应 2、非气相法（主要是液相）,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.1 引言,真空蒸发,溅射沉积,离子镀,物理气相沉积（PVD）,化学气相沉积（CVD）,气相沉积,电阻加热、弧光放电加热、感应加热、电子束加热、激光加热,化学反应法,热分解法,直流溅射、射频溅射、磁控溅射、离子束溅射,直流二极型离子镀、射频放电离子镀、等离子体离子镀,氢还原法、卤素输运法,含氢化合物分解法、有机金属热分解法,分子束外延固相外延,离子外延,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.

3、1 引言,非气相沉积,氧化法,离子注入法,扩散法,电化学法,涂覆法,液相生长法,Sol-gel 法,高温氧化、低温氧化、阳极氧化,气相扩散、固相扩散,电解电镀、非电解电镀,溶液输运法、溶液温度减少法,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD),利用某种物理过程，如物质的热蒸发或在受到粒子轰击时物质表面原子的溅射等现象，实现物质原子从源物质到薄膜的可控转移的过程。,块状材料(靶材),薄膜,物质输运能量输运,能量,衬底,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,方法的核心点：薄膜材料通过物理方法产生并输运到基

4、体表面的镀膜方法；通常是固体或熔融源；一般来说，在气相或衬底表面没有化学反应；需要相对较低的气体压力环境：a)其他气体分子对于气相分子的散射作用较小；b)气相分子的运动路径近似为一条直线；c)气相分子在衬底上的沉积几率接近100%。代表性技术：蒸发镀膜、溅射镀膜；技术特点：真空度高、沉积温度低、设备相对比较简单。薄膜质量可控度小、表面容易不均匀。,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,一、真空蒸发镀膜法,要点：真空蒸发原理 蒸发源的蒸发特性及膜厚分布 蒸发源的类型 合金及化合物的蒸发,真空蒸发镀膜法(简称真空蒸镀)是在真空室中，加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子从表面

5、气化逸出，形成蒸气流，入射到基片表面，凝结形成固态薄膜的方法。,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,一、真空蒸发镀膜法,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,加热丝,加热舟,坩埚,盒状源（Knudsen Cell）,常用蒸发源,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,一、真空蒸发镀膜法,(1)优点：成膜速度快：0.150m/min，设备比较简单，操作容易；制得薄膜纯度高；用掩模可以获得清晰的图形；薄膜生长机理较单纯。,(2)缺点：薄膜附着力较小；结晶不够完善；工艺重复性不够好；膜厚不易控制；薄膜质量不是很好。,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法

6、,一、真空蒸发镀膜法,基本过程：（1）加热蒸发过程，凝聚相气相 该阶段的主要作用因素：饱和蒸气压（2）输运过程，气化原子或分子在蒸发源与基片之间的输运 该阶段的主要作用因素：分子的平均自由程（工作气压），源基距（3）基片表面的淀积过程，气相固相 凝聚成核核生长连续薄膜,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,一、真空蒸发镀膜法,气体与蒸气,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,一、真空蒸发镀膜法,对于每一种气体都有一个特定的温度，高于此温度时，气体不能通过等温压缩而液化，这个温度称为该气体的临界温度。温度高于临界温度的气态物质称为气体，低于临界温度的气态物质称为蒸气。注意

7、：蒸气不是理想气体！只有在很低气压下，近似符合理想气体方程。,气体与蒸气,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,一、真空蒸发镀膜法,临界温度不是沸点！,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,一、真空蒸发镀膜法,在一定温度下，气、固或气、液两相平衡时，蒸气的压力称为该物质的饱和蒸气压。,饱和蒸气压(Saturation vapor pressure)：,注意：取决于液体(或固体)本性和温度，与液体(或固体)存在的量无关。,饱和蒸气压,一定温度下，蒸发(或升华)出来的蒸气分子的量,标志着物质的蒸发(或升华)能力,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,一、真空蒸发

8、镀膜法,饱和蒸气压：,克拉伯龙克劳修斯方程：,Pv：饱和蒸气压；vapHm：温度T时纯液体的 摩尔气化热；,假定vapHm与温度无关，或因温度范围较小，vapHm可以近似作为常数，积分上式，得：,第二节 薄膜的物理气相沉积,6.2.2 PVD法,一、真空蒸发镀膜法,饱和蒸气压：,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,一、真空蒸发镀膜法,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,一、真空蒸发镀膜法,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,一、真空蒸发镀膜法,饱和蒸气压为10-2Torr时的温度。由此，蒸发材料分为两种：1）蒸发：蒸发温度大于熔点，大多数金属 2）升华

9、：蒸发温度小于熔点 Cr、Ti、Mo、Fe等,蒸发温度,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,一、真空蒸发镀膜法,蒸发速率,气相分子的入射频率：,但并非所有气相分子入射到液面时凝结,C：冷凝系数,n：分子密度，Va：平均速度m：分子质量,根据分子运动论：,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,一、真空蒸发镀膜法,蒸发速率,若蒸发进入动态平衡：气液 与 液气 分子数相等,N：蒸发分子（原子数），A：蒸发表面积，t：时间，Pv：饱和蒸气压，Pk：液体静压v：蒸发系数,Hertz-Knudsen-Langmuir公式,v是否等于c没有定论，但1,第一节 薄膜的物理气相沉积,2

10、.1.2 PVD法,一、真空蒸发镀膜法,蒸发速率,最大蒸发速率：HKL公式中令v=1，Pk=0,质量最大蒸发速率：,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,一、真空蒸发镀膜法,蒸发速率,在实际蒸发过程中，影响蒸发速度的因素 饱和蒸气压 温度 蒸发物质的分子量 表面清洁度 蒸发源的形状等,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,一、真空蒸发镀膜法,蒸发速率,影响蒸发速度的因素：温度,例如Al：温度变化1%，蒸发速度变化19%,将公式：代入HKL公式中，并进行微分，可得到：,1、如需精确控制蒸发速率，就必须精确控制源温。2、在加热过程中应当注意避免过大的温度梯度。,第一节 薄膜

11、的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,一、真空蒸发镀膜法,1、从薄膜纯度考虑：,单位时间内通过单位面积的气体的分子数：,25时，10-5 Torr时，Ng大约为10151016个/cm2s，此时蒸发原子与杂质原子几乎按1：1到达基板,本底真空度的选择,残留气体的污染。蒸发源物质的纯度；加热装置、坩埚的污染；,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,一、真空蒸发镀膜法,大气的残余物（O2、N2、CO2、H2O），扩散泵油蒸气，真空室吸气 对真空蒸发镀膜质量有重要影响。在设计优良的系统中，真空泵的回流扩散作用不明显。当P10-4Pa时，主要为被解吸的真空室吸气。水汽影响很大，易与金属膜反

12、应，或与W，Mo等加热器材料反应，生 成氧化物和氢。,残留气体的影响,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,一、真空蒸发镀膜法,2、从碰撞几率的角度：,本底真空度的选择,考虑蒸发分子与残留气体分子之间的碰撞问题：N0个蒸发分子在飞行x距离后，未受到残留气体分子碰撞的数目：,则被碰撞的分子的百分数：,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,一、真空蒸发镀膜法,Example:若要求f 0.1,源基距为25cm 则P 310-3Pa,要有效减少蒸发分子在渡越中的碰撞现象，应当使 源基距,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,一、真空蒸发镀膜法,蒸发源的蒸发特性及膜

13、厚分布,在真空蒸发镀膜过程中，能否在基板上获得均匀膜厚，是制膜的关键问题。膜厚的影响因素 A、蒸发源的特性；B、基板与蒸发源的几何形状，相对位置；C、蒸发物质的蒸发量。,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,一、真空蒸发镀膜法,蒸发源的蒸发特性及膜厚分布,为了对膜厚进行理论计算，找到其分布的规律，作如下假设：1）在蒸发源附近的蒸发原子间或分子之间不发生碰撞；2）蒸发原子或分子与残余气体分子之间不发生碰撞；3）蒸发原子到达基板上后不发生再蒸发现象。,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,一、点蒸发源,蒸发源的蒸发特性及膜厚分布,特点：向各个方向等量蒸发,：蒸发膜的密度 t

14、：蒸发膜的厚度,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,一、点蒸发源,蒸发源的蒸发特性及膜厚分布,最大厚度：=0时：,其它情况下：,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,二、小平面蒸发源,蒸发源的蒸发特性及膜厚分布,特点：发射特性具有方向性 在角方向蒸发的材料质量与cos成正比,最大厚度：正上方：=0，=0时：,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,蒸发源的蒸发特性及膜厚分布,点源与小平面蒸发源相比，厚度的均匀性要好一些但淀积速率要低得多，单位质量的原料所得膜厚1/4,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,三、克努曾蒸发源,蒸发源的蒸发特性及膜厚分

15、布,2r,l，分子流,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,四、细长平面蒸发源,蒸发源的蒸发特性及膜厚分布,相当于热丝，由许多小平面蒸发源构成,由ds蒸发到d上的质量,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,四、细长平面蒸发源,蒸发源的蒸发特性及膜厚分布,由：可推导出膜厚变化：,积分后：,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,五、环状蒸发源,蒸发源的蒸发特性及膜厚分布,蒸发特性,dS1相当于小平面源,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,实际蒸发源的发射特点,1）点源：发针形蒸发源、电子束蒸发源2）小平面蒸发源：蒸发舟3）平面蒸发源：坩埚、锥形蓝式

16、蒸发源4）柱状蒸发源：蒸发料润湿的螺旋丝状蒸发源5）可视为大面积（平面或柱面）蒸发源：磁控靶源。,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,蒸发源与基板的相对位置配置,1.点源,蒸发源放在球心，基板放在球面上，可得到均匀薄膜。,=0时，t为常数：,蒸发源、基板放在同一球面上，可得到均匀薄膜。,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,蒸发源与基板的相对位置配置,2.小平面源,可将蒸发源直接配置于基板的中心线上：,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,蒸发源与基板的相对位置配置,3.小面积基板的情况,A、基板公转加自转的“行星”方式运动 B、采用多个分离的点源代替单一

17、蒸发源,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,蒸发源与基板的相对位置配置,4.大面积基板的情况,1个点蒸发源,等间隔、等蒸发速率的4个点蒸发源,不等间隔、等蒸发速率的4个点蒸发源,等间隔、不等蒸发速率的4个点蒸发源,：膜厚最大相对偏差,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,蒸发源的加热方式,电阻加热法电子束加热法高频感应加热激光加热,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,蒸发源的加热方式,1.电阻蒸发源,蒸发源材料的要求 1）熔点要高，熔点要高于被蒸发物质的蒸发温度（多在10002000）；2）饱和蒸气压低，减少蒸发源材料蒸气的污染。要求：蒸发材料的蒸发温度

18、低于蒸发源材料在平衡蒸气压为10-8托时的 温度。3）化学性能稳定，不与蒸发材料发生反应。4）耐热性好，热源变化时，功率密度变化较小。5）经济耐用。,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,蒸发源的加热方式,1.电阻蒸发源,加工性能：W最差，室温很脆，需400高温退火，Mo好，Ta最好,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,蒸发源的加热方式,1.电阻蒸发源,金属蒸发源与镀料的反应 钽与金；铝、铁、镍、钴等与钨、钼、钽改进方法：陶瓷坩埚,第一节 薄膜的物一理气相沉积,2.1.2 PVD法,蒸发源的加热方式,1.电阻蒸发源,镀料与蒸发源的浸润性浸润时，为面蒸发源不浸润时，为点

19、蒸发源，若用丝式蒸发源时镀料应浸润，若不浸润易脱落。,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,蒸发源的加热方式,1.电阻蒸发源,各种形状的电阻蒸发源,1）丝式,a)、b)要求浸润性，镀料为丝状。但浸 润好意味着有轻微合金化，只能用一次。c)不要求浸润性，镀料可丝状、块状 易升华材料(Cr)、不润湿材料(Ag、Cu)蒸发加热丝的直径：0.5-1mm，特殊 1.5mm,多股,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,蒸发源的加热方式,1.电阻蒸发源,各种形状的电阻蒸发源,2）蒸发舟,用金属箔制成，箔厚0.05-0.15mm，可蒸发块状、丝状、粉状镀料注意避免局部过热，发生飞溅,第

20、一节 薄膜的物理气相沉积,2.2.2 PVD法,蒸发源的加热方式,1.电阻蒸发源,各种形状的电阻蒸发源,3）外热坩埚,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,蒸发源的加热方式,2.电子束蒸发源,电阻蒸发源的缺点：1）不能蒸发某些难熔金 属和氧化物 2）不能制备高纯度薄膜,将镀料放入水冷铜坩埚中，利用高能电子束轰击镀料，使其受热蒸发。,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,蒸发源的加热方式,2.电子束蒸发源,1）采用聚焦电子束，功率密度高，可蒸发高熔点镀料（3000以上）如W，Mo，Ge，SiO2，Al2O3等。2）采用水冷坩埚，可避免坩埚材料的蒸发，及坩埚与镀料的反应，制

21、得高纯度 薄膜。3）热量直接加在镀料上，热效率高，传导，辐射的热损失少。,优点：,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,蒸发源的加热方式,2.电子束蒸发源,缺点：,1）电子枪发出的一次电子和蒸发材料发出的二次电子会使蒸发原子和残留 气体电离，影响膜层质量。解决办法：设计和选用不同结构的电子枪2）多数化合物在受到电子轰击时会部分分解。3）设备结构复杂，昂贵。4）当加速电压过高时产生软X射线会对人体有伤害。,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,蒸发源的加热方式,2.电子束蒸发源,电子束蒸发源的结构：,A、环形枪：环状阴极发射电子，结构简单,缺点：1、阴极与坩埚近 导致：阴

22、极材料的蒸发污染；阴极与坩埚加有高压，闪火、辉光放电，并随蒸气压力和电压增加而增加，功率、效率上不去。2、功率和效率都不高,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,蒸发源的加热方式,2.电子束蒸发源,电子束蒸发源的结构：,缺点：是体积大，成本高，蒸镀材料会污染枪体，灯丝逸出的Na+离子污染膜层。,轴对称的直线加速电子枪，阴极发射电子，阳极加速,B、直枪(皮尔斯枪),第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,蒸发源的加热方式,2.电子束蒸发源,电子束蒸发源的结构：,C、e型枪,偏转270,偏转180,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,蒸发源的加热方式,2.电子束

23、蒸发源,e型枪的优点：,1）电子束偏转180 以上，多为270，避免了镀膜材料对枪体 的污染，并给镀膜留出了更大的空间。2）收集极使正离子对膜的影响减少。3）吸收极使二次电子对基板的轰击减少。4）内藏式阴极结构防止极间放电，又避免了灯丝污染。5）可通过调节磁场改变电子束的轰击位置。,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,蒸发源的加热方式,3.高频感应蒸发源,原理：将镀料放在坩埚中，坩埚放在高频螺旋线圈的中央，使镀料在高频电磁场的感应下产生涡流损失和磁滞损失（对铁磁体）而升温蒸发。,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,蒸发源的加热方式,3.高频感应蒸发源,特点：1）蒸发

24、速率大，可比电阻蒸发源 大10倍左右。2）蒸发源的温度均匀稳定，不易 产生飞溅现象。3）镀料是金属时可自身产生热 量。,缺点：1）蒸发装置必须屏蔽，否则会对广播通 讯产生影响。2）线圈附近压强超过10-2Pa时，高频电 场会使残余气体电离。3）高频发生器昂贵。,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,蒸发源的加热方式,4.激光蒸发源,利用高能激光作为热源来蒸镀薄膜的方法。,优点：1）加热温度高，可蒸发任何吸收激 光 的材料（如石墨，熔点为3500）。2）采用非接触式加热，避免了蒸发源的污 染，非常适宜于制备高纯薄膜。3）蒸发速率可极高（如Si可得到106/s）。4）方便于多源顺序蒸发

25、或多源共蒸发。,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,蒸发源的加热方式,4.激光蒸发源,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,蒸发源的加热方式,4.激光蒸发源,特点：闪烁蒸发，有利于控制化学成分和防止分解；又由于材料气化时间短，不足以使周围材料达到蒸发温度，所以不易出现分馏现象。,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,蒸发源的加热方式,脉冲激光烧蚀(Pulsed Laser Ablation,PLA Pulsed Laser Deposition,PLD),原理：将准分子激光器所产生的高强度脉冲激光束聚焦于靶材表面，使之产生高温并熔蚀，并进一步产生高温高压等

26、离子体，等离子体作定向局域膨胀发射并在衬底上淀积形成薄膜。,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,蒸发源的加热方式,PLD成膜过程,激光表面熔蚀及等离子体产生等离子体的定向局域等温绝热膨胀发射在基板上沉积形成薄膜,激光脉冲期间靶表面的结构示意图,A：固态靶B：熔化的液态层C：气态和等离子层D：膨胀后的等离子体,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,蒸发源的加热方式,PLD 的主要特点,PLD法可以生长和靶材成份一致的多元化合物薄膜，甚至是含有易挥发元素的多元化合物薄膜。主要原因：A、由于采用闪烁蒸发，脉冲作用时间短，表面熔蚀区只有110m，而靶的其他部分（包括夹具、垫板

27、等）处于绝热状态，不受激光加热的影响，从而保证了蒸发原子与靶材的一致性。B、由于等离子体的瞬间爆炸式发射，以及等离子体沿轴向空间的约束效应，防止了在输运过程中可能出现的成份偏析。C、成膜的的原子、分子和离子具有极快的运动速度，增强了原子间的结合力，消除了由于不同种类原子与衬底之间粘接系数不同所引起的成份偏离。,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,蒸发源的加热方式,PLD的主要特点,2.准分子激光波长短，其辐射频率位于紫外波段，易于被金属、氧化物、陶瓷、玻璃、高分子材料和塑料等多种材料吸收。用其加热可以达到极高的温度，可蒸发任何高熔点材料，并且可以获得很高的沉积速率(1050nm/

28、min)。,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,蒸发源的加热方式,PLD的主要特点,3.由于采用等离子体成膜，能量高，入射原子在衬底表面的扩散剧烈。并且由于脉冲频率低，使得成膜原子的扩散时间也足够长。因此薄膜的附着力好，易于在低温下实现外延生长，特别适合于制作高温超导、铁电、压电、电光等功能薄膜。,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,蒸发源的加热方式,PLD 的主要特点,4.由于等离子体具有极高的前向速度，真空室中残留气体的散射作用相对减弱，因此PLD往往不要求在高真空下进行（例如，制备YBa2Cu3O7-高温超导薄膜的本底真空通常为10Pa），简化了设备，缩短了生

29、产周期。,PLD的缺点：(1)薄膜表面存在微米-亚微米尺度的颗粒物；(2)薄膜面积较小；(3)某些靶膜成分不一致。,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,合金的蒸发问题,主要问题：蒸发材料在气化过程中，由于各成分的饱和蒸气压不同，使得其蒸发速率也不同，会发生分解和分馏等问题，从而引起薄膜成分的偏离。,=1？,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,假设合金中各成分的饱和蒸气压服从拉乌尔定律：,nA、nB：合金中A、B组分的摩尔数,在质量百分含量一定的情况下，蒸发速率与该组元 成正比。,合金的蒸发问题,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,Example：152

30、7时蒸发镍铬合金（Ni80%，Cr20%）。Pcr=10-1Torr，PNi=10-2Torr,A、Cr先蒸发完，薄膜组分偏离合金化学计量比；B、靠近基片膜层为富Cr层，由于Cr容易氧化，使薄膜有良好附着力；C、膜层结构：先富Cr，NiCr，表面富Ni。,合金的蒸发问题,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,对于合金来说，拉乌尔定律不严格成立，通常需要引入活度系数S进行修正：,合金的蒸发问题,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,又称“闪蒸法”，将细小的合金颗粒，逐次送到非常炽热的蒸发器中，使颗粒在瞬间完全蒸发。,常用于合金中元素的蒸发速率相差很大的场合。关键是选取粉末

31、料的粒度，蒸发温度和进料的速率。,1.瞬时蒸发法,合金的蒸发问题,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,将合金的每一成分，分别装入各自的蒸发源中，然后独立地控制各蒸发源的蒸发速率，以控制薄膜的组成。,为了使膜厚均匀，通常需要基片旋转。,2.双源或多源蒸发法,合金的蒸发问题,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,化合物的蒸发问题,化合物的蒸发方式常见的有三类：（1）已讲述过的蒸发方法：电阻加热法、电子束加热等；（2）反应蒸发法；（3）双源或多源蒸发法三温度法和分子束外延。,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,化合物的蒸发问题,电阻加热的缺点：A)化合物的熔点

32、较高，电阻加热温度不够。B)许多化合物在高温下会分解，如Al2O3，TiO2等会失氧。C)有些化合物饱和蒸气压低，难于用电阻蒸发法。,1、电阻加热法,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,化合物的蒸发问题,原理：将活性气体导入真空室，使之与被蒸发的金属原子，低价化合物分子在基板表面反应，形成所需化合物薄膜。,2、反应蒸发法,Al（蒸发）+O2（活性气体）Al2O3Sn（蒸发）+O2（活性气体）SnO2Si（蒸发）+C2H2（活性气体）SiC,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,化合物的蒸发问题,2、反应蒸发法,反应的位置：A）蒸发源表面，会降低蒸发速率，尽量避免。B）

33、源与基片之间，由于气压为10-2Pa，=50cm，反应的几率很小。C）基片表面，气体的吸附时间比空间中气体原子与蒸发原子碰撞的驰 豫时间长得多。在安装上将气体直接喷到基片表面。,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,化合物的蒸发问题,3、特殊的蒸发法,在高真空下，将镀料做成两个棒状电极，通电使其发生电弧放电，使接触部分达到高温而蒸发。,电弧蒸发法,优点：可蒸发高熔点材料，克服了电阻加热可能存在的污染及反应，又比电子束蒸发便宜。不足：适用于导电材料，蒸发速率难以控制，放电时飞溅的电极材料微粒会对膜层有影响。,第一节 薄膜的物理气相沉积,2.1.2 PVD法,化合物的蒸发问题,3、特殊的蒸发法,热壁法,1）蒸发在石英管中进行，通常石英管温度比基片高，使蒸发原子、分子通过石英管被导向基板，生成薄膜。2）是个热平衡过程，可制备外延薄膜，但可控性、重复性差。,Thank You!,