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《半导体器件物理与工艺》
实验报告
姓 名:
专业年级: 12级电科 1 班
学 号: 3126110018
指导老师:
时 间:
实验半导体薄膜材料的制备
1、了解真空的获得方法和技术
2、掌握真空蒸发镀膜的方法和原理
3、了解半导体薄膜的制备方法
二、 实验内容
采用真空蒸发法制备半导体薄膜
三、实验仪器设备和材料清单
设备:真空镀膜设备
材料:无水乙醇,丙酮,玻璃基片等
四、实验原理
真空蒸镀薄膜是在真空条件下,将原材料蒸镀在薄膜基材的表面而形成复合薄膜的一种新工艺。任何物质在一定温度下,总有一些分子从凝聚态(固态,液态)变成为气态离开物质表面,但固体在常温常压下,这种蒸发量是极微小的。如果将固体材料置于真空中加热至此材料蒸发温度时,在气化热作用下材料的分子或原子具有足够的热震动能量去克服固体表面原子间的吸引力,并以一定速度逸出变成气态分子或原子向四周迅速蒸发散射。当真空高度,分子自由程远大于蒸发器到被镀物的距离d时(一般要求,材料的蒸汽分子在散射途中才能无阻当地直线达到被镀物和真空室表面。
在化学吸附(化学键力引起的吸附)和物理吸附(靠分子间范德瓦尔斯力产生的吸附)作用下,蒸气分子就吸附在基片表面上。当基片表面温度低于某一临界温度,则蒸气发分子在其表面发生凝结,即核化过程,形成“晶核”。当蒸气分子入射到基片上密度大时,晶核形成容易,相应成核数目也就增多。在成膜过程继续进行中,晶核逐渐长大,而成核数目却并不显著增多。由于
(1)后续分子直接入射到晶核上;
(2)已吸收分子和小晶核移徒到一起形成晶粒;
(3)两个晶核长大到互相接触合并成晶粒等三个因素,使晶粒不断长大结合。构成一层网膜。当它的平均厚度增加到一定厚度后,在基片表面紧密结合而沉积成一层连续性薄膜。
关键条件:
在一定的温度的情况下,处于液态或固态的元素都具有一定的平衡蒸压。因此,当环境中元素的分压降低到了其平衡蒸压之下时,就会发生元素的净蒸发。
由于元素的平衡蒸压随着温度的上升增加很快,因而对元素蒸发速率影响最大的因素是蒸发源所处的温度。
—基距
当这种粒子到达基片表面时,在基片的表面凝聚、成核,生长,形成连续的薄膜。沉积物分子在基片表面直接发生从气相到固相的转变过程。
五、实验步骤
使用准备
检查所有阀门是否处于关闭状态。(包括手动闸板阀,旁抽角阀,放气阀,进气阀)
检查机柜面板上所有电源是否处于关闭位置。
检查机柜面板上所有功率调节旋钮是否归零(逆时针扭到头为0)
清洁衬底基片和加热舟。(使用乙醇或丙酮擦拭,再超声10min。如果表面有氧化层,则先用稀盐酸或稀硝酸浸泡后再超声清洗)。并用红外烘干已经清洗干净的玻璃基片。
打开进水龙头,看出水口是否有水流出,并检查仪器上方各接口是否有水渗出。如果正常,关闭水龙头。
装样
打开总电源
打开放气阀,放气后,摇动手轮,升起上盖,再关闭放气阀。
清洁反应室。用酒精擦抹整个反应室内壁,除去表面的污渍。
取下衬底托盘,用酒精擦抹后装上经过清洁处理的衬底基片,并固定好,再将托盘放回原位。
在样品室壁铺上一层锡箔,并在上下两个观察窗和放气口那里挖出一个小洞。
按下控制面板上对应的档板阀按钮,打开蒸发源上的档板,安装样品舟,将待蒸镀样品放置在蒸发源上。
按下控制面板上对应的档板阀按钮,关闭档板。
用万用表检查锡箔、样品室表面与电极是否导通
摇动手轮,降下上盖。
摇动上盖上的手轮,调整衬底托盘的高度
抽真空
打开进入龙头给设备通水,检查各回水路是否顺畅,并检查膜厚仪水路。
打开总电源开关,检查三相指示灯是否全亮,如有一灯不亮,说明一相未通,应排除故障。
按下机械泵按钮,启动机械泵。
通过主控制面板,按下“电磁阀”按钮,打开电磁阀,对分子泵管路进行抽气。
打开反应侧右侧的旁抽角阀,对真空室抽气。
打开复合真空计,测量系统真空度。
当真空度为5Pa以下时,打开分子泵电源开关,开启分子泵。
当分子泵频率上升超过70Hz时,关闭CF35角阀。
打开闸板阀,用分子泵对真空室继续抽真空至9×10-4以下,记录此时的真空度。
蒸发样品
按下主控面板上的“基片电源”按钮,再按下“基片旋转”按钮,再调节“速度调节”旋钮,控制衬底托盘的旋转速度,可能过观察窗目测衬底托盘的转速。一般将旋钮扭到一半,设定为15-20转/min。
按下样品加热电源面板上的“温控表”按钮,打开温控表,再按温控表表头上的“∧”“∨”按钮设定加热温度,设定后按下“ENT”键确定。再按面板右侧的“加热开”按钮即可开启衬底加热电源。
启动蒸发源电源,设定加热温度和升温速率。
金属蒸发源:先按下金属蒸发电
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