真空镀膜基础知识详解.ppt

真空及薄膜基础 麦田^乌鸦. 我们生产的为非晶硅薄膜太阳能电池，了解PECVD设备及工艺需要对真空镀膜有一个了解，并且对半导体物理及薄膜知识有一定的认识。 我们先对薄膜的概念做一个粗略的了解。 薄膜：在严格的学术意义上，认为只有聚集厚度小于某一特征厚度的材料才是真正的薄膜，否则便是一般的薄材料。 特征厚度：是利用物质的某些基本性质在物质聚集厚度很薄的情况下会发生异常变化的现象而确定的，即当被选定为参考的某一物理性质或机械性质开始显示出不同于它通常所具有的特点时的厚度，便是给物质的薄膜特征厚度。 可以认为薄膜是一种二维的材料。 沉积技术：气相沉积（将构成薄膜的物质气化后在沉积到衬底上） 液相沉积（在液体中沉积镀膜） 气相沉积：比较容易控制薄膜的组分 液相沉积：在接近于热平衡的条件下成膜，能获得较好的膜质。 气相沉积又分物理气相沉积（physical vapor deposition）和化学气相沉积 （chemical vapor deposition） 气相沉积成膜的一般过程： 1 原料及衬底的预处理（清洁等） 2 原料的气化 1) 以分子、原子、离子等形态向真空发射(pvd的气化方式) 蒸发、升华 溅射 电离 离化 2）以化合物形式气化（cvd的气化方式） 3 将粒子输运到衬底上 1）分子、原子、离子的飞行（pvd的输运方式） 2）扩散（cvd的输运方式） 4 粒子在衬底上析出 1）附着（真空蒸镀，cvd） 2）楔入（溅射、离子镀） 5 薄膜的形成 热运动 碰撞 结合 非晶薄膜太阳能电池生产需要的镀膜方式： 1 LPcvd镀TCO导电层 2 pecvd镀非晶硅薄膜 3 磁控溅射镀氧化锌减反层和铝背电极 或mocvd镀氧化锌膜层 薄膜的主要性能 膜厚：越均匀越好，一般应控制在一个范围以内比如5%，这与玻璃基板尺寸有关 膜表面形貌：通过扫描电子显微镜（SEM）投射电子显微镜（TEM）等分析表明颗粒状态，可获得薄膜表面的致密情况，缺陷状态，退火处理对膜表面的影响等信息。 膜机构特性：用X射线衍射分析膜的组成成分，可获得膜的纯度等信息。 膜应力：薄膜内部的应力越小越好，通过退火处理可最大程度的释放膜的内部应力。 膜与衬底的接触特性：主要是指薄膜与衬底之间的附着力，当然附着力越强越好，可避免薄膜出现缺失，开路等 膜的致密性：主要指的是膜层的硬度和抗磨性。避免外界划伤引起的开路现象 膜的化学，热稳定性。 针对金属膜层：要求制备出的金属膜层的电阻率尽可能低，接近体电阻率 薄膜分析常用方法汇总 扫描电镜SEM主要分析表面信息,分辨率一般10nm以上,制样简单 透射电镜TEM主要分析结构信息，分辨率小于1个原子，制样困难 XRD也是分析结构信息，但是不能分析微区结构信息 作薄膜，XRD给出方向，SEM选择好的区域，TEM深入分析，这是一个组合拳。 膜厚测量：台阶仪，椭偏仪等 真空知识 真空：低于一个大气压的状态就是真空。 真空度：真空状态下气体的稀薄程度。 标准环境条件：温度20℃，相对湿度65%，大气压力101325Pa。 真空特点：气体分子平均自由程大; 单位面积上分子与固体表面碰撞几率变小；气体分子密度低；剩余气体对沉积膜的掺杂减小。 要想获得高品质的薄膜就必须有一个比较理想的本底真空。 常用单位及换算： 真空泵：用以产生、改善和维持真空的装置。分气体传输与捕集两种。 平均自由程：一个分子每连续与其他两个气体分子碰撞所走过的路程，叫做自由程。相当多自由程的平均值叫做平均自由程。 粘滞流：气体分子平均自由程远小于导管最小界面尺寸的流态。此时的流动取决于气体的粘滞性，粘滞流可以使层流或滞流。 中间流：在层流和分子流之间状态下分子通过导管的流动。 分子流：气体分子平均自由程远大于导管截面最大尺寸的流态。 流量：单位时间通过某一界面的气体体积。 不同真空状态下真空工艺应用 粗真空（100000-1000Pa）：气体状态与常压相比只是分子数量的减少，没有气体空间特性的变化，分子间碰撞频繁，此时的吸附气体释放可以不予考虑，气体运动以粘滞流为主。主要是利用压力差产生的力来实现真空力学应用（真空吸引或运输固体、液体、胶体等，真空吸盘起重，真空过滤）。 低真空（1000-0.1Pa）：气体分子间，分子与器壁间碰撞不相上下，气体分子密度较小，气体释放也可不考虑，气体运动以中间流为主。利用气体分子密度降低可实现无氧化加热，利用气压降低时气体的热传导和对流逐渐消失的原理可以实现真空隔热及