第二章薄膜制备的物理方法.ppt

  1. 1、本文档共154页,可阅读全部内容。
  2. 2、有哪些信誉好的足球投注网站(book118)网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
  3. 3、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务;查看《如何避免下载的几个坑》。如果您已付费下载过本站文档,您可以点击 这里二次下载
  4. 4、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“版权申诉”(推荐),也可以打举报电话:400-050-0827(电话支持时间:9:00-18:30)。
查看更多
第二章 薄膜制备的物理方法 物理气相沉积 薄膜沉积的物理方法主要是物理气相沉积法,物理气相沉积(Physical Vapor Deposition,简称PVD)是应用广泛的一系列薄膜制备方法的总称,包括真空蒸发法,溅射法,分子束外延法等。 物理气相沉积过程可概括为三个阶段: (1)从源材料中发射出粒子; (2)粒子输运到基片; (3)粒子在基片上凝结、成核、长大、成膜。 由于粒子发射可以采用不同的方式,因而物理气相沉积技术呈现出多种不同形式。 第二章 薄膜制备的物理方法 真空蒸发法 溅射法 离子镀 分子束外延 真空蒸发原理 真空蒸发镀膜法(简称真空蒸镀)是在真空环境下,加热蒸发源材料,使其原子或分子从表面汽化逸出,形成蒸汽流,入射到衬底(基片)表面,凝结形成固态薄膜的方法。 由于真空蒸发法主要物理过程是通过加热蒸发材料而产生,所以又称热蒸发法。 采用这种方法制备薄膜已有几十年的历史,用途十分广泛。近年来,该方法的主要改进是蒸发源上。 真空蒸发原理 真空蒸发镀膜法是应用最广泛的薄膜制备技术,其简单便利、操作容易、成膜速度快、效率高;但制备的薄膜与基片结合较差,工艺重复性不好,不容易获得结晶结构的薄膜。 真空蒸发原理 上述过程都必须在空气非常稀薄的真空环境中进行。否则: 蒸发物质原子或分子将与大量空气分子碰撞,使膜层受到严重污染,甚至形成氧化物; 或者蒸发源被加热氧化烧毁; 或者由于空气分子的碰撞阻挡,难以形成均匀连续的薄膜。 沉积速率和膜厚分布 在真空蒸发镀膜过程中,能否在基片上获得厚度均匀分布的薄膜,是制膜的关键。 因此,薄膜在基片上的沉积速率以及其膜厚分布是我们十分关心的问题。 基片上不同蒸发位置的膜厚,取决于蒸发源的蒸发特性、基片与蒸发源的几何形状、相对位置以及蒸发物质的蒸发量。 沉积速率和膜厚分布 为了对沉积速率和膜厚进行理论计算,找出其分布规律,首先对蒸发过程作如下假设: (1)蒸发原子或分子与残余气体分子之间不发生碰撞; (2)在蒸发源附近的蒸发原子或分子之间也不发生碰撞; (3)蒸发沉积到基片上的蒸发原子不再发生再蒸发现象, 即第一次碰撞就凝结在基片表面上。 实质就是设每一个蒸发原子或分子,在入射到基片表面上的过程中,均不发生任何碰撞,而且到达基片后又全部凝结。 沉积速率和膜厚分布 质量蒸发速率 : 大多数蒸发材料是液相蒸发,也有一些是直接固相蒸发。在单位时间dt内,从表面A蒸发的最大粒子数dN为: 其中,P是平衡压强;m为粒子质量;k为波尔兹曼常数;T为绝对温度。乘以原子或分子质量,便得到了单位面积上的质量蒸发速率: 沉积速率和膜厚分布 沉积速率和膜厚分布 考虑理想的点蒸发源,设每个蒸发粒子入射到基片上时不发生任何碰撞,而且到达基片后又全部凝结,则基片上dS面积的沉积速率dm满足余玄定律: 假设蒸发膜的密度为 ,则基片上任意一点的膜厚: 沉积速率和膜厚分布 基片上的各处膜厚分布状况由下式给出: 其中d0是在点源正上方h处的沉积膜厚度。 如果蒸发源为一平行于基片的小平面蒸发源,则膜厚分布为: 沉积速率和膜厚分布 沉积速率和膜厚分布 实际蒸发过程中,蒸发粒子都要受到真空室中残余气体分子的碰撞,碰撞次数取决于分子的平均自由程。设有N0个蒸发分子,飞行距离l后,未受到残余气体分子碰撞的数目N为: 如果真空度足够高,平均自由程足够大,满足条件,则被碰撞的分子比率 : 对于25℃的空气, ,则 由此可以看出,为保证镀膜质量,在要求 时,若蒸发源与基片距离l=25cm,真空压强P必须小于3×10-3Pa。 真空蒸发技术 真空蒸发装置主要部分有: (1)真空室:为蒸发过程提供必要的真空环境; (2)蒸发源:放置蒸发材料并对其进行加热; (3)基片:用于接收蒸发物质并在其表面形成固态蒸发薄膜。 外围还要有真空系统和机械、电路系统。 蒸发源是蒸发装置的关键部件 由于大多数金属材料都要求在1000-2000℃的高温下蒸发。因此,必须将蒸发材料加热到很高的蒸发温度。 为了避免污染薄膜材料,蒸发源中所用的支撑材料在工作温度下必须具有可忽略的蒸汽压,以避免支撑材料原子混入蒸发气体中。 通常所用的支撑材料为难熔的金属和氧化物。 同时,选择某一特殊支撑材料时,一定要考虑蒸发物与支撑材料之间可能发生的合金化和化学反应、相互润湿程度等问题。 支撑材料的形状则主要取决于蒸发物。 真空蒸发技术 电阻加热蒸发法 闪烁蒸发法 电子束蒸发法 激光蒸发法 反应蒸发法 射频蒸发法 电弧蒸发法 热壁法 (一)电阻加热蒸发法 采用钽、钼、钨等高熔点金属,做成适当形状的蒸发容器,让电流通过,对蒸发材料进行直接加热蒸发,或者把蒸

文档评论(0)

希望之星 + 关注
实名认证
内容提供者

该用户很懒,什么也没介绍

1亿VIP精品文档

相关文档