纳米与薄膜03.pptx

纳米与薄膜材料制备03;; 4. 真空蒸发法;一、真空蒸发镀膜设备;二、常用蒸发源的类型; 电阻加热蒸发源特点： 结构简单，造价低廉，使用很普遍。 由于膜料与蒸发源材料直接接触，从而导致了蒸发源材料会扩散进入膜料成为膜料中的杂质，并随膜料一起被蒸发，最终混入薄膜中。 此外，某些膜料同蒸发源材料会发生化学反应；膜料的蒸镀受到蒸发源材料熔点的限制；而且电阻加热蒸发源的使用寿命短。; 电子束加热蒸发源;电子束加热蒸发源特点; 电子束蒸发镀膜装置图;三、蒸发速率影响因素：;通常材料的蒸气压p与温度T的近似关系为： 　　　 式中，A、B分别是与材料性质有关的常数，可以直接由实验确定，或查阅有关资料得到。这个公式的准确度较差，但是使用时较方便。 蒸发物质的饱和蒸气压和蒸发温度有关，当蒸发温度变化 10% 时，饱和蒸气压要变化约一个数量级。;对于纯金属和单质元素而言，考虑从蒸发源蒸发出来的物质量和凝结到衬底表面上的物质量达到平衡状态时，应用热力学和统计物理（麦克斯韦速度分布）的知识，可以得到单位时间从单位面积蒸发出的质量（即质量蒸发速率）Nm 的表达式为：;由于蒸发物质的饱和蒸气压P 和蒸发温度T有关，当蒸发温度变化 10% 时，饱和蒸气压要变化约一个数量级。由此可见，蒸发温度较小的变化将引起蒸发速率的显著变化。;溅射法制备薄膜时，首先把镀膜室抽到10-3Pa以上的真空，然后通入惰性气体（如Ar气），使Ar气达到一定压强，在靶和衬底之间加上高电压，使Ar气产生辉光放电，高能Ar粒子（Ar离子和Ar原子）轰击靶材，通过级联碰撞使靶材表面的原子从靶的表面逸出，这些被溅射出的靶材原子，穿过靶和衬底间的空间，入射到衬底表面的靶材原子凝聚在衬底上形成薄膜，这种薄膜制备方法就是溅射法。; 溅射镀膜设备主要由镀膜室和真空排气系统两大部分组成。;镀膜室中的靶（膜材）是需要被溅射的物质，作为阴极，可以被加上一个负电位，衬底作为阳极接地，这样在靶和衬底之间可以加上一个几百到几千伏特的电压。 在真空室内充入Ar气，在电极间形成辉光放电。;多功能磁控溅射镀膜装置; 辉光放电 先把真空室抽到一定的真空度，然后通入0.1—10 Pa 的气体，通常为惰性气体，如Ar（氩）气，当外加直流高电压超过气体的起始放电电压时，气体被击穿，气体就由绝缘体变成良好的导体，这时电流突然上升，两电极间的电压突然下降。此时，两电极之间就会出现明暗相间的发光层，称气体的这种放电为辉光放电。;由于紫外线和宇宙射线在穿过大气层到达地球时引起空气分子电离，这样在我们生活的空间周围必定存在一些自由电子。 尽管对真空室进行抽真空，使其达到一定的真空度，但是在真空室中还是存在着少量的自由电子。 ;如果向真空室中通入一定量的Ar气，并在真空室中的两电极间加上一高电压，在高电压的作用下，这些少量的自由电子被加速具有了较高的能量，这些具有较高能量的自由电子同Ar原子发生碰撞，使Ar原子电离，产生新的自由电子和Ar离子（Ar离子是正离子，Ar+），新的自由电子又被电场加速产生更多的自由电子和Ar离子。 另一方面，Ar离子也被电场加速，碰撞阴极电极，使阴极电极放出二次电子，这些二次电子也同样要被电场加速，被电场加速的二次电子电离更多的Ar原子产生更多的自由电子，上述这些过程循环往复地进行下去，就产生了稳定的辉光放电。;在辉光放电的过程中，自由电子和Ar离子还可以结合形成Ar原子。此外，由于具有较高能量的自由电子在运动中与Ar原子/离子碰撞并激发他们，使Ar原子/离子进入激发态，处于激发态的Ar原子/离子返回到基态时以发射光的形式将能量释放出来。不同气体对应不同的发光颜色。 辉光放电中的气体状态被称为等离子体。;; 溅射现象和溅射法;利用气体放电产生的正离子，在电场的作用下加速成为高能粒子，高能粒子碰撞固体表面，在与固体表面的原子或分子进行能量和动量交换后，固体表面原子或分子获得入射粒子所携带的部分能量，从固体表面飞出原子或分子的现象称为溅射。 溅射镀膜法: 被溅射出来的物质沉积到衬底表面上形成薄膜的方法。简称溅射法。 阴极溅射：在实际进行溅射时，多半是让被加速的正离子轰击作为阴极的靶，并从阴极靶溅射出原子，所以也称此过程为阴极溅射。;　　目前最广泛采用的溅射理论模型是级联碰撞模型（也称为链式碰撞模型）：入射的高能粒子与固体（靶）表面原子发生碰撞时把能量传给靶，通过动量转移把靶中处于平衡位置的晶格原子撞出，使其离开其平衡位置。;这一离开平衡位置的原子继续碰撞靶中其它原子，这种碰撞继续下去形成级联碰撞（链式碰撞）。当级联碰撞延伸到靶表面，使靶表面原子或分子的能量足以克服它们之间的结合能时，靶表面原子或分子脱离其表面