第二章薄膜制备技术.ppt

第二章 薄膜制备技术 薄膜制备工艺包括：薄膜制备方法的选择，基体材料的选择及表面处理，薄膜制备条件的选择，结构、性能与工艺参数的关系等。 基体的选择与基片的清洗方法 （一）基体的选择 在薄膜制备过程中，基体的选择与其他制备条件同样重要，有时可能更重要，基体选择的原则是： （1）是否容易成核和生长成薄膜； （2）根据不同的应用目的，选择金属 （或合金）、玻璃、陶瓷单晶和塑料等 作基体； （3）薄膜结构与基体材料结构要对应； （4）要使薄膜和基体材料的性能相匹配，从而减少热应力，不使薄膜脱落； （5）要考虑市场供应情况、价格、形状、尺寸、表面粗糙度和加工难易程度等。 （二）基片的清洗方法 由于薄膜厚度很薄，基片表面的平整度、清洁度都会对所生长的薄膜有影响。基片表面的任何一点污物都会影响薄膜材料的性能和生长情况。由此可见，基片的清洗是十分重要的。 基片的清洗方法主要根据薄膜生长方法和薄膜使用目的选定，因为基片表面状态严重影响基片上生长出的薄膜结构和薄膜物理性质。 基片的清洗方法 一般分为去除基片表面上物理附着的污物的清洗方法和去除化学附着的污物的清洗方法。 目前，基片清洗方法有：用化学溶剂溶解污物的方法、超声波清洗法、离子轰击清洗法、等离子体清洗法和烘烤清洗法等。 第二节 真空技术基础 真空技术是制备薄膜的基础，真空蒸发，溅射镀膜和离子镀等均要求沉积薄膜的空间要有一定的真空度，因而获得并保持真空环境是镀膜的必要条件。 一、真空度的划分 为了研究真空和实际应用方便，常把真空划分为： 低真空（1×105~1×102Pa） 中真空（1×102~1×10-1Pa） 高真空（1×10-1~1×10-6Pa） 超高真空（1×10-6Pa）四个等级。 真空中压强的单位 真空技术中，压强的单位通常是用帕斯卡（Pa）来表示，这是目前国际上推荐使用的国际单位制（SI）单位。托（Torr）这一单位在最初获得真空时就被采用，是真空技术中的独制单位。两者关系为 1Torr = 133.322 Pa。 气体的吸附与脱附 气体吸附：是指固体表面捕获气体分子的现象。吸附分为物理吸附和化学吸附。 物理吸附：主要靠分子间的相互吸引力，易脱附，只在低温下有效。 化学吸附：当气体和固体表面原子间生成化合物时，所产生的吸附作用。不易脱附，可发生在高温下。 真空的获得 即“抽真空”，是利用各种真空泵将被抽容器中的气体抽出，使该空间的压强低于一个大气压的过程。 目前常用的设备有：旋转式机械真空泵、油扩散泵、复合分子泵、分子筛吸附泵、钛升华泵、溅射离子泵和低温泵等。前三种属于气体传输泵，后四种属于气体捕获泵。 真空系统 真空系统一般包括待抽空的容器（真空室）、获得真空的设备（真空泵）、测量真空的器具（真空计）以及必要的管道、阀门和其他附属设备。 能使压力从一个大气压力开始变小，进行排气的泵常称为“前级泵”；另一些却只能从较低压力抽到更低压力，这些真空泵常称为“次级泵”。 旋转式机械真空泵 机械泵：凡是利用机械运动以获得真空的泵，因用油来进行密封，所以属于有油类泵。 原理：利用机械力连续抽气、压缩排除气体。 吸气、排气循环： 复合分子泵 属于无油类泵，可以与前级泵构成组合装置，从而获得超高真空。 分为牵引泵（阻压泵）、涡轮分子泵和复合分子泵。 利用高速旋转的转子携带气体分子而获得超高真空。 真空测量 测量原理均是利用测定在低气压下与压强有关的某些物理量，再经变换后确定容器的压强。 当压强改变时，这些和压强有关的特性也随之变化的物理现象，就是真空测量的基础。 任何具体的物理特性，都是在某一压强范围才最显著。因此，任何方法都有其一定的测量范围，即为该真空计的“量程”。目前，还没有一种真空计能够测量1大气压至10-10Pa整个范围的真空度。 第三节 物理气相沉积技术(physical vapor deposition 简称PVD ) 一、 真空蒸发镀膜 二、 溅射镀膜 三、其它物理气相沉积方法 一、 真空蒸发镀膜 特点： 设备比较简单、操作容易； 制成的薄膜纯度高、质量好，厚度可较准确控制； 成膜速率快，效率高，用掩模可以获得清晰图形； 薄膜的生长机理比较单纯。 这种方法的主要缺点是：不容易获得结晶结构的薄膜；所形成的薄膜在基板上的附着力较小；工艺重复性不够好等。 真空蒸发镀膜原理 图2.1为真空蒸发镀膜原理示意图。 主要部分有： 真空室，为蒸发过程提供必要的真空环境； 蒸发源或蒸发加热器，放置蒸发材料并对其进行加热； 基板，用于接收蒸发物质并在其表面形成固态蒸发薄膜； 基板加热器及测温器等。 真空蒸发镀膜包括以下三个基本过程： （1）加热蒸发过程，包括由凝聚相转变为气相（固相或液相→气相）的相变过程。每种蒸发物质在不同温度时有不同的