段辉高-5-薄膜制备幻灯片.pptx

第七章 薄膜制备技术;课前思考;背景介绍;薄膜的基本概念; 主要内容：;薄膜材料基础;2. 薄膜分类 ;（4）组成 ; 薄膜材料与器件结合，成为电子、信息、传感器、光学、太阳能等技术的核心基础。 ;4.薄膜的制备方法;微电子工艺中代表性的制备方法按物理、化学角度来分，有： ;薄膜材料基础 薄膜的形成机理 物理气相沉积 化学气相沉积 化学溶液镀膜法 液相外延制膜法 膜厚的测量与监控 ;薄膜的生长过程分为以下三种类型： (1) 核生长型（Volmer Veber型） (2) 层生长型（Frank-Vanber Merwe型） (3) 层核生长型（Straski Krastanov型） ; (1) 核生长型（Volmer Veber型） 特点：到达衬底上的沉积原子首先凝聚成核，后续飞来的沉积原子不断聚集在核附近，使核在三维方向上不断长大而最终形成薄膜。 这种类型的生长一般在衬底晶格和沉积膜晶格不相匹配（非共格）时出现，大部分的薄膜的形成过程属于这种类型。 ;核生长型薄膜生长的四个阶段： a. 成核：在此期间形成许多小的晶核，按同济规律分布在基片表面上； b. 晶核长大并形成较大的岛：这些岛常具有小晶体的形状； c. 岛与岛之间聚接形成含有空沟道的网络 d. 沟道被填充：在薄膜的生长过程中，当晶核一旦形成并达到一定尺寸之后，另外再撞击的离子不会形成新的晶核，而是依附在已有的晶核上或已经形成的岛上。分离的晶核或岛逐渐长大彼此结合便形成薄膜。;(2) 层生长型（Frank-Vanber Merwe型） 特点：沉积原子在衬底的表面以单原子层的形式均匀地覆盖一层，然后再在三维方向上生长第二层、第三层……。 一般在衬底原子与沉积原子之间的键能接近于沉积原子相互之间键能的情况下（共格）发生这种生长方式的生长。 以这种方式形成的薄膜，一般是单晶膜，并且和衬底有确定的取向关系。例如在Au衬底上生长Pb单晶膜、在PbS衬底上生长PbSe单晶膜等。 ;(3) 层核生长型（Straski Krastanov型） 特点：生长机制介于核生长型和层生长型的中间状态。当衬底原子与沉积原子之间的键能大于沉积原子相互之间键能的情况下（准共格）多发生这种生长方式的生长。 在半导体表面形成金属膜时常呈现这种方式的生长。例如在Ge表面上沉积Cd，在Si表面上沉积Bi、Ag等都属于这种类型。 ;薄膜材料基础 薄膜的形成机理 物理气相沉积 化学气相沉积 化学溶液镀膜法 液相外延制膜法 膜厚的测量与监控 ;物理气相沉积;真空蒸发镀膜;蒸发或升华。通过一定加热方式使被蒸发材料受热蒸发或升华，由固态或液态变成气态。 输运到衬底。气态原子或分子在真空状态及一定蒸气压条件下由蒸发源输运到衬底。 吸附、成核与生长。通过粒子对衬底表面的碰撞，衬底表面对粒子的吸附以及在表面的迁移完成成核与生长过程。是一个以能量转换为主的过程。 ;Natural World “Atomic-World”;装置 真空系统、蒸发系统、基片撑架、挡板、监控系统;蒸发的分子动力学基础 当密闭容器内某种物质的凝聚相和气相处于动态平衡状态时，从凝聚相表面不断向气相蒸发分子，同时也会有相当数量的气相分子返回到凝聚相表面。（蒸汽压与温度）;2. 工艺方法;2）电子束加热 ;3）高频感应加热 ;（2）对于化合物和合成材料，常用各种蒸发法和热壁法。 ;4）三温度蒸发； ;6）分子束外延(MBE) ;外延（Epitaxy）外延是指单晶衬底上形成单晶结构的薄膜，而且薄膜的晶体结构与取向和衬底的晶体结构和取向有关。外延方法很多，有气相外延法、液相外延法、真空蒸发外延法、溅射外延法等。. ;原 理： 在超高真空条件下，将各组成元素的分子束流以一个个分子的形式喷射到衬底表面，在适当的温度下外延沉积成膜。;7） 脉冲激光沉积(PLD);2. 蒸镀用途;溅射成膜;37;38;39;40;41;42;43;44;45;薄膜材料基础 薄膜的形成机理 物理气相沉积 化学气相沉积 化学溶液镀膜法 液相外延制膜法 膜厚的测量与监控 ;47;48;49;50;51;52;53;54;新型薄膜沉积工艺;薄膜材料的评价表征及物性测量;在薄膜制备过程中和沉积以后需要测量薄膜的厚度， 在薄膜沉积过程中的膜厚确定需采用原位测量。;工作原理: 探针在垂直方向上的位移被通过电信号被放大, 并记录下来.从膜厚的边缘可以直接通过探针针尖所探测到的阶梯高度确定薄膜厚度. 采用类似原子力显微镜的激光反射悬臂梁的方法来测量纳米级位移可将扫描时的接触力降低到最小 0.05毫