第8章薄膜材料与薄膜技术演示课件.ppt

离子(束)辅助沉积 离子(束)辅助沉积:离子(束)参与蒸发或溅射粒子的输运和沉积过程的物理气相沉积. 离子(束)辅助沉积主要优点是：1.所制备薄膜与基片结合好；2.沉积率高. 离子与基片表面的相互作用 1.离子轰击导致基片表面杂质吸附的脱附 和溅射.可以用于基片清洗. 2.离子轰击导致薄膜表层原子的混合,提 高薄膜与基片的结合力. 3.离子轰击导致表面扩散的增强,提高生长 面的均匀性. 特例：蒸发离子镀 离子镀是在真空条件下，利用气体放电使气体或 被蒸发物部分离化，产生离子轰击效应，最终将 蒸发物或反应物沉积在基片上。离子镀集气体辉 光放电、等离子体技术、真空蒸发技术于一身， 大大改善了薄膜的性能。优点是： 1、兼有真空蒸发镀膜和溅射的优点； 2、所镀薄膜与基片结合好； 3、到达基片的沉积粒子绕射性好； 4、可用于镀膜的材料广泛； 5、沉积率高； 6、镀膜前对镀件清洗工序简单且对环境无污染。 3.4、外延生长 外延是指生长层与基片在结构上有着严格的晶体学关系,外延生长就是在基片上取向或单晶生长确定的薄膜材料. 同质外延:生长外延层和衬底是同一种材料 异质外延:外延生长的薄膜材料和衬底材料不同， 或者说生长化学组分、甚至是物理结构和衬底完全不同的外延层，相应的工艺就叫做异质外延 主要的外延生长技术:分子束外延(MBE);液向外延(LPE);热壁外延(HWE);金属有机化学气相沉积(MOCVD). 生长指数 分子束外延特点（MBE) 分子束外延是在超高真空条件下，精确控制原材料的中性 分子束强度，并使其在加热的基片上进行外延生长的一种 技术。 分子束外延的特点是： 1.由于系统是超高真空，因此杂质气体不易进入薄膜，薄 膜的纯度高； 2.外延生长一般可在低温下进行； 3.可严格控制薄膜成分及掺杂浓度； 4.对薄膜进行原位检测分析，从而可以严格控制薄膜的生 长及结构。 分子束外延装置 液相外延生长(LPE) 热壁外延生长(HWE) 热壁外延生长装置 外延层缺陷及检测 外延层质量直接关系到做在它上面的各种器件的性能，所以应检测、分析外延层缺陷及产生原因，并对外延层特征量进行测试： 外延层缺陷分析 图形漂移和畸变 层错法测外延层厚度 检测内容 电阻率测量 Mineta等人用CO2激光器作为热源可将Al2O3、Si3N4和其他陶瓷材料沉积到钼基片上。 Yang和Cheung利用脉冲激光技术在GaAs 和玻璃基片上制备了SnO2薄膜。 Sankur和Cheung利用以上装置在各种基片 上制备了具有高度择优取向、透明的ZnO薄膜。 以上装置用于制备Cd3As2薄膜。 Baleva等人应用以上装置制备了 Pb1-xCdxSe 薄膜。 Scheibe等人应用以上装置蒸发 沉积金和碳薄膜。 Serbezov等人应用以上装置制备了 YBa2Cu3O7-X薄膜。 Russo 等人用以上装置制备了金属 过渡层和YBCO薄膜。 电弧蒸发 真空电弧蒸发属于物理气相沉积，在这一方法中，所沉积的粒子：1、要被 产生出来；2、要被输运到基片；3、最后凝聚在基片上以形成所需性质的薄膜。 等离子体的输运可由简单模型来描述，远离阴极的离子电流密度可写成： Ji=FIG(θ,Φ)/2πr2 沉积率可写为： Vd=JiCsmi/eZρ 基片的热通量可为： S=Jiuh 电弧沉积设备 射频加热 通过射频加热的方式使源材料蒸发. 特点:通过射频线圈的适当安置,可以使待镀材料蒸发，从而消除由支撑坩锅引起的污染.蒸发物也可以放在支撑坩锅内，四周用溅射线圈环绕。 例如:Thompson和Libsch使用氮化硼坩锅，通过感应加热沉积了铝膜。 3.2、溅射 在某一温度下,如果固体或液体受到适当的高能离子的轰击,那么固体或液体中的原子通过碰撞有可能获得足够的能量从表面逃逸,这一将原子从表面发射的方式叫溅射. 溅射是指具有足够高能量的粒子轰击固体表面使其中的原子发射出来。 溅射的基本原理 溅射是轰击离子与靶粒子之间 动量传递的结果.左图可以证明 这一点： （a)溅射出来的粒子角分布取 决于入射粒子的方向； （b)从单晶靶溅射出来的粒子 显示择优取向； (c)溅射率不仅取决于入射粒子 的能量，也取决于其质量。 （d)溅射出来的粒子的平均速率 比热蒸发粒子的平均速率高 的多。 辉光放电系统(入射离子的产生) 溅 射 区 电 弧 区 辉光放电区 辉光放电时明暗光区分布示意图 靶 基片 溅射镀膜的特点 相对于真空蒸发镀膜，溅射镀膜具有如