第二章 薄膜的制备 2-1 物理气象沉积--真空蒸镀.ppt

提拉法也称为丘克拉斯基 (Gockraski) 技能，这是一种常见的晶体生长方法，可以在较短时间生长大而无位错的晶体。 晶体熔化过程中不能分解，否则会引起反应物和分解物分别晶体； 晶体不得与坩埚或周围气氛反应； 炉子及加热元件的使用温度要高于晶体熔点； 确定适当的提拉速度和温度梯度。 提拉法一般需要加热、控温产生温度梯度的设备；盛放熔体设备；支撑旋转和提拉设备；气氛控制设备。 思考题 1.试说明应变退火再结晶驱动力。 2.相变驱动力的概念，Δg 的物理意义。 3.试推导气相和熔体生长系统相变驱动力。 4.简要说明水热生长法的生长机制和形成过程。 5.试说明布里奇曼-斯托克定向凝固法生长单晶的基本思想。 4. 简要说明水热生长法的生长机制和形成过程 (1) 水热生长体系中的晶体形成可分为三种类型： I) “均匀溶液饱和析出”机制 II) “溶解-结晶”机制 III) “原位结晶”机制 (2) 水热条件下晶体的形成过程可分为三个阶段： I) 生长基元与晶核的形成 II) 生长基元在固-液生长界面上的吸附与运动 III) 生长基元在界面上的结晶或脱附 2.1.3 合金、化合物的蒸镀方法 (2) 电子束加热法 ①把被加热的物质放置在水冷坩锅中，利用电子束轰击其中很小一部分，使其熔化蒸发，而其余部分在坩锅的冷却作用下处于很低的温度。 ②电子束加热法的优点： 可以直接对蒸发材料加热； 可避免材料与容器的反应和容器材料的蒸发； 可蒸发高熔点材料。 ③电子束加热法的缺点： 装置复杂； 只适合于蒸发单质元素； 残余气体分子和蒸发材料的蒸气会部分被电子束 电离。 当制备两种以上元素组成的化合物或合金薄膜时，仅仅使材料蒸发未必一定能获得与原物质具有相同成分的薄膜，此时需要控制原料组成制作化合物或合金薄膜 例如，对于SiO2和B2O3等氧化物而言，大部分是保持原物质分子状态蒸发的 对于ZnS、CdS、PbS等硫化物，这些物质的一部分或全部发生分解而飞溅，其蒸镀膜与原来材料并不完全相同。 5. 试说明布里奇曼-斯托克定向凝固法生长单晶的基本思想 B-S 法是在一个温度梯度场内生长单晶，在单一固—液界面上成核。待结晶的材料通常放在一个圆柱形的坩埚内，坩埚可垂直或水平放置。使坩埚下降通过一个温度梯度，或使加热器沿坩埚上升。 第二章 薄膜的制备 2.1 物理气相沉积—真空蒸镀 2.2 溅射成膜 2.3 化学气相沉积（CVD） 2.4 其它典型的制膜技术 第二章 薄膜的制备 薄膜一词并没有一个特别的定义。一般说来，它是指厚度从几纳米(nm)到约几百微米(μm)的薄膜，一般意义上并不包括像刷出的或涂出的涂层，因为它们要厚得多。 各种材料，包括金属、金属氧化物或有机物质都可以制成薄膜。 薄膜最初用于装饰方面。在十七世纪时，艺术家学会了在陶瓷物件上用银盐溶液描上画，然后加热绘上画的物品以使银盐分解，留下了金属银薄膜。 2AgNO3 == 2Ag + 2NO2↑ + O2↑ 今天，薄膜用于装饰和保护两个目的，例如形成导体、保护层以及微电子线路板上的另一类型薄膜，构建太阳能转化为电能的光电转化装置以及其他方面。 薄膜太阳能电池 薄膜在微电子学方面有极重要的作用。它们用作导体、电阻和电容器等。 薄膜也广泛应用在望远镜的光学镜镀层以产生晶面的光反射并保护透镜。 薄的金属膜已很久以来用作金属保护涂层。金属工具表面常常覆盖陶瓷薄膜以增加其硬度，例如硬钢钻头涂盖氮化钛或碳化钨陶瓷层。 从薄膜的应用角度讲，它们应具有如下性质： (1) 应当对于它们所使用的环境具有化学稳定性； (2) 应当能与它所覆盖的材料表面有好的附着力； (3) 应当具有均匀的厚度； (4) 应当存在极低的不完美性或缺陷。 除此以外，对于不同用途，还需要具备某些特殊性质。例如，某些光学材料和磁学材料必须是绝缘体或半导体。 可以通过众多的方法形成或者制备薄膜。本章我们将讨论几类最流行的薄膜形成方法： 真空沉积 溅射 化学气相沉积 其它典型的制膜技术 2.1 物理气相沉积—真空蒸镀 重点： 真空蒸镀法的概念和蒸镀装置 电阻加热和电子束加热两种方法的技术特点 三温度法/四温度法 物理气相沉积———Physical Vapor Deposition (PVD) 包括 真空蒸镀沉积 ，溅射沉积，离子镀 通常用于沉积薄膜和涂层，沉积薄膜的厚度由 10-1 nm 级到 mm 级变化 是一类应用极为广泛的成膜技术，从装饰涂层到各种功能薄膜，涉及化工、核工程、微电子以及它们相关的工业工程 真空蒸镀 (Vacuum evaporat