薄膜材料与薄膜技术第三章薄膜的物理制备方法蒸发.ppt

室温下沉积 Sb 膜中的最大氧含量 1 10 102 103 10-3 10-2 10-1 1 10 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-9 1000 100 10 1 沉积速率 Rd (?/s) (Torr) 典型参数：1000, 10-5 蒸发源的发射特性 蒸发过程的假设： 1) 忽略蒸发原子与剩余气体和蒸发原子 之间的碰撞。 2) 蒸发源的发射特性不随时间而变化。 3) 入射到基片上的原子全部凝结成薄膜。 三、蒸发源的蒸发特性及薄厚分布 蒸发总质量： 其中部分蒸发质量 落在dAs 基片上，由于dAs在球表面的投影面积为dAc, dAc=dAscosθ, 所以有比例关系 1) 点蒸发源 蒸发薄膜厚度： 在中心点的膜厚： 点蒸发源的膜厚分布： 2）面蒸发源 其蒸气发射特性具有方向性，发射限为半球。蒸 发源的发射按所研究的方向与表面法线间夹角呈 余弦分布，即遵守克努曾定律 n 为常数，取决于蒸发源的几何尺寸。坩埚内溶池深度和表面积之比值，又深又窄的蒸发源具有较大的n 面蒸发源的特性 当 n=1时 根据面蒸发源示意图有： 所以 点源和面源的比较 面源： 点源： 1) 两种源的相对膜厚分布的均匀性都不理想； 2) 点源的膜厚分布稍均匀些； 3) 在相同条件下，面源的中心膜厚为点源的4倍。 与蒸发源平行放置于正上方的平面基片上蒸发膜厚度 问题：利用双源在长为150cm的衬底上沉 积材料，要求厚度均匀性好于10%， 求： hv，D值的范围 提高膜厚均匀性的措施 1）采用若干分离的小面积蒸发 源，选择最佳的数量， 合理 的布局和蒸发速率； 2) 基片设置 a) 球面放置基片； b) 基片平面旋转； c) 行星旋转基片架； 只对n=1适用 旋转方式: (a) 基片在圆顶上，绕轴旋转; (b) 基片在鼓面上，源位于中轴线，鼓面绕中轴旋转； (c)行星式旋转 . 目前，真空蒸发使用的蒸发源主要有电阻加热、电子加热、高频感应加热、电弧加热和激光加热等五大类。电阻加热采用钨、钼、钽等高熔点金属做成适当形状的蒸发源，或采用石英坩埚等。根据蒸发材料的性质以及蒸发源材料的浸润性等制作成不同的蒸发源形状。 电阻蒸发源材料：W，Mo，Ta，BN，C 等熔点高,平衡蒸汽压低 ,化学性能稳定。 四、蒸发装置 电阻加热元件 蒸发坩锅种类 * * 薄膜材料与薄膜技术 第二章 薄膜的物理制备方法（1） 蒸 发 薄膜的物理制备技术 直流溅射 射频溅射 磁控溅射 离子束溅射 真空 蒸发 溅射 沉积 离子镀 物理气相沉积 （PVD） 电阻加热 感应加热 电子束加热 激光加热 直流二极型离子镀 射频放电离子镀 等离子体离子镀 物理气相沉积 薄膜材料通过物理方法输运到基体表面的镀膜方法； 通常是固体或熔融源； 在气相或衬底表面没有化学反应； 代表性技术：蒸发镀膜、溅射镀膜； 技术特点： 真空度高、沉积温度低、设备相对比较简单。薄膜质量差，可控度小、表面容易不均匀。 物理气相沉积(PVD ) 1. 以蒸发沉积为基础发展出了电子束蒸发沉积、分子束外延薄膜生长(MBE)、加速分子束外延生长(MBE)； 2. 以载能束与固体相互作用为基础, 先后出现了离子束溅射沉积、脉冲激光溅射沉积(PLD)、强流离子束蒸发沉积、离子束辅助沉积(IBAD)、低能离子束沉积； 3. 以离子体技术为基础出现了等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、磁控溅射镀膜； 新的薄膜制备技术 1852 Grove观察到辉光放电引起的金属沉积； 1857 Faraday 在惰性气体环境，蒸发沉积金属薄 膜； 工业化光学元件（真空技术，加热元件） 1877 溅射法用于镜子表面镀膜，但主要以蒸发法为 主（高沉积率，高真空度，清洁环境，适用各 种材料） 1960s，PLD，CVD，MBE，磁控溅射…… 历史背景 1. 真空蒸发原理 2. 蒸发源的蒸发特性及薄厚分布 3. 蒸发源的类型 4. 合金及化合物的蒸发 5. 膜厚和淀积速率的测量与监控 主要内容 一、 真空蒸发镀膜原理 1.定义：真空蒸发镀膜(蒸镀)是在真空条件下，加热使待沉积物质蒸发气化，并淀积在基片表面形成固体薄膜，是一种物理现象。 广泛地应用在机械、电真空、无线电、光学、原子能、空间技术等领域。 2．真空蒸发的物理过程： A.采用各种形式的热能转换方式