薄膜物理与技术精品课件（史鹏）CH2-2 evp.pptVIP

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * PLD中的重要实验参数 基体的加热温度 影响沉积速率和薄膜的质量 氧气的压力 沉积时间 过高不利于薄膜择优取向的形成 过低导致化学配比失衡，内部缺陷增多 基体与靶的距离 激光能量，频率 影响薄膜的厚度 影响薄膜的均匀性 影响沉积速率 PLD法制备薄膜实验流程图 调整激光器参数 安装靶材与衬底 抽真空（机械泵与分子泵至10-5Pa） 开加热装置，通气体 导入激光进行镀膜 关闭仪器 激光器为YAG固体激光器，波长　　＝532nm(绿光）,激光脉宽为10ns,频率为1Hz,3Hz,5Hz.能量为0----300mJ可调． 激光蒸发法的特点： 激光加热可以达到极高的温度，可蒸发任何高熔点材料，且获得很高的蒸发速率；波长越短，光子能量越大，效率越高； 非接触式加热，完全避免了蒸发源的污染，简化了真空室，非常适合在超高真空下制备高纯薄膜； 能对某些化合物或合金进行“闪烁”蒸发，蒸气的成分与靶材料基本相同，没有偏析现象。 灵活的换靶装置便于实现多层膜及超晶格膜的生长。 2.2.5 合金及化合物的蒸发 激光蒸发法的缺点： 6）激光蒸发法 2.2.5 合金及化合物的蒸发 激光器昂贵，特别是大功率连续激光器； 蒸发温度太高，蒸发粒子易离化，对薄膜性能有影响； 膜厚控制难，且容易引起蒸发材料过热分解和喷溅； 薄膜存在表面颗粒问题； 很难进行大面积薄膜的均匀沉积。 基片靶材旋转法 激光束运动 ?强流脉冲离子束沉积(IPIB)方法: ? 加热源：强流脉冲离子束 – 离子能量几百MeV，电流mA量级，瞬间能量密度大； – 要求高真空，加速器比较贵； ? IPIB的特点： – 蒸气的成分与靶材料基本相同，没有偏析现象； – 瞬间蒸发量大，粒子能量比较高； – 薄膜中可能有C、H等杂质； – 脉冲频率低，薄膜均匀性比较差； 7）脉冲高能热源法 2.2.5 合金及化合物的蒸发 ? 加热源：强流脉冲电子束 – 电子能量几十keV，电流mA； – 要求高真空，电子枪比较便宜； ? IPEB的特点： – 蒸气的成分与靶材料基本相同，没有偏析现象； – 瞬间蒸发量可以通过电子能量和脉冲数量控制； – 可以与离子束联合使用； – 薄膜均匀性比较差； Solenoid Spark plasma sources Target Vacuum Chamber Anode plasma Cathode plasma Plasma sheath e-Beam Anod e Specimen ?脉冲电子束沉积(IPEB)方法: 2.2.5 合金及化合物的蒸发 7）脉冲高能热源法 　 常规提供的蒸发金属膜 ? ? ? ? ? ±5% ±5% ~ 3000? 4?/s NiCr ±5% ±5% ~ 5000? 5?/s Ag ±5% ±5% ~ 2000? 4?/s Au　 ±5% ±5% ~ 1000? 3?/s Pt　 ±5% ±5% ~ 1000? 6?/s Ti ±5% ±5% ~ 5000? 8?/s Al 均匀性误差 厚度误差 厚度 蒸发速率 薄膜材料 常规提供的电子束蒸发金属膜 ±5% ±5% ~ 3000? 6?/s MgO ±5% ±5% ~ 3000? 14?/s MgF2 ±5% ±5% ~ 2000? 3?/s TiO2 ±5% ±5% ~ 2000? 4?/s Si ±5% ±5% ~ 3000? 12?/s SiO　 ±5% ±5% ~ 5000? 10?/s SiO2 ±5% ±5% ~ 3000? 5?/s AlO3 均匀性误差 厚度误差 厚度 蒸发速率 薄膜材料 ? ? ? ? ±10% ±10% ~ 3000? NiCr ±10% ±10% ~ 5000? AuGeNi ±10% ±10% ~ 2000? Au　 ±10% ±10% ~ 1000? Ti ±10% ±10% ~ 5000? Al 均匀性误差 厚度误差 厚度 薄膜材料 Thanks! * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 缺点： ?蒸发装置需要屏蔽； ?需要复杂和昂贵的高频 发生器； ?若线圈附近的压强超过 10-2Pa，高频场会使残 余气体电离，使功耗增 加。 2.2.4 蒸发源的类型 3.高频感应蒸发源 重点回顾 1. 饱和蒸汽压与温度的关系 2. 蒸发速率与哪些因素有关？ 3. 点蒸发源和小平面