北航课件-3-薄膜制备与分析课堂讲稿(第三讲).ppt

第三讲 薄膜制备—物理气相沉积法 薄膜制备 第三讲 主要有两种方法： 物理气相沉积法(PVD) 化学气相沉积法(CVD) 一.物理气相沉积法(PVD) 蒸发、溅射、离子镀等 1.蒸发镀膜 (理论分析以热力学为基础) ⑴ 饱和蒸汽压Pv Pv满足克劳修斯-克拉珀龙方程如下： 饱和蒸汽压 摩尔汽化热 绝对温度 汽相摩尔体积 液相摩尔体积 在一定温度下的真空室里，蒸发材料的蒸汽与其 固体或液体达到相平衡时的汽压称为该温度T下的饱 和蒸汽压Pv。 推导如下： 由热力学第一定律： 吉布斯自由能： u:内能, S:熵, H:焓 显然： 由热力学平衡理论知：当汽相和液相达到平衡时有： (汽相) (液相) 而 摩尔汽化热 (证毕) 对于l摩尔的气体有 RT=PV，再考虑到 VgVl 有： 代入 → 克劳修斯-克拉珀龙方程改变为： 而△H是渐变函数,可视为常数. 摩尔气体常数 注： 由此作一条直线 (饱和蒸汽压曲线) 讨论： ①其斜率 由此求汽化热△H ②饱和蒸汽压随着温度升高而迅速增加，反之亦然。 这表明：提高真空度可降低镀膜材料蒸发所需温度。 ③比较不同材料的蒸发温度. 物质1 物质3 物质2 由此，可以判断在混合蒸发材料中，哪个元素或化合物先蒸发等。以便采取相应的技术措施。 ⑵ 两种或两种以上物质蒸发的饱和蒸汽压Pv 分压定律：混合物的总蒸汽压PT等于各组元蒸汽分 压之和,即： 拉乌尔定律：在混合物状态下成分i的饱和蒸汽压为： 式中：PiT为该成分i单独存在时在温度T下的饱和蒸汽压; Ni为该成分i在混合物中占摩尔分数。 显然，对于二元化合物来说(A,B)，其NA+NB=l，其饱和蒸汽分压分别为： 总饱和蒸汽压为： 对于三元、四元及多元化合物来说也如此。 三元化合物的熔点为： TA、TB、TC :分别为元素A、B、C 的熔点； 三元成分相图 oa、ob、oc :分别为相图中到各 边的垂直距离。 显然，当TA，TB，TC分别为元素A，B，C饱和蒸汽 压所对应的温度时，则T0就是化合物总饱和蒸汽压PT 所对应的温度。 ⑶ 蒸发粒子的速率和能量 蒸发汽粒子的速率分布可视为麦克斯韦速率分布： 即一个分子在温度T下速率为v 的概率。 所以,一个分子在温度T下均方速率为： 动能： ←分子平均速率 ⑷ 蒸发速率 由赫兹-努曾公式,单位时间单位面积上碰撞的气体 分子数为： 这也是单位时间从蒸发源单位面积上蒸发出来的分子数: PV : 饱和蒸汽压 所以,单位时间从蒸发源单位面积上蒸发出来的质量为: 第三讲 薄膜制备—物理气相沉积法