2-2-3真空蒸发镀膜-(精品课件).ppt

真空蒸发镀膜 蒸发源的加热方式 3. 高频感应蒸发源 特点： 1）蒸发速率大，可比电阻蒸发源 大10倍左右。 2）蒸发源的温度均匀稳定，不易 产生飞溅现象。 3）镀料是金属时可自身产生热 量。 缺点： 1）蒸发装置必须屏蔽，否则会对广播通 讯产生影响。 2）线圈附近压强超过10-2Pa时，高频电 场会使残余气体电离。 3）高频发生器昂贵。 真空蒸发镀膜 蒸发源的加热方式 4. 激光蒸发源 利用高能激光作为热源来蒸镀薄膜的方法。 优点： 1）加热温度高，可蒸发任何吸收激 光 的材料（如石墨，熔点为3500℃）。 2）采用非接触式加热，避免了蒸发源的污 染，非常适宜于制备高纯薄膜。 3）蒸发速率可极高（如Si可得到106?/s）。 4）方便于多源顺序蒸发或多源共蒸发。 真空蒸发镀膜 蒸发源的加热方式 4. 激光蒸发源 3~4J 10Hz — 193nm ArF 650mJ 5Hz 25~30ns 248nm KrF 0.1~1J 1~20Hz 20~30ns 308nm XeCl — — — 351nm XeF 准分子 激光器 105W/cm2 0.1Hz 0.4ms 可调 Nd玻璃 105~106 1000~2000Hz 200ns 1.06μm YAG 104W/cm2 0.2Hz 30ns 6943? 红宝石 脉冲激光器 100W — — 10.6μm CO2 连续激光器 功率 脉冲频率 脉冲宽度 波长 材料 真空蒸发镀膜 蒸发源的加热方式 4. 激光蒸发源 特点：闪烁蒸发，有利于控制化学成分和防止分解；又由于材料气化时间短，不足以使周围材料达到蒸发温度，所以不易出现分馏现象。 真空蒸发镀膜 蒸发源的加热方式 脉冲激光烧蚀( Pulsed Laser Ablation, PLA Pulsed Laser Deposition, PLD) 原理： 将准分子激光器所产生的高强度脉冲激光束聚焦于靶材表面，使之产生高温并熔蚀，并进一步产生高温高压等离子体，等离子体作定向局域膨胀发射并在衬底上淀积形成薄膜。 真空蒸发镀膜 蒸发源的加热方式 PLD成膜过程 激光表面熔蚀及等离子体产生 等离子体的定向局域等温绝热膨胀发射 在基板上沉积形成薄膜 激光脉冲期间靶表面的结构示意图 A：固态靶 B：熔化的液态层 C：气态和等离子层 D：膨胀后的等离子体 真空蒸发镀膜 蒸发源的加热方式 PLD 的主要特点 PLD法可以生长和靶材成份一致的多元化合物薄膜，甚至是含有易挥发元素的多元化合物薄膜。主要原因： A、由于采用闪烁蒸发，脉冲作用时间短，表面熔蚀区只有1～10μm，而靶的其他部分（包括夹具、垫板等）处于绝热状态，不受激光加热的影响，从而保证了蒸发原子与靶材的一致性。 B、由于等离子体的瞬间爆炸式发射，以及等离子体沿轴向空间的约束效应，防止了在输运过程中可能出现的成份偏析。 C、成膜的的原子、分子和离子具有极快的运动速度，增强了原子间的结合力，消除了由于不同种类原子与衬底之间粘接系数不同所引起的成份偏离。 真空蒸发镀膜 蒸发源的加热方式 PLD的主要特点 2. 准分子激光波长短，其辐射频率位于紫外波段，易于被金属、氧化物、陶瓷、玻璃、高分子材料和塑料等多种材料吸收。用其加热可以达到极高的温度，可蒸发任何高熔点材料，并且可以获得很高的沉积速率(10～50nm/min)。 真空蒸发镀膜 蒸发源的加热方式 PLD的主要特点 3. 由于采用等离子体成膜，能量高，入射原子在衬底表面的扩散剧烈。并且由于脉冲频率低，使得成膜原子的扩散时间也足够长。因此薄膜的附着力好，易于在低温下实现外延生长，特别适合于制作高温超导、铁电、压电、电光等功能薄膜。 真空蒸发镀膜 蒸发源的加热方式 PLD 的主要特点 4. 由于等离子体具有极高的前向速度，真空室中残留气体的散射作用相对减弱，因此PLD往往不要求在高真空下进行（例如，制备YBa2Cu3O7-δ高温超导薄膜的本底真空通常为10Pa），简化了设备，缩短了生产周期。 PLD的缺点： (1) 薄膜表面存在微米-亚微米尺度的颗粒物； (2) 薄膜面积较小； (3) 某些靶膜成分不一致。 真空蒸发镀膜 合金的蒸发问题 主要问题：蒸发材料在气化过程中，由于各成分的饱和蒸气压不同，使得其蒸发速率也不同，会发生分解和分馏等问题，从而引起薄膜成分的偏离。 =1？？？ 真空蒸发镀膜 合金中各成分的饱和蒸气压服从拉乌尔定律： 在质量百分含量一定的情况下，蒸发速率