薄膜物理与技术-2 薄膜的物理制备工艺学(1)--真空蒸发镀膜..ppt

2. 小平面蒸发源 这种蒸发源的发射特性具有方向性，使得在 角方向蒸发的材料质量和 成正比。 2.2.2 蒸发源的蒸发特性 ds1 2.2.2 蒸发源的蒸发特性 为基片表面内所能得到的最大膜厚。 基片平面内的任意处的膜厚分布可表示为： 2.2.2 蒸发源的蒸发特性 点源蒸发的厚度分布略均匀些。 在给定蒸发物、蒸发源和基板距离的情况下，平面蒸发源的最大厚度可为点源的4倍左右。 蒸发装置是实现蒸发的关键部件。最常用的有：电阻法、电子束法、高频法等。 1 电阻加热蒸发 （熔点低于1500 0C的镀料） 对加热材料的要求 高熔点：蒸发源材料的熔点必须高于镀料的蒸发温度。 饱和蒸气压低：防止和减少高温下蒸发源材料会随镀料蒸发而成为杂质进入镀膜层。 化学性能稳定，高温下不与蒸发材料反应。 良好的耐热性，功率密度变化较小。 原料丰富、经济耐用。 2.2.3 蒸发源的加热方式 2.2.3 蒸发源的加热方式 低电压大电流供电（150~500）A*10 V，通过电流的焦耳热使镀料熔化、蒸发或升华。 选择蒸发加热材料时，必须考虑蒸镀材料与蒸发材料的“湿润性”问题。 2.2.3 蒸发源的加热方式 湿润良好：蒸发面积大、稳定，可以认为是面蒸发源蒸发。 湿润小： 可以认为是点源蒸发，稳定性差。 2.2.3 蒸发源的加热方式 可聚焦的电子束，能局部加温元素源，因不加热其它部分而避免污染 高能量电子束能使高熔点元素达到足够高温以产生适量的蒸气压 2 电子束蒸发 电阻加热蒸发已不能满足蒸镀某些高熔点金属和氧化物材料的需要，特别是制备高纯薄膜。电子束加热蒸发法克服了电阻加热蒸发的许多缺点（如高污染、低加热功率以及可达到温度低等），得到广泛应用。 2.2.3 蒸发源的加热方式 电子束蒸发源的优点： 1.束流密度高，能获得远比电阻加热源更大的能量密度。 2.被蒸发材料置于水冷坩埚内，避免了容器材料的蒸发， 以及容器材料与蒸发材料的反应，提高了薄膜的纯度。 3.热量直接加到蒸镀材料表面，热效率高，热传导和热辐 射损失小。 电子束蒸发源的缺点： 1. 可使蒸发气体和残余气体电离，有时会影响膜层质量； 2. 电子束蒸镀装置结构复杂，价格昂贵； 3. 产生的软X射线对人体有一定的伤害。 2.2.3 蒸发源的加热方式 直型枪 电子束蒸发装置的结构 较高的能量密度 100 KW/cm2，易于调节控制。 缺点：体积大、成本高。 蒸镀材料会污染枪体。 1-发射体，2-阳极，3-电磁线圈，4-水冷坩埚，5-收集极，6-吸收极，7-电子轨迹，8-正离子轨迹，9-散射电子轨迹，10-等离子体 吸收反射电子、背散射电子、二次电子 吸收电子束与蒸发的中性离子碰撞产生的正离子 e 型枪 3. 高频感应蒸发源 高频感应蒸发源的特点： 1. 蒸发速率大，比电阻蒸发源大10倍左右； 2. 蒸发源温度均匀稳定，不易产生飞溅； 3. 蒸发材料是金属时，从内部加热； 4. 蒸发源一次加料，无需送料机构，控温容易，热惰性小，操作简单。 将装有蒸发材料的坩埚放在高频（通常为射频）螺线管线圈的中央，使蒸发材料在高频电磁场感应下产生强大的涡流损失，致使蒸发材料升温而蒸发。 缺点： 蒸发装置需屏蔽，高频发射器昂贵 蒸发材料作为电极棒安装在与蒸镀室绝缘的两根电极支持棒上，蒸镀室的真空度达10-6-10-7 Torr后，在电极间加交流电压10-50V，移动一个电极，使其与另一电极接触．随后立即拉开。这样，在电极间产生电弧放电，电极材料蒸发，在与蒸发源相距适当距离的基片上形成薄膜。 避免：加热丝、坩埚与蒸镀物质发生反应的问题；加热源蒸发出的原子混入薄膜以及难于蒸镀高熔点物质的问题。 4. 电弧蒸发法 电弧加热蒸发装置示意图 5 脉冲激光蒸发法（PLD） 利用高能激光作为热源蒸镀薄膜是一项新技术。 CO激光器 钕玻璃激光器 钇铝石榴石（YAG）激光 控制激光功率、束斑大小 和脉冲宽度，可以方便地调节蒸发速率和加热温度 可达到极高的温度，可蒸发任何高熔点材料，且获得很高的蒸发速率； 2. 非接触式加热，避免蒸发源的污染，简化了真空室，非常适合在超高真空下制备高纯薄膜； 3. 能对某些化合物或合金进行“闪烁”蒸发，有利于保证薄膜成分的组成和防止分解，是淀积介质薄膜、半导体薄膜和无机化合物薄膜的好方法。 2.2.4 合金及化合物的蒸发 对于两种以上元素组成的合金和化合物薄膜，在蒸发时如何控制组分，以获得与蒸发材料化学比不变的膜层，是薄膜技术中的一个重要问题。 1. 合金的蒸发 二元以上合金或化合物，由于各成分饱和蒸气压不同，蒸发速率不同，从而使蒸发源发