第六章 功能薄膜材料资料文档.ppt

* * 第一节 薄膜材料制备方法简介 功能薄膜材料 1、物理气相沉积（PVD） 采用物理方法使物质的原子或分子逸出，然后沉积在基片上形成薄膜的工艺 根据使物质的逸出方法不同，可分为蒸镀、溅射和离子镀 （1）真空蒸镀 把待镀的基片置于真空室内，通过加热使蒸发材料气化（或升华）而沉积到某一温度基片的表面上，从而形成一层薄膜，这一工艺称为真空蒸镀法 蒸发源可分为：电阻加热、电子束加热和激光加热等 功能薄膜材料 （2）溅射（Sputtering） 当具有一定能量的粒子轰击固体表面时，固体表面的原子就会得到粒子的一部分能量，当获得能量足以克服周围原子得束缚时，就会从表面逸出，这种现象成为“溅射” 它可分为离子束溅射和磁控溅射 第一节 薄膜材料制备方法简介 离子束溅射 功能薄膜材料 它由离子源、离子引出极和沉积室3大部分组成，在高真空或超高真空中溅射镀膜法。利用直流或高频电场使惰性气体（通常为氩）发生电离，产生辉光放电等离子体，电离产生的正离子和电子高速轰击靶材，使靶材上的原子或分子溅射出来，然后沉积到基板上形成薄膜。 第一节 薄膜材料制备方法简介 图6.1 离子束溅射工作原理图 功能薄膜材料 磁控溅射 第一节 薄膜材料制备方法简介 图6.2 磁控溅射SiO2装置图 在被溅射的靶极（阳极）与阴极之间加一个正交磁场和电场，电场和磁场方向相互垂直。当镀膜室真空抽到设定值时，充入适量的氩气，在阴极(柱状靶或平面靶)和阳极(镀膜室壁)之间施加几百伏电压，便在镀膜室内产生磁控型异常辉光放电，氩气被电离。在正交的电磁场的作用下，电子以摆线的方式沿着靶表面前进，电子的运动被限制在一定空间内，增加了同工作气体分子的碰撞几率，提高了电子的电离效率。电子经过多次碰撞后，丧失了能量成为 “最终电子”进入弱电场区，最后到达阳极时已经是低能电子，不再会使基片过热。同时高密度等离子体被束缚在靶面附近，又不与基片接触，将靶材表面原子溅射出来沉积在工件表面上形成薄膜。而基片又可免受等离子体的轰击，因而基片温度又可降低。更换不同材质的靶和控制不同的溅射时间，便可以获得不同材质和不同厚度的薄膜。? 功能薄膜材料 第一节 薄膜材料制备方法简介 （3）离子镀 离子镀是在真空蒸镀得基础上，在热蒸发源与基片之间加一电场（基片为负极），在真空中基片与蒸发源之间将产生辉光放电，使气体和蒸发物质部分电离，并在电场中加速，从而将蒸发的物质或与气体反应后生成的物质沉积到基片上。 功能薄膜材料 第一节 薄膜材料制备方法简介 功能薄膜材料 2、化学气相沉积（CVD） 化学气相沉积是使含有构成薄膜元素的一种或几种化合物（或单质）气体在一定温度下通过化学反应生成固态物质并沉积在基片上而生成所需薄膜的方法。 特点：设备可以比较简单，沉积速率高，沉积薄膜范围广，覆盖性好，适于形状比较复杂的基片，膜较致密，无离子轰击等优点。特别是在半导体集成电路上得到广泛应用 常用的气态物质有各种卤化物、氢化物及金属有机化合物等，化学反应种类很多，如热解、还原、与水反应、与氨反应等 第一节 薄膜材料制备方法简介 功能薄膜材料 金属有机化学气相沉积（MOCVD） 原料主要是金属（非金属）烷基化合物。 优点是可以精确控制很薄的薄膜生长，适于制备多层膜，并可进行外延生长。 第一节 薄膜材料制备方法简介 第二节 金属薄膜的形成及其结构 功能薄膜材料 一、薄膜的形成过程 A 生成三维的核型 原子在基片上先凝聚，然后生成核，进一步再将蒸发原子凝聚起来生成三维的核。通常大部分金属薄膜都是以这样的一个过程形成的。 B 单层生长型 是基片和薄膜原子之间，以及薄膜原子之间相互作用很强时容易出现的形式。它是先形成两维的层，然后再一层一层地逐渐形成金属薄膜。 功能薄膜材料 C 单层上再生长核型 是基片和薄膜原子间相互作用非常强时的形成形式。这种方式只有非常有限的基片材料和金属薄膜材料的组合才能形成。 第二节金属薄膜的形成及其结构 图6.3 蒸法膜形成过程的三种模型 功能薄膜材料 薄膜的形成过程大致都可分为 4个阶段，图（a）在最初阶段，外来原子在基底表面相遇结合在一起成为原子团，只有当原子团达到一定数量形成“核”后，才能不断吸收新加入的原子而稳定地长大形成“岛”；图（b）随着外来原子的增加，岛不断长大，进一步发生岛的接合；图（c）很多岛接合起来形成通道网络结构；图（d）后续的原子将填补网络通道间的空洞，成为连续薄膜 第二节金属薄膜的形成及其结构 图6.4 薄膜形成与生长的物理过程 功能薄膜材料 决定金属薄膜材料的两个重要因素： （1）蒸发时的基片温度 一般来说，基片温度越高，则吸附原子的动能也越大，跨越表面势垒的几率增多，则需要形成核的临界尺寸增大，越易引起薄膜内部的凝聚，每个小岛的形状就越