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2. 实验设备:
离子能量:几十~1500ev
;3. 优点:
?膜层致密、均匀、减少缺陷
?提高薄膜性能的稳定性(不易吸附气体
或潮气)
?附着好(界面有膜料粒子渗入)
?可分别独立调节各实验参数、控制生
长,以利研究各条件对膜质量的影响。;4. 原因:
?沉积前,先离子轰击基片——溅射表面吸附的污染物,表面除气及净化。
?薄膜形成初期,离子轰击使部分膜料原子渗入基片表层,在界面形成中间薄层——增强附着,改善应力。
?沉积过程中,离子轰击正在形成膜——改善微观结构、膜层更致密。;1.何谓离子束混合?
在基片表面先沉积一层(膜厚﹤1000 )
或几层(每层小于150 )不同物质的膜。(总厚小于 1000 )
用高能重离子轰击膜层,使膜与基片表面混
合,或多层膜之间混合,形成新的表面材料
层。;2. 对离子束的要求:
?离子能量尽量高(200~300keV以上)
?较高的惰性气体离子,如Ar+
3. 特点:
?获得常规冶金方法得不到新材料。
?比离子注入法更经济;用离子源产生的离子束轰击靶表面,把靶表面的靶原子溅射出来沉积在衬底表面;(一).直流二极溅射;(二)射频溅射;(三)磁控溅射;2.磁控溅射原理:
把磁控原理和二极溅射法相结合,用磁场来改变电子的运动方向,并束缚和延长电子的运动轨迹,受正交电磁场作用的电子,在其能量快耗尽时才落到基片上,大大提高气体的离化率。;3.为什么要加磁场?;特点:
离化率较高,沉积速率快;基片温升低; 工作气压较低——气体对膜质量影响较小。;四. CVD——化学气相沉积法 ——Chemical Vapor Deposition;2. 常规CVD:
没等离子增强激活的CVD方法。
;(1)沉积条件
?气态反应物(液态或固态使其气化)
?反应生成物除所沉积物外,其余应气态,可排
出反应室
?沉积物的蒸气压应足够低
(2)影响沉积质量的因素
?沉积温度
?气体比例、流量、气压
?基片晶体结构、膨胀系数等
;(3). 优点
?在远低于所得材料熔点的温度下获得高熔点材料
?便于制备各种单质或化合物
?生长速率较高
?镀膜绕性好
?设备简单
缺点:
?反应温度比PECVD高
?基片温度相对较高
;3.PECVD(包括RFCVD、MWCVD、ECRCVD)
MWCVD结构图;(1)PECVD原理:
利用射频、微波方法在反应室形成的离子体的
高温及活性,促使反应气体受激、分解、离化,
以增强反应,在基片生长薄膜。
(2)PECVD优点:
?可在较低温度下生长薄膜——避免高温下晶粒粗大
?较低气压下制膜——提高膜厚及成分的均匀性。
?薄膜针孔小,更致密,内应力较小,不易产生裂纹
?附着力比普遍CVD好。
;缺点:
?生长速率低于普通CVD
?设备相对复杂些
(3) RFCVD、MWCVD和ECRCVD的区别:
? RFCVD——f=13.6MHz
? MWCVD ——f=2.45GHz,频率高,气体分解和离化率更高。
? ECRCVD——又加有磁场,促使电子回旋运动与微波发生共振现象,有更大的离化率。可获更好的薄膜质量和高的生长速率。
;4.MOCVD
(1)原理:
利用热分解金属有机化合物进行化学反应,
气相外延生长薄膜的CVD方法。
(2)适合的金属有机化合物:
金属烷基化合物
如:
三甲基镓(CH3)3Ga,三甲基铝(CH3)3Al
二乙烷基锌(C2H5)2Zn.
;(2). MOCVD特点
?沉积温度低
如ZnSe(硒化锌)膜,仅为350℃;而普通CVD法850 ℃
?低温生长——减少污染(基片、反应室等)提高膜纯度;降低膜内空位密度。(高温生长易产生空位)
?可通过稀释反应气体控制沉积速率,有利于沉积不同成分的极薄膜——制备超晶格薄膜材料。
主要缺点:
?许多有机金属化合物蒸气有毒,易燃,需严格防护
?有的气相中就反应,形成微粒再沉积到基片。
;一、微量天平法
1.原理:
高精度微量天平称基片成膜前后的重量,
得出给定面积S的厚膜质量m,由下式计算出膜
厚: , 为块材密度
2.测量天平精度达微克,不能测重基片的样品 。;二 电阻测量法(可测金属、半金属、半导体膜)
1.原理:测方块电阻R,利用ρ=R·d 计算出厚度d。
2.存在问题:ρ随膜厚变化有大的差别,特别是超薄膜。
原因:
?膜不连续时,导电能力差;
?连续膜时,杂质缺陷也比块材多;
? 薄膜界面对电子或空穴的非
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