薄膜制备方法.pdf

薄膜制备方法 1.物理气相沉积法（ PVD ）：真空蒸镀 、离子镀、溅射镀膜 2.化学气相沉积法（ CVD) ：热 CVD 、等离子 CVD 、有机金属 CVD 、金属 CVD 。 一、 真空蒸镀 即真空蒸发镀膜， 是制备薄膜最一般的方法。 这种方法是把装有基片的真空室 抽成真空，使气体压强达到 10 ˉ2Pa 以下，然后加热镀料，使其原子或者分子从表面气化逸 出，形成蒸汽流，入射到温度较低的基片表面，凝结形成固态薄膜。其设备主要由真空镀膜 室和真空抽气系统两大部分组成。 保证真空环境的原因有 防止在高温下因空气分子和蒸发源发生反应， 生成化合物而使蒸发 源劣化。 防止因蒸发物质的分子在镀膜室内与空气分子碰撞而阻碍蒸发分子直接到达基片 表面，以及在途中生成化合物或由于蒸发分子间的相互碰撞而在到达基片前就凝聚等 在基 片上形成薄膜的过程中，防止空气分子作为杂质混入膜内或者在薄膜中形成化合物。 蒸发镀根据蒸发源的类别有几种 : ⑴、 电阻加热蒸发源 。通常适用于熔点低于 1500℃的镀料。对于蒸发源的要求为 a、熔点高 b、饱和蒸气压低 c 、化学性质稳定，在高温下不与蒸发材料发生化学反应 d 、具有良好 的耐热性，功率密度变化小。 ⑵、 电子束蒸发源 。热电子由灯丝发射后，被电场加速， 获得动能轰击处于阳极的蒸发材料 上，使蒸发材料加热气化， 而实现蒸发镀膜。 特别适合制作高熔点薄膜材料和高纯薄膜材料。 优点有 a 、电子束轰击热源的束流密度高，能获得远比电阻加热源更大的能量密度，可以使 高熔点（可高达 3000℃以上）的材料蒸发，并且有较高的蒸发速率。 b、镀料置于冷水铜坩 埚内， 避免容器材料的蒸发， 以及容器材料与镀料之间的反应， 这对于提高镀膜的纯度极为 重要。 c 、热量可直接加到蒸发材料的表面，减少热量损失。 ⑶、高频感应蒸发源 。将装有蒸发材料的坩埚放在高频螺旋线圈的中央， 使蒸发材料在高频 电磁场的感应下产生强大的涡流损失和磁滞损失（铁磁体） ，从而将镀料金属加热蒸发。常 用于大量蒸发高纯度金属。 分子束外延技术 （molecular beam epitaxy,MBE) 。外延是一种制备单晶薄膜的新技术，它 是在适当的衬底与合适条件下， 沿衬底材料晶轴方向逐层生长新单晶薄膜的方法。 外延薄膜 和衬底属于同一物质的称“同质外延” ，两者不同的称为“异质外延” 。 — 8 MBE 是在 10 Pa 的超真空条件下， 将薄膜诸组分元素的分子束流， 在严格监控之下， 直接 喷射到衬底表面。 其中未被基片捕获的分子， 及时被真空系统抽走， 保证到达衬底表面的总 是新分子束。 这样， 到达衬底的各元素分子不受环境气氛的影响， 仅由蒸发系统的几何形状 和蒸发源温度决定。 二、 离子镀 是在真空条件下， 利用气体放电使气体或被蒸发物质离化， 在气体离子或被蒸发 物质离子轰击作用的同时，把蒸发物或其反应物蒸镀在基片上。 常用的几种离子镀： （1 ）直流放电离子镀 。蒸发源：采用电阻加热或电子束加热； 充入气体： 充入 Ar 或 充入少量反应气体； 离化方式：被镀基体为阴极，利用高电压直流辉光放电 离子加 速方式：在数百伏至数千伏的电压下加速，离化和离子加速一起进行。 （2 ）空心阴极放电离子镀 （