薄膜的物理气相沉积.ppt

第62页，共89页，星期日，2025年，2月5日薄膜分析SEM分析薄膜表面非常的致密,与基底有十分良好的附着力。图4为800℃退火20min后样品的SEM图像,可以看出,退火后的薄膜样品由尺寸分布比较均匀的晶粒组成,平均晶粒尺寸约为3μm左右。薄膜表面相对比较平整,但存在少量的微孔和块状晶体。第63页，共89页，星期日，2025年，2月5日第30页，共89页，星期日，2025年，2月5日蒸发法沉积薄膜时，真空度较高，被蒸发的原子处于分子流状态，因此沉积过程中遇到障碍物的时候有阴影效应结果导致蒸发的物质被障碍物遮挡而不能沉积到衬底上，破坏薄膜的均匀性衬底表面不平，或有较大的表面浮突，薄膜沉积受到蒸发源方向的限制，造成某些部位不能沉积第31页，共89页，星期日，2025年，2月5日?蒸发源纯度的影响加热器、坩埚、支撑材料等的污染真空系统中残余气体的影响：蒸气物质原子的沉积速率：薄膜中杂质的浓度：（2）蒸发沉积薄膜的纯度：?提高薄膜纯度的方法：降低残余气体分压；提高沉积速率；第32页，共89页，星期日，2025年，2月5日假设运动至衬底处的O2分子均被沉积在薄膜之中第33页，共89页，星期日，2025年，2月5日利用物质在高温下的蒸发现象，可以制备各种薄膜。真空蒸发法所采用的设备根据其使用目的，可能有很大差别，从最简单的电阻加热蒸镀装置到极为复杂的分子束外延设备，都属于真空蒸发沉积装置的范畴。显而易见，在蒸发沉积装置中，最重要的组成部分就是物质的蒸发源。根据其加热原理，可以分为以下几种。2.3真空蒸发装置第34页，共89页，星期日，2025年，2月5日电加热方法:?钨丝热源：主要用于块状材料的蒸发、可以在2200K下工作；有污染、简单经济；?难熔金属蒸发舟：W,Ta,Mo等材料制作；可用于粉末、块状材料的蒸发有污染、简单经济；（1）电阻式蒸发装置第35页，共89页，星期日，2025年，2月5日利用大电流通过一个连接着靶材材料的电阻器，将产生非常高的温度，利用这个高温来加热靶材材料。通常使用钨W(Tm=3380℃),钽Ta(Tm=2980℃),钼Mo(Tm=2630℃)，高熔点又能产生高热的金属，做成电阻器。第36页，共89页，星期日，2025年，2月5日电阻器可以依被镀物工件形状、摆放方式、位置、腔体大小、旋转方式而作成不同的形状。以便使靶材的蒸发分布均匀，沉积的薄膜厚度均匀。细丝状的金属靶材(Al,Ag,Au,Cr...)是最早被热蒸镀使用的靶材形式，后来发展出舟状，篮状等。第37页，共89页，星期日，2025年，2月5日注意：避免被蒸发物质与加热材料之间发生化学反应的可能性，可以考虑使用表面涂有一层Al2O3的加热体。防止被加热物质的放气过程可能引起的物质飞溅加热方式：对被蒸发的物质可以采取两种方法，即普通的电阻加热法和高频感应法。前者依靠缠于坩锅外的电阻丝实现加热，而后者依靠感应线圈在被加热的物质中或在坩锅中产生出感应电流来实现对蒸发物质的加热。在后者情况下，需要被加热的物质或坩锅本身具有一定的导电性。第38页，共89页，星期日，2025年，2月5日优点:

1.电阻式蒸镀机设备价格便宜,构造简单容易维护。

2.靶材做成各种的形状。缺点:

1.有些微的污染,造成蒸发膜层纯度稍差，伤害膜层的质量

2.适合金属材料的靶材，光学镀膜常用的介电质材料大部分都无法使用电阻式加温来蒸发。

3.蒸镀的速率比较慢,且不易控制。

4.化合物的靶材,可能会因为高温而被分解5.电阻式蒸镀的膜层硬度比较差,密度比较低。第39页，共89页，星期日，2025年，2月5日电子束蒸发装置克服了电阻加热法的不足，在电子束加热装置中，被加热的物质被放置于水冷的坩埚中，电子束只轰击到其中很少的一部分物质，其余大部分物质在坩埚的冷却作用下一直处于很低的温度。因此，电子束蒸发沉积装置中可以安置多个坩埚，这使得人们可以同时分别蒸发和沉积多种不同的物质。（2）电子束蒸发装置第40页，共89页，星期日，2025年，2月5日结构?电子束加热枪：灯丝+加速电极+偏转磁场组成?蒸发坩埚：陶瓷坩埚或水冷铜坩埚；特点工作真空度比较高，可与离子源联合使用；可用于粉末、块状材料的蒸发；可以蒸发金属和化合物；可以比较精确地控制蒸发速率；电离率比较低。第41页，共89页，星期日，2025年，2月5日电子束蒸发设备的核心是偏转电子枪，偏转电子枪是利用具有一定速度的带点粒子在均匀磁场中受力做圆周运动这一原理设计而成的。其结构由两部分组成：一