薄膜沉积物理方法超强总结详解.pptVIP

薄膜制备物理方法总结 蒸发、溅射、离子镀 三类基本PVD方法！ 真空蒸发沉积 两个关键： 1，真空度：P ≤ 10-3 Pa （保证粒子具分子流特征，以直线运动） 真空室压力过高，会出现以下情况。a)粒子频繁碰撞，难以匀的薄膜； b)污染薄膜（轰击基片并吸附）； c)蒸发形成均源被氧化。 2，基片距离 (相对于蒸发源)：10~50 cm 能使用情况：蒸发时不发生化学变化。 沉积物中杂质的含量与残余气体的压强成正比，与 沉积的速度成反比。 一、电阻式蒸发装置: 电阻热 二、电子束蒸发装置： 电子束轰击 三、电弧蒸发装置： 电弧 四、激光蒸发装置： 激光 真空蒸发沉积 真空蒸发沉积 应用：是制备单质金属、氧化物、介电材料和半导体化合物薄膜最常用的蒸发方法。 缺点： 支撑材料与蒸发物之间可能会发生反应，造成污染； 一般工作温度在1500~1900 ℃，所以可蒸发材料受到限制； 蒸发率低； 加热速度不高，蒸发时待蒸发材料如为合金或化合物，则有可能 分解或蒸发速率不同，造成薄膜成分偏离蒸发物材料成分。 真空蒸发沉积 应用场合：适用于高纯度（高真空度）、高熔点、易污染薄膜材料的沉积。 优点： 加热温度高，可蒸发任何材料；可避免来自坩锅、加热体和支撑部件的污染； 缺点： 电子束的绝大部分能量会被坩锅的水冷系统带走，热效率较低； 过高的加热功率会对薄膜沉积系统造成强烈的热辐射； 电子枪系统复杂，设备昂贵。 PLD也被称为脉冲激光烧蚀:pulsed laser ablation，PLA. 1，原理： 将脉冲激光器产生的高功率脉冲激光聚焦于靶表面，使其表面产生高温及烧蚀，并进一步产生高温高压等离子体，等离子体定向局域膨胀，在衬底上沉积成膜。真空度～10-6 Pa，可实现multilayer的沉积 溅射 (Sputtering)： 一定温度下，固体或液体受到高能离子轰击时，其中的原子有可能通过与高能入射离子的碰撞获得足够能量而从表面逃逸，这种从物质表面发射原子的方式被称为溅射。 基本过程： a, 自由电子被电场加速飞向阳极,与路遇的放电气体 (通常是惰性气　　 体Ar气) 碰撞，使之失去外层电子而电离，并释放出Ar+和自由电子 b,Ar+受到电场加速飞向置于阴极的靶材，撞击出靶材原子，以及 二次电子，使自由电子数? ； c,电子在飞行过程中，还可能与Ar+相撞，使之恢复中性状态，但 此过程中电子由激发态回到基态，需要放出能量，这部分能量 以发射光子形式释放。因有大量光子释出，放电形成的等离子 体出现了发光现象，这就是所谓的“辉光”放电 溅射沉积法 放电条件： ? 真空环境： ? P = 10-1~102 Pa ！ ? 放电气体： ? 需要充入惰性气体 (一般为Ar气)！ ? 外加电场： ? 在其作用下，放电气体被电离，形成阳离 子 (Ar+) 和自由电子 (e)，并分别在电场作用下被 加速，进而飞向阴极（靶材）和阳极。 溅射沉积法 与蒸发法相比：溅射法易于保证所制备薄膜的化学成分 与靶材基本一致。 (1)与不同元素溅射产额间的差别相比，元素之间在平衡蒸气压 方面的差别太大，但是溅射产额方面差别小。 (2)溅射过程中靶物质的扩散能力较弱。由于溅射产额差别造成 的靶材表面成分的偏离很快就会使靶材表面成分趋于某一平 衡成分，从而在随后的溅射过程中实现一种成分的自动补偿 效应[即：溅射产物高的物质已经贫化，溅射速率下降；而溅 射产额低的元素得到了富集，溅射产额会上升]，结果是，尽 管靶材表面的化学成分已经改变,但溅射出来的物质成分却与 靶材的原始成分相同。 溅射沉积法 优点 (与蒸发技术相比)： 1、可溅射沉积任何能做成靶材的材料，特别是高熔点材料 (如：石墨、Ti、W、Mo等)； 2、由于沉积原子能量较高，薄膜组织均匀致密，与基片的结合力较高； 3、制备合金薄膜时，成分控制容易保证； 4、利用反应溅射技术，容易实现化合物薄膜沉积； 5、薄膜的物相成分、梯度、膜厚控制精确，工艺重复性好； 6、沉积原子能量较高，还可以改善薄膜对复杂形状表面的覆盖能力，降低薄膜的表面粗糙度。 主要缺点： 1、沉积速率不高； 2、等离子体对