第五章物理氣相沉积.pptVIP

5.0 物理气相沉积 5.1、真空蒸发法 5.2、蒸发源 5.3、气体辉光放电 5.4、溅射;5.0.1 物理气相沉积 5.0.2 薄膜生长 5.0.3 真空的获得;PVD通常指满足下面三个步骤的薄膜生长技术:;PVD的物理原理;残留气体对薄膜生长的影响;PVD的一般特性;PVD生长条件;5.0.2 薄膜生长; 在薄膜生长过程中，由于衬底与薄膜的晶格失配度和表面能与界面能不同，其生长模式也不同。;三种生长模式;5.0.3 真空的获得 ;n – 气体分子的密度 v – 平均速度;常用真空泵的工作压强范围及起动压强;常用真空泵的汉语拼音代号及名称;旋片式机械泵原理;当转子顺时针转动时，空气由被抽容器通过进气管被吸入，旋片随着转子的转动使与进气管相连的区域不断扩大，而气体就不断地被吸入。 当转子达到一定位置时，另一旋片把被吸入气体的区域与被抽容器隔开，并将气体压缩，直到压强增大到可以顶开出气口的活塞阀门而被排出泵外，转子的不断转动使气体不断地从被抽容器中抽出。;热退火：T，t 消除晶格损伤 使注入的杂质进入晶格位置以实现电激活 热退火中的扩散效应：杂质分布展宽，偏离注入时杂质分布 快速退火：脉冲激光、脉冲电子束与离子束、扫描电子束、连续波激光以及非相干宽带光源等。 特点：瞬时，某个区域加热到所需要温度， 退火时间短(10-3-102秒);?气体系统 　　特殊的传送系统来操作危险气体；用氩气来净化系统及校准离子束。 ?电控系统 　　高压系统（离子能量，从而控制结深）；射频系统（一些离子源需要用射频电源来产生离子）。 ?真空系统 　　需要高真空来加速离子以及减少碰撞；真空度为10-5-10-7 torr；使用分子泵和低温泵；排空系统。 ?离子束线控制 　　离子源；提取电极；磁分析器；后加速器；等离子体溢注系统；底部分析器。;上节课内容小结;上节课内容小结;泵的底部—是装有真空泵油的蒸发器，真空泵油经电炉加热沸腾后，产生一定的油蒸汽，蒸汽沿着蒸汽导流管传输到上部，经由三级伞形喷口向下喷出，形成一股向出口方向运动的高速蒸汽流。 油分子与气体分子碰撞，由于油分子量大，碰撞的结果是油分子把动量交给气体分子自己慢下来，而气体分子获得向下运动的动量后便迅速往下飞去。 在射流的界面内，气体分子不可能长期滞留，因而界面内气体分子浓度较小．由于这个浓度差，使被抽气体分子得以源源不断地扩散进入蒸汽流而被逐级带至出口，并被前级泵抽走。 慢下来的蒸汽流向下运动过程中碰到水冷的泵壁，油分子冷凝，沿着泵壁流回蒸发器继续循环使用。;结构特点和工作原理;利用高速旋转的动叶轮将动量传给气体分子，使气体产生定向流动而抽气的真空泵。 涡轮分子泵的优点是启动快，能抗各种射线的照射，耐大气冲击，无气体存储和解吸效应，无油蒸气污染或污染很少，能获得清洁的超高真空。 涡轮分子泵广泛用于高能加速器、 可控热核反应装置、重粒子加速器 和高级电子器件制造等方面。;阳极和阴极间加高压，电子在阳极被加速，在磁场作用下旋转。 气体分子与旋转的电子碰撞而电离（潘宁放电），气体离子被加速向阴极运动，被阴极材料（如Ti）吸附，并且把表面的Ti溅射出来。 溅射出来的Ti原子还可以与气体离子反应，使抽速增大。;加热Ti丝，使Ti原子蒸发出来。 Ti与反应室内的气体分子反应，凝结在腔壁上。;真空的测量;测量栅极和收集极之间的电流。;真空蒸发和溅射是物理气相淀积技术中最基本的两种方法。 蒸发的优点：较高的沉积速率，相对高的真空度，较高的薄膜质量等。 蒸发法缺点：台阶覆盖能力差；沉积多元合金薄膜时，组分难以控制。 溅射法特点：在沉积多元合金薄膜时，化学成份容易控制；沉积的薄膜与衬底附着性好。;蒸发：在任何温度下，材料表面都存在蒸气，当材料的温度低于熔化温度时，产生蒸气的过程称为升华，而熔化时产生蒸气的过程称为蒸发。 热蒸发法：在真空条件下，加热蒸发源，使原子或分子从蒸发源表面逸出，形成蒸气流并入射到衬底表面，凝结形成固态薄膜。;加热蒸发过程：对蒸发源进行加热，使其温度接近或达到蒸发材料的熔点，则固态源表面的原子容易逸出，转变为蒸气。 气化原子或分子在蒸发源与基片间输运过程：原子或分子由源飞向衬底，飞行过程中可能与真空室内的残余气体分子发生碰撞，碰撞次数取决于真空度以及源到衬底之间的距离。 被蒸发的原子或分子在衬底表面的淀积过程：飞到衬底表面的原子在表面上凝结、成核、生长和成膜过程。由于衬底温度低于蒸发源温度，同时被蒸发的原子或分子只有极低的能量，在衬底表面不具有移动的能力，因此，到达后将直接发生从气相到固相的相变过程，立即凝结在衬底表面上。;被蒸发物质的饱和蒸气压PS;气体分子的平均自由程;蒸发时一般要选择λ比d大2～3倍，因