第三章 薄膜料主要制备方法.pptVIP

第三章 薄膜的主要制备方法;本章的主要内容;3.1 成膜方法的分类 成膜方法有很多，分类方法也各不一样，这里按干式和湿式对成膜方法的分类。 在干式中，有以真空蒸镀、溅射镀膜、离子镀为代表的物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)等；在湿式中有电镀、化学镀、阳极氧化、LB技术、溶胶－凝胶以及厚膜印刷法等。;3.2 各种成膜方法的比较;法方;3.3 物理气相沉积;法方;3.3.1 真空蒸镀;真空蒸发法的特点;物质的热蒸发;元素的平衡蒸气压;根据物质的蒸发特性，物质的蒸发模式又被分为二种模式：一是物质在固态情况下，即使是温度达到其熔点时，其平衡蒸汽压也低于10-1Pa。在这种情况下，要想利用蒸发方法进行物理汽相沉积，就需要将温度提高到其熔点以上。大多数金属的蒸发属于这种情况。二是如Cr、Ti、Mo、Fe、Si等，在熔点附近的温度下，固相的平衡蒸汽压已经相对较高。这时可以直接利用由固态物质的升华，实现物质的汽相沉积。石墨没有熔点，而其升华温度又很高，因而多利用石墨电极的放电过程来使碳元素发生热蒸发。;真空蒸发装置; 这是应用的较多的一种蒸发加热方法。对于电阻材料的要求：耐高温、高温下蒸汽压低、不与被蒸发物发生化学反应、无放气现象和其它污染、合适的电阻率。所以一般是难熔金属：W、Mo和Ta等 将钨丝绕制成各种直径或不等直径的螺旋状即可作为加热源。在融化以后、被蒸发物质或与钨丝形成较好的浸润、靠表面张力保持在螺旋钨丝中、或与钨丝完全不浸润，被钨丝螺旋所支撑。显然，钨丝一方面起到加热器的作用，另一方面也起到支撑被加热物质的作用。对于钨丝不能加热的物质，如一些材料的粉末，则用难熔金属板支撑的加热器。对于在固态升华的物质来说，也可以用难熔金属制成的升华用专用容器，这时不仅要考虑加热和支撑，还要考虑被加热物质放气时的物质飞溅。 应用各种材料，如高熔点氧化物、高温裂解BN、石墨、难熔金属等制成的坩埚也可以作为蒸发器。这时加热由二种方式，即传统的电阻加热法和高频加热法，前者依靠缠于坩埚外的电阻丝加热，而后者用通水的铜制线圈作为加热的初级感应线圈，它靠在被加热的物质中或坩埚中感生出的感应电流来实现对蒸发物质的加热。显然，后者要求被加热物或坩埚由一定的导电性。;图3.33 各种形状的电阻蒸发源; ;图3.35 电子束加热装置结构; ;图3.36 Laser Ablation薄膜沉积装置;薄膜沉积的厚度均匀性; 在上述的蒸发总量中，只有那些运动方向处在衬底所在空间角内的原子才会落到衬底上。由于已经假设蒸发源为一点源，因而衬底单位面积源dAs上沉积的物质总量取决于其对应的空间角大小，即衬底上沉积的原子质量密度为：; 沉积厚度的均匀性是一个经常需要考量的问题。而且需要同时沉积的面积越大，则沉积的均匀性越难以保证。图示为对于点蒸发源和面蒸发源计算得出的沉积厚度随衬底尺寸大小的变化情况。从曲线可以看出，点蒸发源所对应的沉积均匀性稍好于面蒸发源的情况。;均匀性对策之一;均匀性对策二;常用MEMS物质的蒸发工艺特性;3.3.2 离子溅射镀膜;辉光放电与等离子体;辉光放电的物理基础;溅射现象;溅射产额;只有当入射离子能量超过一定的阀值以后、才会出现被溅射物表面溅射。每一种物质的溅射阀值与入射离子的种类关系不大、但是与被溅射物质的升华热有一定的比例关系。随着入射离子能量的增加、溅射产额先是提高、其后能量达到10kev左右时趋于平缓。其后、当离子能量继续增加时溅射产额反而下降．当入射离子能量达到100kev左右时发生注入。;溅射沉积装置：;直流溅射; 在相对较低的气压条件下，阴极鞘层厚度较大，原子的电离过程多发生在距离靶材很远的地方，因而离子运动至靶材处的几率较小。同时，低压下电子的自由程较长，电子在阳极上消失的几率较大，而离子在阳极上溅射的同时发射出二次电子的几率又由于气体较低而相对较小。这使得低压下的原子电离成为离子的几率很低，在低于1Pa的压力下甚至不易发生自持放电。这些均导致低压条件下溅射速率很低。 随着气体压力的升高，电子的平均自由程减小，原子的电离几率增加，溅射电流增加，溅射速率提高。 但当气体压力过高时，溅射出来的靶材原子在飞向衬底的过程中将会受到过多的散射，因而其沉积到衬底上的几率反而下降。因此随着气压的变化，溅射沉积的速率会出现一个极值，如图所示。一般来讲，沉积速度与溅射功率（或溅射电流的平方）成正比，与靶材和衬底之间的间距成反比。;射频溅射; 当频率超过50kHz以后，放电过程开始出现以下两个变化。第一，