薄膜材料的制备..pptVIP

第八章 薄膜材料的制备 主要内容： 薄膜材料基础 薄膜的形成机理 物理气相沉积 化学气相沉积 化学溶液镀膜法 液相外延制膜法 膜厚的测量与监控 薄膜的生长过程分为以下三种类型： (1) 核生长型（Volmer Veber型） (2) 层生长型（Frank-Vanber Merwe型） (3) 层核生长型（Straski Krastanov型） 核生长型薄膜生长的四个阶段： a. 成核：在此期间形成许多小的晶核，按同济规律分布在基片表面上； b. 晶核长大并形成较大的岛：这些岛常具有小晶体 的形状； c. 岛与岛之间聚接形成含有空沟道的网络 d. 沟道被填充：在薄膜的生长过程中，当晶核一旦形成并达到一定尺寸之后，另外再撞击的离子不会形成新的晶核，而是依附在已有的晶核上或已经形成的岛上。分离的晶核或岛逐渐长大彼此结合便形成薄膜。 (3) 层核生长型（Straski Krastanov型） 特点：生长机制介于核生长型和层生长型的中间状态。当衬底原子与沉积原子之间的键能大于沉积原子相互之间键能的情况下（准共格）多发生这种生长方式的生长。 在半导体表面形成金属膜时常呈现这种方式的生长。例如在Ge表面上沉积Cd，在Si表面上沉积Bi、Ag等都属于这种类型。 1.真空蒸发镀膜 原理：将待成膜的物质置于真空中进行蒸发或升华，使之在工件或基片表面析出的过程。 1.2.1 真空蒸发镀膜 蒸发的分子动力学基础 当密闭容器内某种物质的凝聚相和气相处于动态平衡状态时，从凝聚相表面不断向气相蒸发分子，同时也会有相当数量的气相分子返回到凝聚相表面。 1.2.1 真空蒸发镀膜 1.2.1 真空蒸发镀膜 蒸发源的组成 1.2.1 真空蒸发镀膜 1.2.1 真空蒸发镀膜 1.2.1 真空蒸发镀膜 1.2.1 真空蒸发镀膜 蒸发源的加热方式 1.2.1 真空蒸发镀膜 1.2.1 真空蒸发镀膜 1.2.1 真空蒸发镀膜 1.2.1 真空蒸发镀膜 1.2.1 真空蒸发镀膜 合金、化合物的蒸镀方法 1.2.1 真空蒸发镀膜 1.2.1 真空蒸发镀膜 1.2.1 真空蒸发镀膜 1.2.1 真空蒸发镀膜 1.2.1 真空蒸发镀膜 1.2.1 真空蒸发镀膜 1.2.2 溅射成膜 溅射成膜 溅射是指荷能粒子(如正离子)轰击靶材，使靶材表面原子或原子团逸出的现象。逸出的原子在工件表面形成与靶材表面成分相同的薄膜。 1.2.3 离子镀 离子镀 在镀膜的同时，采用带能离子轰击基片表面和膜层的镀膜技术。离子轰击的目的在于改善膜层的性能。 1.2.3 离子镀 离子镀装置 将基片放在阴极板上，在基片和蒸发源之间加高电压，真空室内充入1.3×10-2-1.3Pa放电气体。与放电气体成比例的蒸发分子，由于强电场的作用而激发电离，离子加速后打到基片上，而大部分中性蒸发分子不能加速而直接到达基片上。 1 薄膜材料的制备 1.1 薄膜的形成机理 1.2 物理气相沉积 1.3 化学气相沉积 1.4 化学溶液镀膜法 1.5 液相外延制膜法 1.6 膜厚的测量与监控 1.3 化学气相沉积 1.3 化学气相沉积 1.3 化学气相沉积 1.3 化学气相沉积 1.3 化学气相沉积 1.3 化学气相沉积 最早采用的CVD化学反应方式是用于金属精制的氢还原、化学输送反应等。化学气相沉积的反应形式可分为以下五类： 1.3 化学气相沉积 利用化合物加热分解，在基体（基片或衬底）表面得到固态膜层的技术。 现在热分解法制备薄膜的典型应用是半导体中的外延薄膜制备、多晶硅薄膜制备等。 1.3 化学气相沉积 氢还原反应的典型应用是半导体技术中的外延生长。使用氢还原反应可以从相应的卤化物制作出硅、锗、钼、钨等半导体和金属薄膜。 氢还原反应不同于热分解反应，是可逆的。因而，反应温度、氢与反应气体的浓度比、压力等都是很重要的反应参数。 1.3 化学气相沉积 这种反应是用其他金属还原卤化物来置换硅的反应。在半导体器件制造中还未得到应用，但已用于硅的精制上。 1.3 化学气相沉积 这种反应发生在基片表面上，反应气体被基片表面还原生成薄膜。典型的反应是钨的氟化物与硅。在硅表面上与硅发生如下反应，钨被硅置换，沉积在硅上，这时如有氢存在，反应也包含有氢还原： 1.3 化学气相沉积 这种反应在高温区被置换的物质构成卤化物或者与卤素反应生成低价卤化物。它们被输送到低温区域，在低温区域由非平衡反应在基片上形成薄膜。 这种反应不仅用于硅膜制取，而且用于制备Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体，此时把卤化氢作为