4 第二章 真空蒸发镀膜法 第4,5节.pptVIP

薄膜厚度是薄膜最重要的参数之一，它影响着薄膜的各种性质及其应用。 薄膜淀积速率是制膜工艺中的一个重要参数，它直接影响薄膜的结构的特性。 重点：薄膜厚度的测量和监控。 膜厚和淀积速率的测量与监控 ★ 膜厚的分类 厚度：是指两个完全平整的平行平面之间的距离。 理想薄膜厚度：基片表面到薄膜表面之间的距离。 由于薄膜具有显微结构，要严格定义和精确测量薄膜厚度，实际上比较困难的。 薄膜厚度的定义是与测量方法和目的相关的。 膜厚和淀积速率的测量与监控 膜厚和淀积速率的测量与监控 衬底的平均表面 薄膜形状表面 质量等价表面 物性等价表面 膜厚和淀积速率的测量与监控 形状厚度dT是接近与直观形式的厚度。 质量厚度dM反映了薄膜中质量的多少。 物性厚度dP实际使用较少。 膜厚和淀积速率的测量与监控 ★ 称重法 微量天平法：采用微天平直接测量基片上的薄膜质量，得到质量膜厚。 使用高灵敏度微天平可检测的膜厚质量为1×10-7kg／m2。这一膜厚质量相当于单原子层普通薄膜物质的l／20至几分之一。从可以检测基片上微量附着量的意义上说，微天平是膜厚测量中最敏感的方法。 这种方法是直接测量，其测量值是可靠的。可以在蒸镀过程中进行膜厚测量，有效用于膜厚监控。该法可用于薄膜制作初期膜厚测量和石英晶体振动子的校正，也可用于基片上吸附气体量的测量。 膜厚和淀积速率的测量与监控 优点：灵敏度高，能测量淀积质量的绝对值；能在比较广的范围内选择基片材料；能在淀积过程中跟踪质量的变化。 存在问题：不能在一个基片上测量厚度分布；由于薄膜的密度与体材料不同，实测的薄膜厚度稍小于实际厚度。其应用目前还没有普及，原因是需要极纯熟的操作技术和系统构成技术条件（常用石英丝扭转天平）。 膜厚和淀积速率的测量与监控 石英晶体振荡法： 在制造石英晶体的厚薄切变振动子时，为了使固有振荡频率达到规定值，很早以来采用的方法就是把电极薄片制好后，一边对电极薄片蒸镀薄膜，一边监控频率。以后有人把这种方法积极推广到膜厚监控上。 该法是利用改变石英晶体电极的微小厚度，来调整晶体振荡器的固有振荡频率的方法。 膜厚和淀积速率的测量与监控 式中，固有振荡频率 ，基波波长 ，声速 ，石英晶片厚度 ，石英晶片密度 。 厚度的变化与振荡频率成正比。 * 第二章 真空蒸发镀膜法 主要内容 2.4 合金及化合物的蒸发 2.5 膜厚和淀积速率的测量与监控 合金及化合物的蒸发 拉乌尔定律（Raoult’s Law） 1887年，法国化学家Raoult从实验中归纳出一个经验定律：在定温下，在稀溶液中，溶剂的蒸气压等于纯溶剂蒸气压 乘以溶液中溶剂的物质的量分数 ，用公式表示为： 如果溶液中只有A，B两个组分，则 拉乌尔定律也可表示为：溶剂蒸气压的降低值与纯溶剂蒸气压之比等于溶质的摩尔分数。 设 、 分别围A、B的质量， 、 为合金中的浓度，则 合金及化合物的蒸发 合金各组分的蒸发速率： 若要保证薄膜组分和蒸发料一致，则必须 ，实际上难于做到。 合金及化合物的蒸发 例题： 处于1527 ℃下的镍铬合金（Ni80%，Cr20%），在 ， 时，蒸发速率比为： 铬的初始蒸发速率是镍的2.8倍； 随蒸发过程， 会逐渐减小，最终会小于1。 镍-铬合金薄膜实验结果证实了上述结果。 在真空蒸发法制作合金薄膜时，为保证薄膜组成，经常采用瞬时蒸发法、双蒸发源法等。 合金及化合物的蒸发 瞬时蒸发法 瞬时蒸发法又称“闪烁”蒸发法。 将细小的合金颗粒，逐次送到非常炽热的蒸发器中，使一个一个的颗粒实现瞬间完全蒸发。 关键 以均匀的速率将蒸镀材料供给蒸发源 粉末粒度、蒸发温度和粉末比率。 合金及化合物的蒸发 蒸发源最好用钨丝锥形筐 优点：可以获得成分均匀的薄膜，方便进行掺杂。 缺点：蒸发速率难于控制，蒸发速率不能太快。 目前，这种蒸发技术已经用于各种合金膜（Ni-Cr合金膜）、Ⅲ-Ⅴ族及 Ⅱ-Ⅵ半导体化合薄膜的制作。还成功地制成了MnSb（锑化锰）、MnSb-CrSb、CrTe（碲化铬）及Mn5Ge3等薄膜。 双源或多源蒸发法 将要形成合金的每一成分，分别装入各自的蒸发源中，然后独立地控制其蒸发速率，使达到基板的各种原子符合组成要求。 合金及化合物的蒸发 基板转动 ★ 化合物的蒸发 电阻蒸发法、反应蒸发法、双源或多