真空蒸发课件剖析.pptVIP

第八章 薄膜制备技术;薄膜生长方法是获得薄膜的关键。薄膜材料的质量和性能不仅依赖于薄膜材料的化学组成，而且与薄膜材料的制备技术具有一定的关系。 随着科学技术的发展和各学科之间的相互交叉, 相继出现了一些新的薄膜制备技术。这些薄膜制备方法的出现, 不仅使薄膜的质量在很大程度上得以改善, 而且为发展一些新型的薄膜材料提供了必要的制备技术。 ;1852 Grove观察到辉光放电引起的金属沉积； 1857 Faraday 在惰性气体环境，蒸发沉积金属薄膜； 工业化光学元件（真空技术，加热元件:Pt,W） 1877 溅射法用于镜子表面镀膜，但主要以蒸发法为主（高沉积率，高真空度，清洁环境，适用各种材料） 1960s，PLD，CVD，MBE，磁控溅射……;物理气相沉积(PVD) 物理气相沉积:薄膜材料主要通过物理过程输运到基体表面的镀膜方法； 通常是固体或熔融源； 在气相或衬底表面没有化学反应； 代表性技术：蒸发镀膜、溅射镀膜； 技术特点：真空度高、沉积温度低、设备相对比较简单。薄膜质量差，可控度小、表面容易不均匀。;化学气相沉积(CVD) 化学气相沉积: 沉积过程中发生化学反应，薄膜与原料的化合状态不一样。 代表性技术：低压CVD(LPCVD), 常压CVD APCVD, 等离子体增强CVD (PECVD);金属有机源CVD(MOCVD) 技术特点：薄膜质量高，致密，可控性好，;新的薄膜制备技术： 以蒸发沉积为基础发展出了电子束蒸发沉积、分子束外延薄膜生长(MBE)、加速分子束外延生长(MBE)； 以载能束与固体相互作用为基础, 先后出现了离子束溅射沉积、脉冲激光溅射沉积(PLD)、强流离子束蒸发沉积、离子束辅助沉积(IBAD)、低能离子束沉积； 以等离子体技术为基础出现了等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、磁控溅射镀膜；;Nanosolar的ink print技术;薄膜沉积中的共性问题：超净室;;;;芯片特征尺寸和沾污控制;真空蒸发镀膜 ;二．真空蒸发的物理过程： 1.采用各种形式的热能转换方式，使镀膜材料粒子蒸发或升华，成为具有一定能量的气态粒子(原子，分子，原子团，0 .1 ? 0.3 eV)； 2.气态粒子通过基本上无碰撞的直线运动方式传输到基体； 3.粒子淀积在基体表面上并凝聚成薄膜； 4.组成薄膜的原子重新排列或化学键合发生变化。;1.蒸发热力学;理想气体的状态方程：;真空蒸发课件剖析;ln p ∽ T 曲线;ln p ∽ T 曲线;说明:;2. 蒸发速率;蒸发速率公式;由两种或两种以上组元组成的合金在蒸发时遵守以下规律： 1) 分压定律：合金溶液总蒸汽压等于各组元蒸汽分压之和。即 P = P1 + P2 + P3 +…… + Pi 2) 拉乌尔定律：理想的合金溶液中，各组元的平衡蒸汽压 Pi与其摩尔分数xi成正比，其比例常数就是同温度下该组元单独存在时的平衡蒸气压。;Pi = PioXi ;分馏问题(二元合金的例子)：;但这并不能保证薄膜中的组分保持2%，随着沉积进行，Al的含量不断减少，比如初始有86+14克合金，蒸发了50g（49+1），剩下原料(37+13), 所以需不断补充源料；;;cSB;其它解决方案： 源的总量非常大； 多蒸发源(MBE)； 瞬时蒸发； 多层膜扩散合金化。;真空蒸发课件剖析;可解决分馏问题，排气比较困难; 大多数化合物蒸发时会全部分解或部分分解，所以难以镀制出组分符合化学比的镀层。 化合物 MX 的蒸发情况可分类如下： 1) 化合物不分解 MX (S或L) → MX (g) 例: MgF2(s) →MgF2(g) 2) 蒸发分解 MX (s) →M (g) +X (g) 例： 2CdTe(S)→2Cd(g)+Te2(g);3) 蒸发部分分解 MXn(S) →MX(g) + Xn-1(g) 例: SiO2(S)→SiO(g) +O2(g) 4) 部分蒸发 nMX(s) → nM(S) + X n (g) 例：2BN(S)→2B(S)+N2(g) 直接蒸发化合物镀料制备化合物薄膜的例子: SiO, GeO, SnO, AlN, CaF2, MgF2, B2O3;真空蒸发课件剖析;例：沉积GaAs (沉积窗口);薄膜的纯度 Ci;室温下沉积 Sb 膜中的最大氧含量;蒸发动力学 ;关系曲线 ;蒸发源的发射特性------厚度均匀性;蒸发总质量：;;2．面蒸发源;;面蒸发源的特性;点源和面源的比较：;如图表示与蒸发源平行放置于正上方的平面基片;提高膜厚均匀性的措施：;真空蒸发课件剖析;问题：利用双源在长为150cm的衬底上沉积材料，要求厚度均匀性好于10%，求hv，