第二章 薄膜制备技术基础课件.ppt

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1、第二章薄膜制备技术薄膜制备工艺包括：薄膜制备方法的选择，基体材料的选择及表面处理，薄膜制备条件的选择，结构、性能与工艺参数的关系等。第一节基体的选择与基片的清洗方法（一）基体的选择在薄膜制备过程中，基体的选择与其他制备条件同样重要，有时可能更重要，基体选择的原则是：（1）是否容易成核和生长成薄膜；（2）根据不同的应用目的，选择金属（或合金）、玻璃、陶瓷单晶和塑料等作基体；（3）薄膜结构与基体材料结构要对应；（4）要使薄膜和基体材料的性能相匹配，从而减少热应力，不使薄膜脱落；（5）要考虑市场供应情况、价格、形状、尺寸、表面粗糙度和加工难易程度等。（二）基片的清洗1

2、、概述由于薄膜厚度很薄，基片表面的平整度、清洁度都会对所生长的薄膜有影响。基片表面的任何一点污物都会影响薄膜材料的性能和生长情况。由此可见，基片的清洗是十分重要的。基片的清洗方法主要根据薄膜生长方法和薄膜使用目的选定，因为基片表面状态严重影响基片上生长出的薄膜结构和薄膜物理性质。2、基片的清洗方法一般分为去除基片表面上物理附着的污物的清洗方法和去除化学附着的污物的清洗方法。目前，基片清洗方法有：用化学溶剂溶解污物的方法、超声波清洗法、离子轰击清洗法、等离子体清洗法和烘烤清洗法等。第二节真空技术基础真空技术是制备薄膜的基础，真空蒸发，溅射镀膜和离子镀等均要求沉积薄

3、膜的空间要有一定的真空度，因而获得并保持真空环境是镀膜的必要条件。一、真空的概念“真空”拉丁文Vacuo，其意义是虚无=>气体较稀薄的空间。真空是一个相对的概念“低于一个大气压的气体状态。”真空状态是气体分子运动的动态结果。标准状况下气体的分子密度约为3x1019个/cm31/104大气压下气体的分子密度约为3x1015个/cm3二、真空度的单位真空状态下气体稀薄程度称为真空度，通常用压力值表示。1958年，第一界国际技术会议曾建议采用“托”(Torr)作为测量真空度的单位。国际单位制(SI)中规定压力的单位为帕(Pa)。我国采用SI规定。1标准大气压(1at

4、m)≈1.013×105Pa(帕)1Torr≈1/760atm≈1mmHg1Torr≈133Pa≈102Pa100Pa=0.75Torr≈1Torr三、真空度的划分为了研究真空和实际应用方便，常把真空划分为：低真空（1×105~1×102Pa）中真空（1×102~1×10-1Pa）高真空（1×10-1~1×10-6Pa）超高真空（<1×10-6Pa）四个等级。四、真空的基本特点气体间的碰撞少，平均自由程长与器壁或研究对象表面的碰撞少压力低，改变化学平衡热导低化学非活性五、稀薄气体的基本性质1.在真空下，当气体处于平衡状态时可以使用物态方程加以描述，即：P=nkT

5、2.符合三个过程方程a.玻义尔定律：PV=Cb.盖-吕萨克定律：V/T=Cc.查理定律：P/T=C速度分布函数为：其中m为气体分子的质量3.单位体积内速率位于v与v+dv间的粒子数dN/N为：4.气体分子运动的几种平均运动速度a.气体分子的最可几速度Vm(讨论速率分布)b.气体分子的平均速度Va(讨论分子的平均运动距离)c.气体分子的均方根速度Vr(讨论分子的平均动能)室温下,压强为10-9torr时氮分子的平均自由程>50km。因此体积有限的超真空系统中，气体分子之间或气体分子与带电粒子之间的碰撞都可以近似忽略。5、气体分子的平均自由程：A分子碰撞截面，σ为分

6、子直径，p为压强，T为气体温度，k为玻耳兹曼常数。6、单位面积上分子与固体表面碰撞的频率：m和T分别为气体分子的质量和温度。对室温下的氮气，在10-6Torr时，v=4.4x1014分子/cm2·s假设每次碰撞均被表面吸附，一个“干净”的表面只要一秒多钟就被覆盖满了一个单分子层的气体分子：而在超高真空10-10Torr或10-11Torr时，由同样的估计可知“干净”表面吸附单分子层的时间将达几小时到几十小时。对于技术和物理研究的影响：表面物理，薄膜沉积7、克努曾定律或余弦定律：碰撞于固体表面的分子，飞离表面的方向与原入射方向无关，处于与表面法线成θ角的空间区域

7、（立体角为的dω）的分子的几率为：余弦定律的意义：（1）固体表面使分子入射的方向性消失；（2）分子在固体表面停留，使气体和固体表面发生能量和动量的传递。8.气体的吸附与脱附气体吸附：是指固体表面捕获气体分子的现象。吸附分为物理吸附和化学吸附。物理吸附：主要靠分子间的相互吸引力，易脱附，只在低温下有效。化学吸附：当气体和固体表面原子间生成化合物时，所产生的吸附作用。不易脱附，可发生在高温下。9.电子碰撞气体引起的电离电子能量较低：不会引起气体原子（分子）的状态发生变化。能量较高：引起气体原子（分子）的激发或电离。激发：部分价电子跃迁到较高的能级。电离：一个或多个价

8、电子脱离原子或分子的过程