【5A文】薄膜的制备.ppt

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1、第三章薄膜的制备123.1薄膜材料基础（1）.薄膜材料的概念采用一定方法，使处于某种状态的一种或几种物质（原材料)的基团以物理或化学方式附着于衬底材料表面，在衬底材料表面形成一层新的物质，这层新物质就是薄膜。简而言之，薄膜是由离子、原子或分子的沉积过程形成的二维材料。（2）.薄膜分类（1）物态（2）结晶态：（3）化学角度3（4）组成（5）物性厚度，决定薄膜性能、质量通常，膜厚<数十μm，一般在1μm以下。薄膜的一个重要参数43.薄膜应用光学薄膜、集成电路、太阳能电池、液晶显示膜、光盘、磁盘、刀具硬化膜、建筑镀膜制品、塑料金属化制品54

2、.代表性的制备方法按物理、化学角度来分，有：物理成膜PVD化学成膜CVD6薄膜涂层本身不能单独作为一种材料来使用，必须和基片结合起来才能发挥其作用。3.2基片的类型：玻璃基片陶瓷基片单晶基片金属基片7基片的清洗基片的清洗方法应根据薄膜生长方法和薄膜使用目的来确定使用洗涤剂清洗化学药品和溶剂清洗超声波清洗离子轰击清洗烘烤清洗：8利用蒸发、溅射沉积或复合的技术，不涉及到化学反应,成膜过程基本是一个物理过程而完成薄膜生长过程的技术,以PVD为代表。1).定义2).成膜方法与工艺真空蒸发镀膜溅射镀膜离子成膜3.3物理气相沉积93).物理气相沉

3、积－－真空蒸镀真空室（钟罩）膜厚计蒸发源中间室薄膜材料电流引入线高真空泵基片挡板真空蒸镀是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。10真空蒸发镀膜形成薄膜经历三个过程：蒸发或升华。通过一定加热方式使被蒸发材料受热蒸发或升华，由固态或液态变成气态。输运到衬底。气态原子或分子在真空状态及一定蒸气压条件下由蒸发源输运到衬底。吸附、成核与生长。通过粒子对衬底表面的碰撞，衬底表面对粒子的吸附以及在表面的迁移完成成核与生长过程。11NaturalWorld“Atomic-World”Target/evaporate

4、dsourceSubstratesurfaceAtomicrainClustersParticlesDischargeImpurity,ContaminationVacuumCloudEarthsurface--groundNaturalrainSnowHailThunderstormDust,PollutionEnvironmentalprotectionCloudtargetsubstrate原子层的晶体生长“世界”与自然世界的比拟123.3.1蒸发的分子动力学基础气相分子的流量13蒸发速率气体分子平均自由程：14一个分子在连续两

5、次碰撞之间所经过的直线路程(即自由程)长度不尽相同，将各段自由程取平均值，即为平均自由程。到达基片的分子数与蒸发分子数的比率：15（a）克努曾盒型（b）自由挥发型　（c）坩埚型LlD3.3.2蒸发源应具备的条件(1)能加热到平衡蒸气压时的蒸发温度；(2)要求坩锅材料具有化学稳定性；(3)能承载一定量的待蒸镀材料。16rdωθ基片表面点蒸发源立体角dω内，物质蒸发的质量为：17基片上单位面积附着物质量为：点蒸发源点源可以是向任何方向蒸发。rdωθ基片表面φ微面蒸发源18立体角dω内，物质蒸发的质量为：基片上单位面积附着物质量为：微面蒸发

6、源19距基片中心为δ距离的膜厚为：微面源：点　源：rdωθ基片表面φ微面蒸发源δh点源：rdωθ基片表面点蒸发源δh蒸发源的加热方式电阻加热法电子束加热法高频感应加热，电弧加热，激光加热法20电阻加热法要考虑的因素：蒸发源材料的熔点和蒸气压蒸发源材料与薄膜材料的反应性蒸发源材料与薄膜材料间的润湿性电阻作为蒸发源，通过电流受热后蒸发成膜。使用的材料有：W、Mo、Nb、Ta及石墨等。21电阻加热蒸发源的形状螺旋丝状：可以从各个方向发射蒸气箔舟状：可蒸发不浸润蒸发源的材料，效率较高，但只能向上蒸发。22电子束加热法棒状薄膜材料钽板钨丝钽板钨

7、丝基座（铜制）冷却水薄膜材料棒状料块或粉末状料与电阻加热蒸发法相比的优点：防止蒸发源材料以杂质的形式混入薄膜中23电子束聚焦（静电聚焦、磁场聚焦）243.3.3合金、化合物的蒸镀方法1).合金的蒸镀闪蒸蒸镀法双蒸发源蒸镀法薄膜材料加料斗滑槽振动轮基片蒸发源闪蒸蒸镀原理25关键技术是：蒸发源独立工作设置隔板双蒸发源蒸镀原理262).化合物蒸镀方法电阻加热法反应蒸镀法双蒸发源蒸镀法（三温度法）导入O2/空气空气导入口导入O2/空气断流阀加热器加热器基片SiO-O2-空气反应蒸镀制SiO2膜原理可调泄漏阀27三温度法工作原理：双蒸发源蒸镀＋

8、反应蒸镀基片(GaAs,Ge等；425~450℃)加热炉高真空泵加热器加热器As蒸发源(~295℃)Ga蒸发源(~910℃)三温度法制备GaAs单晶膜原理428改进三温度法（分子束外延法，四温度法）原理：使蒸发源发出的所