《真空蒸镀技术介绍》PPT课件

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1、薄膜材料制备技术ThinFilmMaterials北京科技大学材料科学学院唐伟忠Tel:62334144E-mail:wztang@mater.ustb.edu.cn课件下载网址：wztang_teaching@sina.com下载密码：123456第二讲薄膜材料制备的真空蒸发法Preparationofthinfilmsbyvacuumevaporation提要元素的热蒸发化合物与合金的热蒸发蒸发沉积薄膜的均匀性制备薄膜材料的各种蒸发方法物理气相沉积（physicalvapordeposition,PVD）是利用某种物理过程物

2、质的热蒸发或在粒子轰击下物质表面原子的溅射，不涉及化学反应过程的，实现原子从源物质到薄膜的可控转移的薄膜（及其他材料）制备方法。物理气相沉积化学气相沉积（chemicalvapordeposition,CVD）是经由气态的先驱物，通过气相原子、分子间的化学反应，生成薄膜（及其他材料）的技术手段。化学气相沉积使用固态或熔融态的物质作为沉积过程的源物质源物质经过物理过程进入气相在气相中及在衬底表面并不发生化学反应使用相对较低的气体压力环境低压PVD环境下：其他气体分子的散射作用较小，气相分子的运动路径为一直线；气相分子在衬底上的沉积几率

3、接近100%物理气相沉积方法的特点蒸发法的显著特点之一是其较高的背底真空度。在较高的真空度下：不仅蒸发出来的物质原子或分子具有较长的平均自由程，可以直接沉积到衬底表面上;且还可以确保所制备的薄膜具有较高的纯净度。真空蒸发法的特点薄膜蒸发沉积装置的示意图装置的主要组成：真空环境、蒸发源、衬底……原则上，真空度应越高越好（10-5Pa）元素的平衡蒸气压随温度的变化曲线上的点标明的是相应元素的熔点元素的平衡蒸气压随温度的变化lgpe(Pa)=+14.533-0.999lgT-3.5210-6T由克劳修斯-克莱普朗(Clausius

4、-Clapeyron)方程有如，液态Al的平衡蒸气压就满足关系式元素的平衡蒸气压随温度的变化曲线上的点标明的是相应元素的熔点——————为一个介于01之间的系数；pe和ph是元素的平衡蒸气压和实际分压。当=1，且ph=0时，蒸发速率取得最大值由此，可以计算物质的蒸发、沉积速率当元素的分压低于其平衡蒸气压时，元素发生净蒸发。反之，元素发生净沉积。蒸发时,单位表面上元素的净蒸发速率(物质通量)等于元素的蒸发速率(物质通量)（原子/cm2s）由于元素的平衡蒸气压随温度的增加很快，因而对元素蒸发速率影响最大的因素是蒸发源所

5、处的温度元素的质量蒸发速率元素蒸发速率的另一种表达形式为单位表面上元素的质量蒸发速率（g/cm2s）根据物质的特性,物质的蒸发有两种类型:在低于熔点时，元素的蒸气压已较高(如Cr、Ti、Mo、Fe、Si等)。此时，直接利用由固态物质的升华现象，即可实现元素的热蒸发即使是到了元素的熔点以上，其平衡蒸气压也低于10-1Pa。此时，需要将物质加热到其熔点以上。大多数金属的热蒸发属于这种情况石墨没有熔点，而其升华温度又很高，因而多利用石墨电极的放电过程来使碳元素发生热蒸发元素的蒸发一般认为，纯元素多是以单个原子、但有时也可能是以原子团的形

6、式蒸发进入气相的。比如：Cu,As2元素蒸发时的形态化合物的热蒸发GaAs的情况化合物也多是以单个原子、但也有可能以分子的状态蒸发进入气相。这取决于原子间结合力的强弱化合物的热蒸发在化合物的蒸发过程中，蒸发出来的物质蒸气可能具有完全不同于其固态源物质的化学成分，如SiO2SiOx,x=02。另外，气相分子还可能发生一系列的化合与分解过程。这些现象的直接后果是沉积后的薄膜成分可能偏离化合物原来化合物的化学组成!化合物热蒸发的微观过程过程类型化学反应实例注释

7、无分解蒸发MX(s或l)MX(g)SiO2,B2O3,薄膜成分与原AlN,CaF2始成分相同固态或液态分解蒸发MX(s)M(s)+(1/2)X2(g)Ag2S,Ag2Se沉积物化学成MX(s)M(l)+(1/n)Xn(g)III-V化合物分发生偏离需使用独立的蒸发源气态分解蒸发硫属化合物MX(s)M(g)+(1/2)X2(g)CdS,CdSe同上氧化物MO2(s)MO(g)+(1/2)O2SiO2,TiO2沉积物缺氧；可在氧气氛中沉积

8、合金中各元素的热蒸发合金中原子间的结合力小于在化合物中不同原子间的结合力。因而，合金中各元素的蒸发过程可以被近似视为是各元素相互独立的蒸发过程，就像它们在纯元素蒸发时的情况一样。即使如此，合金在蒸发