《薄膜制备技术》课件

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1、7.薄膜制备技术7.1薄膜材料基础7.1.1薄膜的概念与分类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（4）组成（5）物性厚度，决定薄膜性能、质量通常，膜厚<数十um，一般在1um以下。薄膜的一个重要参数薄膜材料与器件结合，成为电子、信息、传感器、光学、太阳能等技术的核心基础。6薄膜应用薄膜材料及

2、相关薄膜器件兴起于20世纪60年代。是新理论、高技术高度结晶的产物。主要的薄膜产品光学薄膜、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、塑料金属化制品薄膜是现代信息技术的核心要素之一7.1.2薄膜的制备方法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CVD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。7.2物理成膜1.定义2.成膜方法与工艺7.2.1概述真空蒸发镀膜（包括脉冲激光沉积、分子束外延）溅射镀膜离子

3、成膜材料及试验方法磁控溅射设备激光分子束外延设备溅射进样真空室Methodsoffilmpreparationincludelaserdeposition,sputtering,MOCVD,andsol-geltechniques.Thecompositionandcrystalstructureoffilmsdependonmaterialquality,fabriccationmethod,synthesiscondition,andpost-annealing.NaturalWorld“Atomic-World”Targ

4、et/evaporatedsourceSubstratesurfaceAtomicrainClustersParticlesDischargeImpurity,ContaminationVacuumCloudEarthsurface--groundNaturalrainSnowHailThunderstormDust,PollutionEnvironmentalprotectionCloudtargetsubstrate原子层的晶体生长“世界”与自然世界的比拟7.2.2真空蒸发镀膜真空室内加热的固体材料被蒸发汽化或升华后，凝结

5、沉积到一定温度的衬底材料表面。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。是一个以能量转换为主的过程。工艺原理演示1.工艺原理2.工艺方法（1）对于单质材料，按常见加热方式有电阻加热、电子束加热、高频感应加热、电弧加热和激光加热。1）电阻加热电阻作为蒸发源，通过电流受热后蒸发成膜。使用的材料有：Al、

6、W、Mo、Nb、Ta及石墨等。2）电子束加热利用电子枪（热阴极）产生的电子束，轰击欲蒸发的材料（阳极）使之受热蒸发，经电子加速极后沉积到衬底材料表面。3）高频感应加热高频线圈通以高频电流后，产生涡流电流，致内置材料升温，熔化成膜。4）电弧加热高真空下，被蒸发材料作阴极、内接铜杆作阳极，通电压，移动阳电极尖端与阴极接触，阴极局部熔化发射热电子，再分开电极，产生弧光放电，使阴极材料蒸发成膜。5）激光加热非接触加热。用激光作热源，使被蒸发材料汽化成膜。常用CO2、Ar、YAG钕玻璃，红宝石等大功率激光器。（2）对于化合物和合成材料，

7、常用各种蒸发法和热壁法。1）闪蒸蒸发（瞬间蒸发）：呈细小颗粒或粉末的薄膜材料，以极小流量逐渐进入高温蒸发源，使每个颗粒在瞬间全蒸发，成膜，以保证膜的组分比例与合金相同。2）多源蒸发：组成合金薄膜的各元素，各自在单独的蒸发源中加热，蒸发，并按薄膜材料组分比例成膜。3）反应蒸发：真空室通入活性气体后，其原子、分子与来自蒸发源的原子，分子，在衬底表面反应生成所需化合物。一般用金属或低价化合物反应生成高价化合物。4）三温度蒸发；实际上是双源蒸发。对不同蒸气压元素，对蒸发温度，蒸发速率和衬底温度分别控制，在衬底表面沉积成膜。5）热壁法：

8、利用加热的石英管（热壁），将蒸发源蒸发出的分子或原子，输向衬底成膜。是外延薄膜生长的发展。6）分子束外延(MBE)分子束外延是以蒸镀为基础发展起来的技术。指在单晶基体上成长出位向相同的同类单晶体（同质外延），或者成长出具有共格或半共格联系的异类单晶体（异质外延）。外延（epi