《薄膜的制备2蒸镀》PPT课件

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1、材料物理制备基础第四讲：薄膜的制备一、薄膜的物理气相沉积2、脉冲激光沉积法二、薄膜的化学气相沉积1、薄膜的蒸镀法3、薄膜的溅射沉积二、薄膜的物理气相沉积PVD1、衬底的准备2、真空蒸镀法3、脉冲激光沉积法4、溅射沉积法1、衬底的准备（1）衬底的选取膨胀系数与薄膜相接近；对于需要外延生长的薄膜，要选取晶格相匹配的单晶衬底；根据制备薄膜的目的，还要考虑衬底的电阻率、介电常数、磁性、硬度、弹性模量等等i、玻璃是常用的衬底材料石英玻璃-----SiO2;99.5%；软化温度：1580oC；使用温度：950oC；膨胀系数：5.510-7/oC名

2、称分子式结晶类型晶格常数(nm)热膨胀系数(10-7/oC)食盐NaCl立方晶体a=0.5628水晶SiO2六方晶体a=0.41931c=0.54046a//133.7c//79.7蓝宝石Al2O3三方晶体a=0.4763c=1.3003a//45c//53氧化镁MgO立方晶体a=0.4203138硅Si金刚石型a=0.543126砷化镓GaAs闪锌矿结构a=0.5641957ii、常用单晶衬底单晶衬底---用薄膜外延生长；通过从解理面切开的方法获得平整、洁净的衬底；食盐晶体---因为是水溶性的，沉积薄膜后，通过在水中浸泡，可获得便于电

3、镜观察的无衬底的薄膜（用TEM时制备样品）。在实验中广泛应用；氧化镁晶体---用于钛酸锶、YBCO超导膜等等；硅---大量用于半导体器件薄膜的制备；砷化镓---通常用于超晶格外延生长薄膜；（2）衬底的清洗衬底表面的污染对于薄膜的物理化学性能有极大的影响。i）超声波清洗原理：超声波在液体中传播时，在液体中会发生产生气泡又消失的现象（气穴效应）。气穴内的压力瞬时局部升高，其作用在放在液体中的衬底时，就在其表面产生局部温升和局部高速流动，结果使衬底表面得到清洗。此方法对于除去油脂类污染有效。操作：把衬底放入烧杯，倒入丙酮或酒精。将烧杯放入已放

4、入水的超声波清洗器水槽。清洗5分钟。取出后，用氮气吹干，尽快放入真空室中。ii）硅片的清洗1:10:1mixtureHF,ethanol,distilledwater;1%HFsolutiondilutedwiththedeionizedwater;iii）离子轰击法在真空室中设置正负电极，放入氩气。用辉光放电时期产生离子。将衬底置于放电空间，具有一定速度的离子轰击衬底表面，衬底表面的分子被离子从衬底表面打出来。这种方法对于各种污染都是有效的。但是衬底表面会受到一定程度的破坏。2、真空蒸镀法原理：在真空中将制造薄膜的物质加热蒸发并使其沉

5、积到适当的衬底表面。优点：1）设备结构简单；2）许多物质都可以用真空蒸镀制备薄膜；3）薄膜的形成机理比较简单，可以晶核的形成和生长理论来解释；4）由于制作薄膜时热、电的干扰小，所以是用于薄膜形成是薄膜物理的研究；5）能制备与源材料不同成分比的化合物，也能制备具有与源材料不同晶体结构的薄膜。缺点：1）薄膜与衬底之间的结合力一般比较小；2）对薄膜结构敏感的一些性质，再现性差，可靠性差，无论用什么方法制备薄膜都有这个问题存在，而真空蒸镀的薄膜这个问题特别突出。3）高熔点物质和低蒸气压物质的真空蒸镀膜时很难制作的。例如铂、钽。4）蒸发物质的坩埚

6、材料也或多或少的一起蒸发，从而混入薄膜中成为杂质。真空室中的残留气体分子也会进入薄膜成为杂质。1）物质的蒸发速度在一定温度下，每种液体、固体都具有特定的平衡蒸气压，只有当环境中被蒸发物质的分压降低到它的平衡蒸气压以下时，才有物质的净蒸发。单位源物质表面上物质的净蒸发速率α=0~1蒸发系数；pe---物质的平衡蒸气压ph---物质的实际蒸气分压；物质的平衡蒸气压随温度上升增加得很快，因此对物质蒸发速度影响最大的因素是蒸发源的温度。与Knudsen克努森方程比较3、单位面积上气体分子的碰撞频率（单位面积上气体分子的通量）薄膜的沉积速度应该正

7、比于单位面积上气体分子的通量。所以，薄膜的沉积速度应与气体的压强成正比，与气体的温度、分子的质量的平方根成反比。---（Knudsen克努森方程，是真空和薄膜沉积技术中最常用的方程之一）2）蒸气的方向性物质在蒸发的过程中，蒸发原子的运动具有明显的方向性。它对于薄膜的均匀性有显著的影响。Me—蒸发出来的物质总量dAs---衬底面积元dMs—dAs上接受的沉积物的质量θ---衬底表面与空间角法线的偏离角r—蒸发源于衬底间的距离点蒸发源KnudsencellMe—蒸发出来的物质总量dAs---衬底面积元dMs—dAs上接受的沉积物的质量θ--

8、-衬底表面与空间角法线的偏离角Φ—dAs与蒸发源平面法线间的夹角r—蒸发源于衬底间的距离物质蒸发的方向性遵从余弦（cosφ）关系！3）蒸发源---蒸发材料的加热装置蒸镀的装置—真空室+加热装置（蒸发源）+衬