《真空蒸发》PPT课件

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1、第八章薄膜制备技术直流溅射射频溅射磁控溅射离子束溅射真空蒸发溅射沉积离子镀物理气相沉积（PVD）化学气相沉积（CVD）分子束外延（MBE）气相沉积电镀法溶胶-凝胶法电阻加热感应加热电子束加热激光加热直流二极型离子镀射频放电离子镀等离子体离子镀HFCVDPECVDLECVD……DCRFMWECR热壁冷壁薄膜生长方法是获得薄膜的关键。薄膜材料的质量和性能不仅依赖于薄膜材料的化学组成，而且与薄膜材料的制备技术具有一定的关系。随着科学技术的发展和各学科之间的相互交叉,相继出现了一些新的薄膜制备技术。这些薄膜制备方法的出现,不仅使薄膜的质量在很大程度上得以改善,而且为发展一些新型的薄膜材料提供了必要的制

2、备技术。1852Grove观察到辉光放电引起的金属沉积；1857Faraday在惰性气体环境，蒸发沉积金属薄膜；工业化光学元件（真空技术，加热元件:Pt,W）1877溅射法用于镜子表面镀膜，但主要以蒸发法为主（高沉积率，高真空度，清洁环境，适用各种材料）1960s，PLD，CVD，MBE，磁控溅射……沉积技术的发展物理气相沉积(PVD)物理气相沉积:薄膜材料主要通过物理过程输运到基体表面的镀膜方法；通常是固体或熔融源；在气相或衬底表面没有化学反应；代表性技术：蒸发镀膜、溅射镀膜；技术特点：真空度高、沉积温度低、设备相对比较简单。薄膜质量差，可控度小、表面容易不均匀。化学气相沉积(CVD)化学气

3、相沉积:沉积过程中发生化学反应，薄膜与原料的化合状态不一样。代表性技术：低压CVD(LPCVD),常压CVDAPCVD,等离子体增强CVD(PECVD);金属有机源CVD(MOCVD)技术特点：薄膜质量高，致密，可控性好，其它成膜技术：液相外延(LPE)，电沉积，溶胶凝胶(sol-gel)，自组装，spin-coating，化学浴沉积(CBD)等。新的薄膜制备技术：以蒸发沉积为基础发展出了电子束蒸发沉积、分子束外延薄膜生长(MBE)、加速分子束外延生长(MBE)；以载能束与固体相互作用为基础,先后出现了离子束溅射沉积、脉冲激光溅射沉积(PLD)、强流离子束蒸发沉积、离子束辅助沉积(IBAD)、

4、低能离子束沉积；以等离子体技术为基础出现了等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、磁控溅射镀膜；Nanosolar的inkprint技术薄膜沉积中的共性问题：超净室超净室＋超净真空室镀膜中的气泡是影响膜的特性和附着强度的最大障碍之一。灰尘是产生气泡的主要原因。超净真空室：除尘，抽气时防止产生湍流。超净室，不能产生灰尘：1、油封机械泵所排出的气体要接到室外；2、用无皮带的直连泵或将泵装在室外；3、用塑料纸张或使用不产生灰尘的纸；不能用铅笔；4、用超纯水。人体污染：呼出气体中颗粒的污染距离0.6-1m，打喷嚏的污染距离4~5m。主要是含有矿物质和盐如钠，钙，铁，镁，氯，铝，硫，钾，磷。大气中的尘埃

5、粒子及其大小范围比较清洁的城市中：0.5mm以上的灰尘大概177K/L。芯片特征尺寸和沾污控制真空蒸发镀膜真空蒸发镀膜(蒸镀)是在真空条件下，加热蒸发物质使之气化并淀积在基片表面形成固体薄膜，是一种物理现象。广泛地应用在机械、电真空、无线电、光学、原子能、空间技术等领域。加热方式可以多种多样。二．真空蒸发的物理过程：1.采用各种形式的热能转换方式，使镀膜材料粒子蒸发或升华，成为具有一定能量的气态粒子(原子，分子，原子团，0.10.3eV)；2.气态粒子通过基本上无碰撞的直线运动方式传输到基体；3.粒子淀积在基体表面上并凝聚成薄膜；4.组成薄膜的原子重新排列或化学键合发生变化。影响真空镀膜质量

6、和厚度的因素主要有蒸发源的温度、蒸发源的形状、基片的位置、真空度等。1.蒸发热力学一.元素的平衡蒸汽压P与温度的关系Clapeyron-Clausius方程：ΔH：单位摩尔物质的热焓变化ΔV：单位摩尔物质体积的变化理想气体的状态方程：则有ΔH≈物质在某温度的汽化热ΔHe或蒸发热只在一定温度范围内成立，实际上I与温度相关lnp∽T曲线金属材料lnp∽T曲线无机非金属材料说明:1)平衡蒸汽压为1Pa时的温度即蒸发所需的温度;2)温度变化10%，平衡蒸汽压变化大约一个数量级，对温度很敏感；3)蒸发温度高于熔点，液体~蒸汽蒸发温度低于熔点，固体~蒸汽，升华2.蒸发速率dN：蒸发粒子数A：蒸发表面积Ph

7、：蒸发物分子对蒸发表面造成的静压强ae：蒸发系数（0~1）PVPh蒸发速率公式朗谬尔(Langmuir)蒸发公式由两种或两种以上组元组成的合金在蒸发时遵守以下规律：1)分压定律：合金溶液总蒸汽压等于各组元蒸汽分压之和。即P=P1+P2+P3+……+Pi2)拉乌尔定律：理想的合金溶液中，各组元的平衡蒸汽压Pi与其摩尔分数xi成正比，其比例常数就是同温度下该组元单独存在时的平衡蒸气压。合金的沉积：3.