真空镀膜技术.ppt

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1、蒸發源（VaporSource）凌國基老師真空鍍膜技術蒸發率Pu：10-3torr蒸氣壓M：aMolofthesubstancebeingevaporatedT：Temperaturein°Ka：condensation，大約為1所以蒸發率與蒸氣壓最有關。在各種薄膜材料的特性資料上，除了Meltingpoint之外還有vaporpressure，以及在10-2torr或10-1～10-2mbar時之溫度。（如表二-1.1和表二-1.2）1913年，Langmuir提出，蒸發率為5.85×10-5×（）表二-1.1早期的資料表二-1.1早期的資料表二-1.2表二

2、-1.2氧化膜（Oxidesurfacelayers）真空腔常常會有很多水氣，因此許多金屬在蒸發時表面會有一層氧化膜，這些氧化膜是不會蒸發的，則金屬被包在氧化層中間，不容易蒸發。有些活性較強的金屬會在蒸發源上流動或潤濕，如此則表面之氧化膜破裂，而得以蒸發。鍍膜時需要一個蒸發源，蒸發源如圖五(a)稱為鎢舟，鎢舟兩邊加上電壓產生電流，產生電流後即產生熱量，持續加熱到剛才所說的溫度就會蒸發上去，圖五上還有各種形狀的鎢舟或鉬舟。圖五、各式鎢舟（在後面會有詳細的說明）將鉻勾放在螺旋狀鎢絲上加熱蒸發，因為吸附力＞內聚力，則鉻會附在鎢絲上。此時會有少量金屬在加熱器（鎢絲）上

3、流動，因為（R為電阻，＝電阻率，＝長度，A＝截面積），鎢絲變粗，電阻下降，又（W為功率，I為電流，R為電阻），電阻下降，功率下降，所以鎢絲溫度會迅速下降，蒸發率上升（參蒸發率公式）。鎢絲暫時冷卻，阻止進一步熔化，如此周而反覆的進行。三種氧化膜不會阻礙蒸發的情況氧化物比蒸發物更易揮發。鍍金屬時我們要鍍的金屬就會被氧化物汙染，舉例說明：氧化鎢比鎢容易蒸發。這時就要在基板前先以遮板擋住，先加熱把氧化鎢蒸發掉，再移開遮板鍍鎢。其他還有如GeO、SiO。氧化物在高溫分解。金屬能夠擴散通過氧化層。在900℃時，鉻可以通過氧化層不受影響，但在高溫時則是會受到影響的。因此通常

4、鍍金屬都是要快速進行，以免受氧化作用。最麻煩的狀況就是氧化物在高溫的時候不會分解，如氧化鉻。舉例說明：金屬通常都是由表面發揮，除非加熱速度很快，被鍍物溫度分佈不均、或是金屬表面有一層不透、不揮發的氧化膜時，此時金屬會在氧化膜內部形成泡泡而濺出質點，當我們拿出基板上面會出現在如水滴乾掉的水漬痕跡(原本應該是鍍出一個完整的平面)。另外，如果熔化物會吸收氣體，造成迅速膨脹，也會有質點或粉末跳出。以上所說的例子，都是用來說明為什麼需要這麼多種不同的蒸發源（見圖五）。鈦及其化合物的鍍膜性質在鍍膜時，有些材料具有活性，很容易跟其他的氣體起作用，鈦就是一個很好的例子。活性很

5、好的話，在鍍上基板時會跟基板起化學作用，那它鍍上去的附著性就非常的好。像洗的很乾淨的玻璃，上方一定會有一些具自由基的氧(沒有與SiO鍵結的氧)，假設是鍍鈦上去好了，那就會形成TiO的鍵結，也就是一層化合物上鍵結了另一層的化合物那整個結構是非常牢固的。所以在鍍活性材料時，它的接著力好很多。在鍍鈦的時候...如果真空腔內有氮、氧，因鈦是很活性的，那它也會跟氮、氧起反應：鈦：暗銀白色。TiN：金黃色。(鈦跟氮一樣多)。Ti2O3：藍色，TiO2：膜層時為透明，粉末狀為白色，即工業用鈦白粉。TiOx：可以是黑咖啡色。TiNx：可以是鹹菜色。Ti的活性非常強可用在吸收p

6、ump。Ionpump。Tisublimationpump。鍍出來的折射率無法確定。Ti0.8Zr0.2O2為黃金色。TiO2熔點高，通常用Ti2O3或TiO加氧來蒸鍍。所以有Ti0.5Zr0.5Ox（Substance1）較穩定。TiO2＋Pr6O11＋？（Substance2）較容易鍍但不穩定（用e-bean較穩定）。高溫耐熔金屬依次為鎢、鉭、鉬、鈳、鉑(白金)等，最常用的為鎢、鉭、鉬。鎢可以是再結晶態或非結晶態二種。通常買到的鎢舟會稍微軟軟的，那是因為它很接近非結晶態（晶粒比較小），延展性較佳；若加熱到1000℃後，則鎢會再結晶、變脆。鉭、鉬比鎢容易加工

7、，但也有加熱後再結晶、變脆的情形。通常買來的鎢(鉭、鉬)表面會有一層氧化物，氧化物比較容易蒸發會造成汙染。如鍍的東西較不重要就不加理會，如鍍的純度要求很高可先在真空中加熱(如前述的方法，如加熱完打開真空腔來看，原本看起來暗暗的鎢舟，會變的有金屬光澤)，或浸在NaOH溶液中將氧化物洗去，用電解法侵蝕。FilamentandFoilSource1.耐熱金屬（RefractoryMetals）FilamentandFoilSource2.絲形加熱器（FilamentHeaters）絲形（Filament）之加熱器主要分為二種：（1）開放螺旋形－用來蒸發條型金屬，較常

8、見致今都還常看到。（2）錐形籃加熱源－