物理气相沉积技术.ppt

《物理气相沉积技术.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、物理气相沉积技术（PhysicalVaporDeposition,PVD)1.物理气相沉积技术的概念2.物理气相沉积的基本过程3.物理气相沉积技术的分类★4.蒸发镀膜※5.溅射镀膜★6.离子镀一.物理气相沉积技术的概念物理气相沉积（PhysicalVaporDeposition,PVD)技术：表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源－固体或液体表面气化成气体原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体（或等离子体）过程，在基体表面沉积具有特殊功能薄膜的技术。二.物理气相沉积技术的基本过程从原材料中发射粒子（通过蒸发、升华、溅射和分解等过程）.粒子输运到

2、基片（粒子间发生碰撞，产生离化、复合、反应，能量的交换和运动方向的变化）.粒子在基片上凝结、成核、长大和成膜.PVD的物理原理块状材料(靶材)薄膜物质输运能量输运能量衬底以气态方式进行气态三.物理气相沉积技术的分类四.蒸发镀膜概念：将镀料在真空中加热、蒸发，使蒸发的原子或原子团在温度较低的基板上凝结，形成薄膜。基本思想：将材料置于某种容器内,升高温度，熔解并蒸发材料SubstrateSubstrateSubstrateSubstrateSubstrate原子团簇岛薄膜热运动根据加热原理（或加热方式）分有：电阻加热蒸发、电子束蒸发、激光熔融蒸发、射频加

3、热蒸发电阻加热蒸发热蒸发是在真空状况下，将所要蒸镀的材料利用电阻加热达到熔化温度，使原子蒸发，到达并附着在基板表面上的一种镀膜技术将用高熔点金属(W,Mo,Ta,Nb)制成的加热丝或舟通上直流电，利用欧姆热加热材料.电阻加热蒸发特点：结构简单、成本低廉、操作方便；支撑坩埚及材料与蒸发物反应；难以获得足够高温蒸发介电材料（Al2O3、TiO2）；蒸发率低；加热导致合金或化合物分解。可制备单质、氧化物、介电和半导体化合物薄膜。电子束蒸发热电子由灯丝发射后，被加速阳极加速，获得动能轰击到处于阳极的蒸发材料上，使蒸发材料加热气化，而实现蒸发镀膜电子束蒸发用高

4、能聚焦的电子束熔解并蒸发材料电子束加热原理:是基于电子在电场作用下,获得动能轰击处于阳极的蒸发材料,使蒸发材料加热气化.电子束蒸发源的优点电子束轰击热源的束流密度高，能获得远比电阻加热源更大的能量密度。达到104∼109W/cm2的功率密度，熔点3000℃的材料蒸发，如WW、Mo、Ge、SiO2、Al2O3等。被蒸发材料可置于水冷坩锅中→避免容器材料蒸发、及其与蒸发材料反应热量可直接加到蒸镀材料的表面→热效率高、热传导和热辐射损失小电子束蒸发源的缺点电子枪发出的一次电子和蒸发材料发出的二次电子会使蒸发原子和残余气体分子电离→影响膜层质量。可选择电子枪

5、加以解决电子束蒸镀装置结构复杂、价格昂贵．加速电压高时，产生的一些射线对人体伤害激光熔融蒸发高功率激光束作为热源蒸发待蒸镀材料，激光光束通过真空室窗口打到待蒸发材料使之蒸发，最后沉积在基片上.激光熔融蒸发特点：激光清洁、加热温度高，避免坩埚和热源材料的污染；可获高功率密度激光束，蒸发速率高，易控制；容易实现同时或顺序多源蒸发；比较适用成分复杂的合金或化合物材料；易产生微小的物质颗粒飞溅，影响薄膜性能.五.溅射镀膜1.溅射的概念具有一定能量的入射离子在对固体表面进行轰击时，入射离子在与固体表面原子的碰撞过程中将发生能量和动量的转移，并可能将固体表面的原

6、子溅射出来，这种现象称为溅射。溅射出的粒子大多呈原子状态，常称为溅射原子。用于轰击靶材的荷能粒子可以使电子、离子、中性粒子，由于离子在电场下易于加速并获得所需动能，故大多采用离子作为轰击粒子，则该离子又称为入射离子。++++++Al靶Al膜溅射沉积薄膜原理阳阴避免金属原子氧化真空Ar气Ar+Al靶溅射与热蒸发在本质上不同，热蒸发是由能量转化引起的，溅射含有动量转换，所以溅射出的原子有方向性。利用这种现象制备薄膜的方法称为溅射法。在实际进行溅射时，通常是利用被电场加速的正离子轰击欲被溅射的靶电极(阴极)，并从阴极靶溅射出原子，所以又称为阴极溅射。溅射现

7、象是在辉光放电中观察到的。在辉光放电过程中离子对阴极的轰击，可以使得阴极的物质飞溅出来。即射向固体表面的离子都是来源于气体放电。1).无光放电区：一般情况，气体原子基本处于中性。无外电场下，带电粒子和气体分子，无规则运动；有外电场下，定向运动，U↑→V↑→I↑,当粒子速度达到饱和，电流达到饱和值。2).汤生放电区：U↑→E↑→V↑,电子与中性分子之间的碰撞不再是低速时的弹性碰撞，而使得气体分子电离，产生正离子和电子。电子与中性分子之间的碰撞使得气体分子电离，产生正离子和电子，新产生的电子和原有电子被电场加速，使得更多气体分子电离，电子和离子数目雪崩式

8、增加，放电电流迅速增大。2).汤生放电区：这时，放电电流迅速增加，但是电压变化不大。3).辉光放电：在汤生放