薄膜物理课件 (2)蒸发源的类型

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1、蒸发源的类型二、电子束蒸发源电阻加热蒸发源缺点(1)来自加热装置、坩埚等可能造成的污染(2)电阻加热法的加热功率或加热温度也有一定的限制电子束蒸发克服了电阻加热法的上述两个缺点，特别适合制备高熔点薄膜材料和高纯薄膜材料要制备纯度很高的薄膜材料，以及蒸镀某些难熔金属和氧化物材料时，采用电阻加热蒸发源不能满足要求蒸发源的类型电子束蒸发是将蒸发材料放入水冷铜坩埚中，直接利用电子束加热，使蒸发材料气化蒸发后凝结在基板表面成膜，是真空蒸发镀膜技术的一种重要的加热方法和发展方向电子束加热原理与特点电子束加热原理是基于电子在电

2、场作用下，获得动能轰击处于阳极的蒸发材料上，使蒸发材料加热气化，从而实现蒸发镀膜若不考虑发射电子的初速度，则有U：电子的加速电压e：电荷(1.6×10-19C)m:电子的质量(9.1×10-28g)蒸发源的类型这样高速运动的电子在一定的电磁场作用下，使之汇集成电子束并轰击到蒸发材料的表面，使动能变为热能电子的运动速度为假如U=10kV,则电子速度可达到6×104km/s当加速电压很高时，产生的热能可足以使蒸发材料气化蒸发，从而成为真空蒸发的良好热源蒸发源的类型蒸发源的类型电子束蒸发源的优点(1)电子束轰击热源的束

3、流密度高，能获得远比电阻加热源更大的能量密度。可在不太小的面积上达到104~109W/cm2的功率密度，因此使高熔点材料蒸发(温度可达3000℃)。如蒸发W、Mo、Ge、SiO2、Al2O3等(2)由于被蒸发材料是置于水冷坩埚内，因而可避免容器材料的蒸发，以及容器材料与蒸镀材料之间的反应，这对提高镀膜的纯度极为重要(3)热量可直接加到蒸镀材料的表面，因而热效率高，热传导和热辐射的损失少蒸发源的类型电子束蒸发源的缺点(1)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电离，这有时会影响膜层质量(

4、可通过设计和选用不同结构的电子枪加以解决)(2)多数化合物在受到电子轰击会部分发生分解，以及残余气体分子和膜料分子部分地被电子所电离，将对薄膜的结构和性质产生影响(3)电子束蒸镀装置结构较复杂，设备价格较昂贵(4)当加速电压过高时所产生的软X射线对人体有一定伤害蒸发源的类型蒸发源的类型三、高频感应蒸发源高频感应蒸发源是将装有蒸发材料的坩埚放在高频螺旋线圈的中央，使蒸发材料在高频电磁场的感应下产生强大的涡流损失和磁滞损失(对铁磁体)，致使蒸发材料升温，直至气化蒸发蒸发源一般由水冷高频线圈和石墨或陶瓷坩埚组成，其原理

5、如下图所示蒸发源的类型蒸发源的类型蒸发源的类型高频感应蒸发源的特点(1)蒸发速率大，可比电阻蒸发源大10倍左右(2)蒸发源的温度均匀稳定，不易产生飞溅现象(3)蒸发材料是金属时，蒸发材料可产生热量。因此，坩埚可选用和蒸发材料反应最小的材料(4)蒸发源一次装料，无需送料机构，温度控制比较容易，操作比较简单蒸发源的类型高频感应蒸发源的缺点(1)蒸发装置必须屏蔽，并需要较复杂和昂贵的高频发生器(2)如果线圈附近的压强超过10-2Pa，高频场就会使残余气体电离，使功耗增大第四节　合金及化合物的蒸发对于两种以上元素组成的合

6、金或化合物，在蒸发时如何控制成分，以获得与蒸发材料化学比不变的膜层，是非常重要的问题利用蒸发法制备合金或化合物时，常需要考虑薄膜成分偏离蒸发材料成分的问题合金及化合物的蒸发蒸发二元以上的合金及化合物的主要问题一、合金的蒸发蒸发材料在气化过程中，由于各成分的饱和蒸气压不同，会发生分解和分馏，从而引起薄膜成分的偏离合金中原子间的结合力小于在不同化合物中不同原子间的结合力。因而合金中各元素的蒸发过程可以近似看作各元素间相互独立蒸发的过程，就像它们在纯元素蒸发时的情况一样。但即使如此，合金在蒸发和沉积过程中也会产生成分的

7、偏差合金及化合物的蒸发合金中各成分的蒸发速率为(g/cm2·s)(g/cm2·s)PA'：A成分在温度T时的平衡蒸气压PB'：B成分在温度T时的平衡蒸气压GA：A成分的蒸发速率GB：B成分的蒸发速率MA：A成分的摩尔质量MB：B成分的摩尔质量合金及化合物的蒸发A、B两种成分的蒸发速率之比为要保证薄膜的成分与蒸发材料完全一致，必须使这一点很难做到合金及化合物的蒸发当AB二元合金的两组元A-B原子间的作用能与A-A或B-B原子间的作用能相等时，合金即是一种理想溶液由理想溶液的拉乌尔定律，合金中组元A的平衡蒸气压PA'

8、将小于纯组元A的蒸气压PA，并与该组元在合金中的摩尔分数成正比合金及化合物的蒸发设mA、mB分别为组元金属A、B在合金中的质量，WA、WB为在合金中的浓度合金及化合物的蒸发因此，合金中组元A、B的蒸发速率之比为上式表明，在二元合金中两个组元金属蒸发速率之比，在该组元浓度或百分含量一定情况下，与该组元的值成正比合金及化合物的蒸发一般的合金均不是一种理想溶液，拉乌尔定律对合金