薄膜材料的制备方法.ppt

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1、固体薄膜材料的制备2021/8/182真空技术基础真空及真空的常用单位真空的分类真空泵真空的测量2021/8/183真空及其单位真空是指低于一个大气压的气体空间。常用“真空度”度量。真空度越高，压强越小。常用计量单位：Pa,Torr,mmHg,bar,atm.。关系如下：1mmHg=133.322Pa,1Torr=atm/760=133.322Pa≈1mmHg1bar=105Pa2021/8/184粗真空：1×105～1×102Pa目的获得压力差。电容器生产中的真空侵渍工艺低真空：1×102～1×10-1Pa真空热处理。高真空：1×10-

2、1～1×10-6Pa真空蒸发。超高真空：<1×10-6Pa得到纯净的气体；获得纯净的固体表面。真空的分类2021/8/185真空系统的组成典型的真空系统包括：---真空室(待抽空的容器);---真空泵(获得真空的设备);---真空计(测量真空的器具);---必要的管道、阀门和其他附属设备。2021/8/186真空泵获得真空的设备。至今还没有一种泵能直接从大气一直工作到超高真空。因此，通常是将几种真空泵组合使用.前级泵：能使压力从1个大气压开始变小，进行排气的泵次级泵：只能从较低压力抽到更低压力的真空泵。如机械泵+扩散泵系统，为有油系统；吸

3、附泵+溅射离子泵+钛升华泵系统，为无油系统。2021/8/187主要真空泵的排气原理与范围2021/8/188真空的测量热偶真空计：利用低压强下气体的热传导与压强有关的原理制成的真空计。典型的有热阻真空计和热偶真空计两种。电离真空计：目前测量高真空的主要设备2021/8/189主要内容薄膜的制备方法,含:---真空技术基础;---PVD(真空蒸发、溅射、离子镀膜)---CVD---溶液镀膜法典型的薄膜材料的制备---金刚石薄膜---ZnO薄膜2021/8/1810PVD的含义物理气相沉积PVD（PhysicsVaporDeposition

4、，主要是在真空环境下利用各种物理手段或方法沉积薄膜。2021/8/1811物理方法(PVD)蒸发单源单层单源多层多源反应溅射直流：二级、三级、四级射频磁控离子束离子镀PVD的分类2021/8/1812真空蒸镀的原理2021/8/1813真空蒸发的优点设备简单、操作容易；薄膜纯度高、质量好，厚度可较准确控制；成膜速率快、效率高；生长机理比较单纯。2021/8/1814真空蒸发的缺点不容易获得结晶结构的薄膜；形成的薄膜与基底之间的附着力较小；工艺重复性不够好。2021/8/1815真空蒸发的分类根据蒸发源(热量提供方式)的不同，分为电阻法、电

5、子束法、高频法等。为了蒸发低蒸汽压的物质，采用电子束或激光加热；为了制造成分复杂或多层复合薄膜，发展了多源共蒸发或顺序蒸发法；为了制备化合物薄膜或抑制薄膜成分对原材料的偏离，出现了发应蒸发法等。2021/8/1816蒸发源蒸发源是蒸发装置的关键，基本要求是熔点要高、饱和蒸气压低、化学性质稳定、良好的耐热性、原料丰富，经济耐用。常用的蒸发源材料有：W、Mo、Ta等。由于Al、Fe、Ni、Co等易与W、Mo、Ta等形成低熔点合金，故改用氮化硼(50%BN+50%TiB2)导电陶瓷坩埚、氧化锆，氧化钍、氧化铍、氧化镁、氧化铝、石墨坩埚等。电阻蒸

6、发源可作成丝状、箔状、螺旋状、锥形蓝状等。2021/8/1817电子束法电阻法不能满足难熔金属和氧化物材料，特别是高纯度薄膜的要求。电子束法中将蒸发材料放入水冷铜坩埚中，直接利用电子束的高能量密度加热，可制备高熔点和高纯薄膜。根据电子束蒸发源的型式不同，可分为环形枪、直枪、e型枪和空心阴级电子枪等。2021/8/1818直枪电子束法的原理2021/8/1819高频法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，导致蒸发材料升温，直到气化。特点是：蒸发速率大，温度均匀稳定，不易产生飞溅现象。2021

7、/8/1820高频感应加热源的原理2021/8/1821溅射镀膜是指荷能粒子轰击固体表面（靶），使固体原子（或分子）从表面射出的现象。2021/8/1822溅射镀膜特点任何物质均可溅射，尤其是高熔点、低蒸气压元素和化合物。溅射膜与基板之间的附着性好。溅射镀膜密度高，针孔少，纯度高。膜厚可控性和重复性好。缺点：设备复杂，需要高压装置，沉积速率低，基板温升较高，易受杂质气体影响等。2021/8/1823溅射镀膜分类整个溅射过程都是建立在辉光放电的基础上，即溅射离子都来源于气体放电。根据产生辉光放电方式的不同，可分为直流溅射、射频溅射、磁控溅射

8、等。2021/8/1824直流溅射的原理2021/8/1825射频溅射2021/8/1826射频溅射的原理直流溅射：靶材为阴极，基片为阳极。当靶为绝缘体时，正离子使靶带电，使靶的电位逐渐上升，