1、 縮寫(xiě)為：縮寫(xiě)為：；u通常用于沉積薄膜和涂層通常用于沉積薄膜和涂層 沉積沉積；u一類一類的成膜技術(shù)，從裝飾涂層到的成膜技術(shù)，從裝飾涂層到各種功能薄膜，涉及化工、核工程、微電子以各種功能薄膜，涉及化工、核工程、微電子以及它們的相關(guān)工業(yè)工程。及它們的相關(guān)工業(yè)工程。（）、（）和和等。等。 1.襯底加熱器；襯底加熱器；2.襯底；襯底；3. 原料；原料；4.料舟料舟，沉積，沉積；制制，可用于，可用于；可可，可對(duì)薄，可對(duì)薄膜生長(zhǎng)過(guò)程和生長(zhǎng)膜生長(zhǎng)過(guò)程和生長(zhǎng)。 膜膜，還可，還可；，膜與基片的，膜與基片的。( (淀積材料的淀積材料的) )：SVSV；蒸發(fā)源蒸發(fā)源基片上；基片上； VS VS ；淀積粒子在基片上重

2、新排列或鍵合淀積粒子在基片上重新排列或鍵合。積分：積分： VTLdTdPv RT，PVVVV、1 汽汽液液固固汽汽2RTPLdTdPV TRLApV1ln （1）（2）圖圖8.2.2 幾種材料的蒸氣壓幾種材料的蒸氣壓溫度曲線溫度曲線 熱平衡條件下，熱平衡條件下，。 （1/cm2s） 成立條件：成立條件：S幾個(gè)幾個(gè)cm2，且，且P1PaMTPmkTPnNe2210513. 3241 (3)205.833 10/eeMGCmNCNPM TN (g/cm2s) (4) 與系統(tǒng)的與系統(tǒng)的有關(guān)有關(guān) 設(shè)：設(shè)：a. 忽略碰撞，直線運(yùn)動(dòng)；忽略碰撞，直線運(yùn)動(dòng)； b. rA 24cosrANNea (1/cm2s

3、) (5) 2coscosrANNed (1/cm2s) (6) 、為蒸氣入射方向分別與蒸發(fā)為蒸氣入射方向分別與蒸發(fā)表面和接收表面法向的夾角表面和接收表面法向的夾角 。圖圖8.2.3 、 角的意義角的意義時(shí)間內(nèi)，蒸發(fā)材料的總量：時(shí)間內(nèi)，蒸發(fā)材料的總量：m =ANe，密度：密度： 膜厚：膜厚： 令：令： ， 在在x=0處：處：cos =cos =122coscos44aeNANmtrr 2coscosrmt （7）（8）22/coscosxhhrh 204hmt 20hmt (點(diǎn)源點(diǎn)源) (9) (面源面源) (10) (9) 代入代入(7)，可得，可得 ： 3302222cos44cosrht

4、rhhmrmt 2/320)/(1 hxtt沉積沉積 ：(點(diǎn)源點(diǎn)源) (11) 220)/(1 hxtt(面源面源) (12) t0可以測(cè)量，可以測(cè)量，x,t,t2） cos 小，小，；，膜生長(zhǎng)速率，膜生長(zhǎng)速率低，質(zhì)量不好；低，質(zhì)量不好；3）膜質(zhì)）膜質(zhì)蒸發(fā)材料和蒸發(fā)材料和、；4）凈化處理：對(duì)）凈化處理：對(duì)；對(duì)；對(duì)。gggggTMPN 2210513. 3 (13)KPPArTMMTPPNNggggdg coscos2(14) （ g）l 由于各組分的飽和蒸氣壓不同，因而蒸發(fā)速率不同，造成由于各組分的飽和蒸氣壓不同，因而蒸發(fā)速率不同，造成沉積膜的成分與母體不同（沉積膜的成分與母體不同（），薄膜本

5、身成分也隨厚），薄膜本身成分也隨厚度而變化（度而變化（）。）。 設(shè)：設(shè)：物質(zhì)含物質(zhì)含A，B成分，成分，MA、MB，PA、PB， 則由則由（3）式，得）式，得 ：ABBABABAMMPPCCNN (14)1），使之有利于凝聚而不是分凝；，使之有利于凝聚而不是分凝；2）選用幾個(gè)蒸發(fā)源，）選用幾個(gè)蒸發(fā)源，但控制困難；，但控制困難；3）氧化物，可采用）氧化物，可采用，引入活性氣體。，引入活性氣體。 ：在所需蒸發(fā)溫度下：在所需蒸發(fā)溫度下，；l 一般采用一般采用如鎢、鉭、鉬等材質(zhì)，常作成如鎢、鉭、鉬等材質(zhì)，常作成，如圖，如圖8.2.4所示。所示。；。圖圖8.2. 4 各種電阻加熱蒸發(fā)源各種電阻加熱蒸發(fā)源要

6、求熔融的蒸發(fā)料能要求熔融的蒸發(fā)料能夠浸潤(rùn)螺絲或者有足夠的表面張力以夠浸潤(rùn)螺絲或者有足夠的表面張力以防止掉落，它的優(yōu)點(diǎn)是可以從各個(gè)方防止掉落，它的優(yōu)點(diǎn)是可以從各個(gè)方向發(fā)射蒸氣。向發(fā)射蒸氣。的優(yōu)點(diǎn)是可蒸發(fā)不浸潤(rùn)的優(yōu)點(diǎn)是可蒸發(fā)不浸潤(rùn)加熱器的材料，效率較高（相當(dāng)于小加熱器的材料，效率較高（相當(dāng)于小型平面蒸發(fā)源），缺點(diǎn)是只能向上蒸型平面蒸發(fā)源），缺點(diǎn)是只能向上蒸發(fā)。發(fā)。圖圖8.2.5 電子束加熱蒸發(fā)源電子束加熱蒸發(fā)源電子束加熱蒸發(fā)源由：電子束加熱蒸發(fā)源由：、（膜料）組成。（膜料）組成。（1）可以）可以；（2）裝蒸發(fā)料的）裝蒸發(fā)料的，從而，從而 材料與容器的材料與容器的和容器材料的和容器材料的；（3），例

7、如：鎢（，例如：鎢（Tm=3380）、鉬）、鉬(Tm=2610)和鉭（和鉭（Tm=3000）等耐熱金屬材料。）等耐熱金屬材料。（1）裝置復(fù)雜；）裝置復(fù)雜；（2）蒸發(fā)蒸發(fā)；（3）被電子束被電子束。 會(huì)產(chǎn)生分餾，會(huì)產(chǎn)生分餾，例如：例如：鍍鍍A4B1 膜，已知：膜，已知： 控制鍍料成分：控制鍍料成分：A1B25, 保證：保證： A4B1膜料成分膜料成分 若：一次性加料，若：一次性加料，A消耗快；消耗快； 連續(xù)加料，保證熔池料為連續(xù)加料，保證熔池料為 A1B25, 從而膜料成分為從而膜料成分為A4B1；1:100:00 BAPP1:425:100: BAPP多數(shù)會(huì)分解多數(shù)會(huì)分解例如：例如：A12O3

8、Al、AlO、(AlO)2、Al2O、O和和O2 等，等， 解決解決鍍膜速率快，可多塊同鍍，操作方便，參數(shù)易于控鍍膜速率快，可多塊同鍍，操作方便，參數(shù)易于控制，可適時(shí)監(jiān)控成膜過(guò)程，但膜與基片的結(jié)合強(qiáng)度不高，制，可適時(shí)監(jiān)控成膜過(guò)程，但膜與基片的結(jié)合強(qiáng)度不高，還存在分餾問(wèn)題。還存在分餾問(wèn)題。222H2TiCHC2Ti (15)Molecular Beam Epitaxy,縮寫(xiě)為縮寫(xiě)為 是指是指位向相同的同類位向相同的同類（同質(zhì)外延），或者生長(zhǎng)出具有共格或半共格聯(lián)（同質(zhì)外延），或者生長(zhǎng)出具有共格或半共格聯(lián)系的異類單晶體（異質(zhì)外延）系的異類單晶體（異質(zhì)外延）。 外延技術(shù)，外延技術(shù)， 分為分為 可可獲得

9、獲得同質(zhì)同質(zhì)異質(zhì)異質(zhì)圖圖8.2.6 分子束外延裝置分子束外延裝置 圖圖8.2.7 分子束外延裝置中分子束外延裝置中鍍料原子的行程鍍料原子的行程 圖圖8.2.8 普通蒸鍍裝置中普通蒸鍍裝置中鍍料原子的行程鍍料原子的行程 基底取向基底取向單晶膜取向，應(yīng)力?。粏尉と∠?，應(yīng)力??； 解理面新鮮，可減小污染，但有時(shí)也需要引入一點(diǎn)缺陷解理面新鮮，可減小污染，但有時(shí)也需要引入一點(diǎn)缺陷; ; a. 與與有關(guān)有關(guān) b. Te與蒸發(fā)速率有關(guān)，與蒸發(fā)速率有關(guān)， c. Te與表面粗糙度有關(guān)，與表面粗糙度有關(guān)，圖圖8.2.9 蒸發(fā)速率和基片溫度對(duì)蒸發(fā)速率和基片溫度對(duì)Ge（111） 基片上所鍍基片上所鍍Ge膜結(jié)構(gòu)的影響膜

10、結(jié)構(gòu)的影響 : 1870年，年，：1930年以后。年以后。讓讓（發(fā)射出粒子），再沉積到基（發(fā)射出粒子），再沉積到基 片上成膜；片上成膜；用用，將靶材原子打出來(lái)，再沉積到基，將靶材原子打出來(lái)，再沉積到基 片上成膜。片上成膜。，原則上任何物質(zhì)均可濺射，尤其是高，原則上任何物質(zhì)均可濺射，尤其是高 Tm、低分解壓的材料；、低分解壓的材料；，膜密度高，無(wú)氣孔，附著性好；，膜密度高，無(wú)氣孔，附著性好；，約，約0.010.5 m/min， 蒸鍍：蒸鍍： 0. 15 m/min 圖圖8.2.10 輝光放電輝光放電； 10Pa一一1Pa；數(shù)百伏的電壓。；數(shù)百伏的電壓。放電產(chǎn)生的等離子體中的放電產(chǎn)生的等離子體中的

11、不僅不僅能打出靶面原子（濺射材料），而且能打出靶面原子（濺射材料），而且，二次電子，二次電子，又，又兩種假說(shuō) (I)(I) 濺射出的濺射出的(II)(II)轟擊離子轟擊離子一個(gè)一個(gè)，低于這個(gè)能量，不能產(chǎn)生濺，低于這個(gè)能量，不能產(chǎn)生濺射；射；()(), ,既既有關(guān)，也與轟擊離子的有關(guān)，也與轟擊離子的()()離子離子, ,可能是因?yàn)殡x子深入可能是因?yàn)殡x子深入到靶材內(nèi)部，能量沒(méi)有交給表面附近原子的緣故；到靶材內(nèi)部，能量沒(méi)有交給表面附近原子的緣故；()()濺射原子出射的濺射原子出射的 最強(qiáng)的出射方向?qū)?yīng)于晶格中原子最密集排列的方向，這最強(qiáng)的出射方向?qū)?yīng)于晶格中原子最密集排列的方向，這種現(xiàn)象可用種現(xiàn)象可

12、用“”解釋。解釋。221mv圖圖8.2.11 二極濺射裝置示意圖二極濺射裝置示意圖如圖所示如圖所示：放電氣體壓強(qiáng)放電氣體壓強(qiáng) ；放電電壓；放電電壓；放電電流放電電流；： ；：； ， 常因局部放電引常因局部放電引起起； ； 70年代年代，在陰極濺射基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，在陰極濺射基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，電子碰撞使，電子碰撞使的弱點(diǎn)。的弱點(diǎn)。在陰極靶面上加一環(huán)行磁場(chǎng)，使在陰極靶面上加一環(huán)行磁場(chǎng)，使 , 控制二次電子運(yùn)動(dòng)軌跡，控制二次電子運(yùn)動(dòng)軌跡，電子運(yùn)動(dòng)方程：電子運(yùn)動(dòng)方程： 為一為一，電子在靶面上沿著垂直于，電子在靶面上沿著垂直于E、B的方向前進(jìn)，電的方向前進(jìn)，電子被束縛在一定的空間內(nèi)，子被束縛在一定的空間內(nèi)，

13、；同時(shí)，延長(zhǎng)；同時(shí)，延長(zhǎng)了電子路徑，增加了同工作氣體的碰撞幾率，提高了原子的電離幾率，了電子路徑，增加了同工作氣體的碰撞幾率，提高了原子的電離幾率，；，也使也使工作氣壓工作氣壓 0.1Pa0.1Pa，EB )(BEmedtd (16) ：雙線源，應(yīng)用廣泛，大面積，：雙線源，應(yīng)用廣泛，大面積， 連續(xù)鍍膜；連續(xù)鍍膜； ：小型磁控源，制靶簡(jiǎn)單：小型磁控源，制靶簡(jiǎn)單,科研用科研用磁控濺射的主要磁控濺射的主要： ，一般，一般。不存在分餾問(wèn)題不存在分餾問(wèn)題 AB合金合金與蒸鍍不同；與蒸鍍不同； ：直流濺射直流濺射 ：射頻濺射射頻濺射,13.56MHz通入反應(yīng)氣體，金屬原子與氣體反應(yīng)通入反應(yīng)氣體，金屬原子與

14、氣體反應(yīng)，沉積，沉積 例如例如, 通：通：N2+Ar(TiN), O2, C2H2 等。等。l腔內(nèi)設(shè)腔內(nèi)設(shè)，分，分別裝有高純的金屬靶材；同別裝有高純的金屬靶材；同時(shí)通入時(shí)通入O2和和Ar工作氣氛，工作氣氛，；l每一靶材的濺射速率每一靶材的濺射速率，因此可以較好地控制，因此可以較好地控制薄膜的組分；薄膜的組分；l利用這種方法已經(jīng)成功地在利用這種方法已經(jīng)成功地在藍(lán)寶石襯底上制備了外延的藍(lán)寶石襯底上制備了外延的PbTiO3、(Pb1-xLax)(Til-yZry)O3和和YBa2Cu3O7薄膜。薄膜。圖圖8.2.12 多靶直流磁控反應(yīng)共多靶直流磁控反應(yīng)共濺射裝置示意圖濺射裝置示意圖多功能三靶磁控濺射

15、儀多功能三靶磁控濺射儀采用單獨(dú)的離子源產(chǎn)生用于轟擊靶材的離子采用單獨(dú)的離子源產(chǎn)生用于轟擊靶材的離子 圖圖8.2.13 離子束濺射示意圖離子束濺射示意圖 圖圖8.2.14 寬束離子源寬束離子源 a. 能夠能夠，基片，基片不接觸等離子體，不接觸等離子體，；b.，有利于，有利于膜膜層中層中氣體的含量。氣體的含量。 a.，0.1 m/min； b. 。 Mattox，1963年年 利用低壓氣體放電，使利用低壓氣體放電，使膜材原子電離，用這種帶膜材原子電離，用這種帶能離（粒）子轟擊基片表能離（粒）子轟擊基片表面而淀積成膜的技術(shù)，面而淀積成膜的技術(shù)，圖圖8.2.15 離子鍍離子鍍Ti 裝置示意圖裝置示意圖

16、例如：不銹鋼基體上鍍制：例如：不銹鋼基體上鍍制： 10 m的的Au膜膜 or 100 m的的Al膜膜 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn) 34次次 25次次 ，斷裂后不剝離。，斷裂后不剝離。 ，可得清潔無(wú)污染表面；，可得清潔無(wú)污染表面； （0.3mA/cm2, 30min, 剝離數(shù)剝離數(shù) m厚）厚） 一部分一部分還還 （515nm/KeV） 的離子能量：的離子能量：； 的離子能量為的離子能量為左右。左右。 （, Moley, 1972提出提出, 1979產(chǎn)品）產(chǎn)品）圖圖8.2.16 空心陰極孤光放電示意圖空心陰極孤光放電示意圖，； ：， 氣體的物理吸附能氣體的物理吸附能(0.10.5eV)， (l10eV)，因而還能，因而還能； 這樣的離子能量還可以這樣的離子能量還可以和和； ； 鍍鍍TiN膜的高速鋼刀具可提高壽命膜的高速鋼刀具可提高壽命3倍以上，甚至有倍以上，甚至有高達(dá)數(shù)十倍。高達(dá)數(shù)十倍。 ；：；：；：；：； 盡管弧斑的溫度很高，但整個(gè)盡管弧斑的溫度很高，但整個(gè)由于加以水冷，溫度只由于加以水冷，溫度只有有?？梢哉J(rèn)為是?？梢哉J(rèn)為是。 圖圖8.2.17 多孤離子鍍裝