真空蒸鍍真空蒸鍍法（簡(jiǎn)稱真空蒸鍍）是在真空室中，加熱蒸發(fā)器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子從表面氣化逸出，形成蒸氣流，入射到基體表面，凝結(jié)形成固態(tài)薄膜的方法。由于真空蒸鍍法主要物理過(guò)程是通過(guò)加熱蒸發(fā)材料而產(chǎn)生，所以又稱熱蒸發(fā)法。采用這種方法制造薄膜，已有幾十年的歷史，用途十分廣泛。介紹蒸發(fā)原理、蒸發(fā)源的發(fā)射特性、膜厚測(cè)量與有關(guān)蒸發(fā)的工藝技術(shù)?！?—1真空蒸發(fā)原理真空蒸鍍的特點(diǎn)、原理與過(guò)程真空蒸鍍?cè)O(shè)備比較簡(jiǎn)單、操作容易；制成的薄膜純度高、質(zhì)量好，厚度可較準(zhǔn)確控制；成膜速率快、效率高，用掩?？梢垣@得清晰圖形；薄膜的生長(zhǎng)機(jī)理比圖1-1真空蒸發(fā)鍍膜原理示意圖圖1-1真空蒸發(fā)鍍膜原理示意圖圖1-1為真空蒸鍍?cè)硎疽鈭D。主要部分有：（1）真空室，為蒸發(fā)過(guò)程提供必要的真空環(huán)境；（2）蒸發(fā)源或蒸發(fā)加熱器，放置蒸發(fā)材料并對(duì)其進(jìn)行加熱；（3）基板，用于接收蒸發(fā)物質(zhì)并在其表面形成固態(tài)蒸發(fā)薄膜；（4）基板加熱器及測(cè)溫器等。真空蒸鍍包括以下三個(gè)基本過(guò)程：（1）加熱蒸發(fā)過(guò)程。包括由凝聚相轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀嗟南嘧冞^(guò)程。每種蒸發(fā)物質(zhì)在不同溫度時(shí)有不相同的飽和蒸氣壓；蒸發(fā)化合物時(shí)，其組分之間發(fā)生反應(yīng)，其中有些組分以氣態(tài)或蒸氣進(jìn)入蒸發(fā)空間。（2） 氣化原子或分子在蒸發(fā)源與基片之間的輸支，即這些粒子在環(huán)境氣氛中的飛行過(guò)程。（3） 蒸發(fā)原子或分子在基片表面上的淀積過(guò)程，即是蒸氣凝聚、成核、核生長(zhǎng)、形成連續(xù)薄膜。上述過(guò)程都必須在空氣非常稀薄的真空環(huán)境中進(jìn)行。否則，蒸發(fā)物原子或分子將與大量空氣分子碰撞，使膜層受到嚴(yán)重污染，甚至形成氧化物；或者蒸發(fā)源被加熱氧化燒毀；或者由于空氣分子的碰撞阻擋，難以形成均勻連續(xù)的薄膜。§1-2蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性及膜厚分布在真空蒸鍍過(guò)程中，能否在基板上獲得均勻膜厚，是制膜的關(guān)鍵問(wèn)題?；迳喜煌舭l(fā)位置的膜厚，取決于蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性、基板與蒸發(fā)源的幾何形狀、相對(duì)位置以及蒸發(fā)物質(zhì)的蒸發(fā)量。蒸發(fā)源的種類繁多，下面分別介紹幾種最常用的蒸發(fā)源。一、點(diǎn)蒸發(fā)源通常將能夠從各個(gè)方向蒸發(fā)等量材料的微小球狀蒸發(fā)源稱為點(diǎn)蒸發(fā)源（簡(jiǎn)稱點(diǎn)源）。一個(gè)很小的球HS，以每秒m克的相同蒸發(fā)速率向各個(gè)方向蒸發(fā)，則在單位時(shí)間內(nèi)，在任何方向上，通過(guò)如圖1-2所示立體角d的蒸發(fā)材料總量為dm，此角度為蒸發(fā)源和表面的角度，則有,m,

dm= -如4兀因此，在蒸發(fā)材料到達(dá)與蒸發(fā)方向成0角的小面積dS2的幾何尺寸已知時(shí)，則淀積在此面積上的膜材厚度與數(shù)量即可求得。蒸發(fā)源dS圖1-2蒸發(fā)源dS圖1-2點(diǎn)蒸發(fā)源的發(fā)射特性圖1-3接受角度對(duì)淀積厚度的影響二、 小平面蒸發(fā)源如圖1-3所示，用小型平面蒸發(fā)源代替點(diǎn)源。由于這種蒸發(fā)源的發(fā)射特性具有方向性，使在6角方向蒸發(fā)的材料質(zhì)量和cos。成正比例。0是平面蒸發(fā)源法線與接收平面dS2中心和平面源中心連線之間的夾角。則膜材從小型平面dS上以每秒m克的速率進(jìn)行蒸發(fā)時(shí)，膜材在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)與該小平面的法線成6,則膜材從小型平面dS上以每秒m克的速率進(jìn)行蒸發(fā)時(shí)，膜材在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)與該小平面的法線成6角度方向的立體角dw的蒸發(fā)量dm為角度方向的立體角dw的蒸發(fā)量dm為mdm=—cos0-dro兀式中，1/兀是因?yàn)樾∑矫嬖吹恼舭l(fā)范圍局限在半球形空間。如圖1-3所示，如果蒸發(fā)材料到達(dá)與蒸發(fā)方向成6角的小平面dS2幾何面積已知，則淀積在該小平面薄膜的蒸發(fā)速率即可求得。三、 細(xì)長(zhǎng)平面蒸發(fā)源細(xì)長(zhǎng)平面蒸發(fā)源的發(fā)射特性如圖1-4所示。下面討論這種蒸發(fā)源的膜厚分布問(wèn)題。設(shè)基板平行放置于長(zhǎng)度為l的細(xì)長(zhǎng)蒸發(fā)源，源一基距為h，與中心點(diǎn)距離S的微小面積為dS，在x-y平面上任意一點(diǎn)（x,y）的微小面積為d。，當(dāng)蒸發(fā)物質(zhì)m均勻分布在蒸發(fā)源內(nèi)時(shí)，在蒸發(fā)源dS面上的質(zhì)量dm為dm=mdSl這樣，就可視dS為小平面蒸發(fā)源。所以，可參照式上求出在d。上得到的蒸發(fā)質(zhì)量為7cos20.d。me

dm= dS兀(h2+x2)l

圖1-4細(xì)長(zhǎng)平面蒸發(fā)源的發(fā)射特性圖圖1-4細(xì)長(zhǎng)平面蒸發(fā)源的發(fā)射特性圖1-5環(huán)狀平面蒸發(fā)源的發(fā)射特性四、 環(huán)狀蒸發(fā)源為了在寬廣面積上得到較好的膜厚均勻性，可以采用環(huán)狀蒸發(fā)源（簡(jiǎn)稱環(huán)源）。在實(shí)際蒸發(fā)中，當(dāng)基板處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，就與此情況相類似。五、 實(shí)際蒸發(fā)源發(fā)射特性發(fā)針形蒸發(fā)源或電子束蒸發(fā)源中的熔融材料為球形，與點(diǎn)蒸發(fā)源近似。舟式蒸發(fā)源中，若蒸發(fā)料熔融時(shí)與舟不浸潤(rùn)，從舟中蒸發(fā)時(shí)也呈球形，但位于舟源表面處的蒸發(fā)料，使原來(lái)向下蒸發(fā)的粒子重新向上蒸發(fā)，故與小平面蒸發(fā)源近似。蒸發(fā)料潤(rùn)濕的螺旋絲狀蒸源是理想的柱形蒸發(fā)源。錐形籃式蒸發(fā)源在各圈間隔很小時(shí)，其發(fā)射特性與平面蒸發(fā)源近似。坩蝸蒸發(fā)源可看成表面蒸發(fā)源或高度定向的蒸發(fā)源。§1-3蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源是蒸發(fā)裝置的關(guān)鍵部件，大多數(shù)金屬材料都要求在1000?2000°C的高溫下蒸發(fā)。因此，必須將蒸發(fā)材料加熱到很高的蒸發(fā)溫度。最常用的加熱方式有：電阻法、電子束法、高頻法等。下面對(duì)不同加熱方式的蒸發(fā)源進(jìn)行分別討論。一、電阻蒸發(fā)源采用鉭、鉬、鎢等高熔點(diǎn)金屬，做成適當(dāng)形狀的蒸發(fā)源，其上裝入待蒸發(fā)材料，讓電流通過(guò)，對(duì)蒸發(fā)材料進(jìn)行直接加熱蒸發(fā)，或者把待蒸發(fā)材料放入Al2O3、BeO等坩蝸中進(jìn)行間接加熱蒸發(fā)，這便是電阻加熱蒸發(fā)法。由于電阻加熱蒸發(fā)源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉易作，所以是一種應(yīng)用很普通的蒸發(fā)源。采用電阻加熱法時(shí)應(yīng)考慮蒸發(fā)源的材料和形狀。1.蒸發(fā)源材料通常對(duì)蒸發(fā)源材料的要求是：（1） 熔點(diǎn)要高。因?yàn)檎舭l(fā)材料的蒸發(fā)溫度（飽和蒸氣壓為10-2托時(shí)的溫度）多數(shù)在1000?2000C之間，所以蒸發(fā)源材料的熔點(diǎn)必須高于此溫度。（2） 飽和蒸氣壓低。這主要是為防止或減少在高溫下蒸發(fā)源材料會(huì)隨蒸發(fā)材料蒸發(fā)而成為雜質(zhì)進(jìn)入蒸鍍膜層中，保證在蒸發(fā)時(shí)具有最小的自蒸發(fā)量，而不致于產(chǎn)生影響真空度和污染膜層質(zhì)量的蒸氣。化學(xué)性能穩(wěn)定，在高溫下不應(yīng)與蒸發(fā)材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。具有良好的耐熱性，熱源變化時(shí)，功率密度變化較?。辉县S富，經(jīng)濟(jì)耐用。根據(jù)這些要求，在制膜工藝中，常用的蒸發(fā)源材料有W、Mo、Ta等，或耐高溫的金屬氧化物、陶瓷或石墨坩蝸。2.蒸鍍材料對(duì)蒸發(fā)源材料的“濕潤(rùn)性”以及各種形狀的電阻蒸發(fā)源在選擇蒸發(fā)源材料時(shí)，還必須考慮蒸鍍材料與蒸發(fā)源材料的“濕潤(rùn)性”問(wèn)題。這種濕潤(rùn)性與蒸發(fā)材料的表面能大小有關(guān)。高溫熔化的蒸鍍材料在蒸發(fā)源上有擴(kuò)展傾向時(shí)，可以說(shuō)是容易濕潤(rùn)的；反之，如果在蒸發(fā)源上有凝聚而接近于形成球形的傾向時(shí)，就可以認(rèn)為是難于濕潤(rùn)的。在濕潤(rùn)的情況下，由于材料的蒸發(fā)是從大的表面上發(fā)生的且比較穩(wěn)定，所以可認(rèn)為是面蒸發(fā)源的蒸發(fā)；在濕潤(rùn)小的時(shí)候，一般可認(rèn)為是點(diǎn)蒸發(fā)源的蒸發(fā)。另外，如果容易發(fā)生濕潤(rùn)，蒸發(fā)材料與蒸發(fā)源十分親合，因而蒸發(fā)狀態(tài)穩(wěn)定；如果是難以濕潤(rùn)的，在采用絲狀蒸發(fā)源時(shí)，蒸發(fā)材料就容易從蒸發(fā)源上掉下來(lái)。圖1-6圖1-6蒸發(fā)源材料與鍍膜材料濕潤(rùn)狀態(tài)圖1-7各種形狀的電阻蒸發(fā)源絲狀蒸發(fā)源的線徑一般為0?5?1mm，特殊時(shí)可用1?5mm。螺旋絲狀蒸發(fā)源常用于蒸發(fā)鋁，因?yàn)殇X和鎢能互相濕潤(rùn)，但鎢在熔融鋁中具有一定的溶解性，應(yīng)予以注意。錐形籃狀蒸發(fā)源一般用于蒸發(fā)塊狀或絲狀的升華材料(如三股)。多股絲可有效防止斷線，而且還能增大蒸發(fā)表面和蒸發(fā)量。箔狀蒸發(fā)源的厚度常為0?05??15mm。因?yàn)椴瓲钫舭l(fā)源具有很大的輻射表面,它的功率消耗要比同樣橫截面的絲狀蒸發(fā)源大4?5倍。用這類蒸發(fā)源蒸發(fā)材料時(shí)，應(yīng)避免造成較大的溫度梯度，蒸發(fā)材料與蒸發(fā)源之間要有良好的熱接觸，否則蒸發(fā)材料容易形成局部過(guò)熱點(diǎn)，而且造成蒸發(fā)料的噴濺。二、電子速蒸發(fā)源隨著薄膜技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對(duì)膜的種類和質(zhì)量提出了更多更嚴(yán)的要求。只采用電阻加熱蒸發(fā)源已不能滿足蒸鍍某些難熔金屬和氧化物材料的需要，特別是要求制膜純度很高的需要。丁是發(fā)展了將電子束作為蒸發(fā)源的方法。將蒸發(fā)材料放入水冷銅坩堝中，直接利用電子束加熱，使蒸發(fā)材料氣化蒸發(fā)后凝結(jié)在基板表面成膜，是真空蒸鍍技術(shù)中的一種重要的加熱方法和發(fā)展方向。電子束蒸發(fā)克服了一般電阻加熱蒸發(fā)的許多缺點(diǎn)，特別適合制作高熔點(diǎn)薄膜材料和高純薄膜材料。

電子束蒸發(fā)源的優(yōu)點(diǎn)為：（1） 電子束轟擊熱源的束流密度高，能獲得遠(yuǎn)比電阻加熱源更大的能量密度?？稍谝粋€(gè)不太小的面積上達(dá)到104?109W/cm2的功率密度，因此可以使高熔點(diǎn)（可高達(dá)3000°C以上）材料蒸發(fā)，并且能有較高的蒸發(fā)速度。如蒸發(fā)W、Mo、Ge、SiO2、Al2O3等。（2） 由于被蒸發(fā)材料是置于水冷坩蝸內(nèi)，因而可避免容器材料的蒸發(fā)，以及容器材料與蒸鍍材料之間的反應(yīng)，這對(duì)提高鍍膜的純度極為重要。（3） 熱量可直接加到蒸鍍材料的表面，熱效率高，熱傳導(dǎo)和熱輻射損失少。電子束加熱源的缺點(diǎn)是電子槍發(fā)出的一次電子和蒸發(fā)材料發(fā)出的二次電子會(huì)使蒸發(fā)原子和殘余氣體分子電離，這有時(shí)會(huì)影響膜層質(zhì)量。更主要的是，電子束蒸鍍裝置結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，因而設(shè)備價(jià)格較昂貴。另外，當(dāng)加速電壓過(guò)高時(shí)所產(chǎn)生的軟X射線對(duì)人體有一定傷害，應(yīng)予以注意。電子束蒸發(fā)源的結(jié)構(gòu)型式依靠電子束轟轟擊蒸發(fā)的真空蒸鍍技術(shù)，根據(jù)電子束蒸發(fā)源的型式不同，可分為環(huán)形槍、直槍等幾種。直槍是一種軸對(duì)稱的直線加速電子槍，電子從陰極燈絲發(fā)射，聚焦成細(xì)束，經(jīng)陽(yáng)極加速后轟擊在坩蝸中使材料熔化和蒸發(fā)。直槍的功率從幾百瓦到幾千瓦都有。由于聚焦線圈和偏轉(zhuǎn)線圈的應(yīng)用使直槍的使用較為方便。它的主要缺點(diǎn)是體積大、成本高，另外蒸鍍材料會(huì)污染槍體結(jié)構(gòu)和存在燈絲逸出的Na+離子污染等。圖1-8直槍蒸發(fā)源簡(jiǎn)圖圖1-9高頻感應(yīng)加熱源的工作原理圖1-8直槍蒸發(fā)源簡(jiǎn)圖圖1-9高頻感應(yīng)加熱源的工作原理300000三、高頻感應(yīng)蒸發(fā)源高頻感應(yīng)蒸發(fā)源是將裝有蒸發(fā)材料的坩蝸放在高頻螺旋線圈的中央，使蒸發(fā)材料在高頻電磁場(chǎng)的感應(yīng)下產(chǎn)生強(qiáng)大的渦流損失和磁滯損失，致使蒸發(fā)材料升高，直至氣化蒸發(fā)。膜材的體積越小，感應(yīng)的頻率就越高。蒸發(fā)源一般由水冷高頻線圈和石墨或陶瓷坩蝸組成。其原理示意圖如圖1-9所示。這種蒸發(fā)源的特點(diǎn)是：（1） 蒸發(fā)速率大，可比電阻蒸發(fā)源大10倍左右；（2） 蒸發(fā)源的溫度均勻穩(wěn)定，不易產(chǎn)生飛濺現(xiàn)象；（3） 蒸發(fā)材料是金屬時(shí)，蒸發(fā)材料可產(chǎn)生熱量。因此，坩蝸可選用和蒸發(fā)材料反應(yīng)最小的材料；（4） 蒸發(fā)源一次裝料，無(wú)需送料機(jī)構(gòu)，溫度控制比較容易，操作比較簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是：蒸發(fā)裝置必須屏蔽，并需要較復(fù)雜和昂貴的高頻發(fā)生器；另外，如果線圈附近的壓強(qiáng)超過(guò)10-2Pa，高頻場(chǎng)就會(huì)使殘余氣體電離，使功耗增大。

§2-4合金及化合物的蒸發(fā)對(duì)于兩種以上元素組成的合金或化合物，在蒸發(fā)時(shí)如何控制成分，以獲得與蒸發(fā)材料化學(xué)比不變的膜層，是十分重要的問(wèn)題。一、合金的蒸發(fā)蒸發(fā)二元以上的合金及化合物的主要問(wèn)題，是蒸發(fā)材料在氣化過(guò)程中，由于各成分的飽和蒸氣壓不同，使得其蒸發(fā)速率也不同，會(huì)發(fā)生分解和分餾，從而引起薄膜成分的偏離。采用真空蒸發(fā)法制作預(yù)定組成的合金薄膜，經(jīng)常采用瞬時(shí)蒸發(fā)法、雙蒸發(fā)源法及合金升華法等。1.瞬時(shí)蒸發(fā)法瞬時(shí)蒸發(fā)法乂稱“閃爍”蒸發(fā)法。它是將細(xì)小的合金顆粒，逐次送到非常熾熱的蒸發(fā)器或坩堝中，使一個(gè)一個(gè)的顆粒實(shí)現(xiàn)瞬間完全蒸發(fā)。如果顆粒尺寸很小，兒乎能對(duì)任何成分進(jìn)行同時(shí)蒸發(fā)，故瞬時(shí)蒸發(fā)法常用于合金中元素的蒸發(fā)速率相差很大的場(chǎng)合。閃爍蒸發(fā)法的優(yōu)點(diǎn)是能獲得成分均勻的薄膜。可以進(jìn)行摻雜蒸發(fā)等。缺點(diǎn)是蒸發(fā)速率難于控制，且蒸發(fā)速率不能太快。圖1-11示出了瞬時(shí)蒸發(fā)法的原理圖。采用這種方法的關(guān)鍵是要求以均勻的速度將蒸鍍材料供給蒸發(fā)源，以及選擇合適的粉末粒度、蒸發(fā)溫度和落下粉末料的比率。鎢絲錐形筐是用作蒸發(fā)源的最好結(jié)構(gòu)。如果使用蒸發(fā)舟和坩堝，瞬間未蒸發(fā)的粉末顆粒就會(huì)殘存下來(lái)，變?yōu)槠胀ㄕ舭l(fā)，這是不太理想的。這種蒸發(fā)法已用于各種合金膜（如Ni-Cr合金膜）。對(duì)磁性金屬化合物，還成功地制成了MnSb、MnSb-CrSb、CrTe及Mn5Ge3等薄膜。2.雙源或多源蒸發(fā)法這種蒸發(fā)法是將要形成合金的每一個(gè)成分，分別裝入各自的蒸發(fā)源中，然后獨(dú)立地控制各蒸發(fā)源的蒸發(fā)速率，使到達(dá)基板的各種原子與所需合金薄膜的組成相對(duì)應(yīng)。為使薄膜厚度分布均勻，基板常需要進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。圖1-12示出了雙源蒸發(fā)原理。采用雙源蒸發(fā)法還有利于提高膜厚分布的均勻性。圖1-11瞬時(shí)蒸發(fā)法原理基板圖圖1-11瞬時(shí)蒸發(fā)法原理基板圖1-12雙源蒸發(fā)原理示意二、化合物的蒸發(fā)化合物的蒸發(fā)方法有三種：（1）電阻加熱法；（2）反應(yīng)蒸發(fā)法；（3）雙源或多源蒸發(fā)法。電阻蒸發(fā)法和雙源蒸發(fā)法已作過(guò)介紹，這里不再敘述。反應(yīng)蒸發(fā)法主要用于制備高熔點(diǎn)的絕緣介質(zhì)薄膜，如氧化物、氮化物和硅化物等。

反應(yīng)蒸發(fā)法反應(yīng)氣體所組成的化合物薄膜。例如在空氣或O2氣氛中蒸發(fā)SiO制得SiO2薄膜，許多化合物在高溫蒸發(fā)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生分解，例如直接蒸發(fā)Al2O3、TiO2等都都會(huì)產(chǎn)生失氧，為此宜采用反應(yīng)蒸發(fā)。所謂反應(yīng)蒸發(fā)法就是將活性氣體導(dǎo)入真空室，使活性氣體的原子、分子和從蒸發(fā)源逸出的蒸發(fā)金屬原子、低價(jià)化合物分子在基板表面淀積過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)，從而形成所需高價(jià)化合物薄膜的方法。反應(yīng)蒸發(fā)不僅用于熱分解嚴(yán)重，而且用于因飽和蒸氣壓較低而難以采用電阻加熱蒸發(fā)的材料。經(jīng)常被用來(lái)制作高熔點(diǎn)的化合物薄膜，特別是適合制作過(guò)渡金屬與易解吸的O2、N2等在N2氣氛中蒸發(fā)Zr得到ZrN薄膜，在Ar-N2氣氛中得到反應(yīng)氣體所組成的化合物薄膜。例如在空氣或O2氣氛中蒸發(fā)SiO制得SiO2薄膜，Al（激活蒸氣）+O2（活性氣體）fAl2O3（固相沉積）Sn（激活蒸氣）+O2（活性氣體）fSnO2（固相沉積）表1-13反應(yīng)蒸發(fā)制取化合物薄膜的條件化合物蒸發(fā)材料活性氣體活性氣體壓強(qiáng)（Pa）蒸發(fā)速率（A/s）基片溫度（°C）Al2O3AlO210-3?10-24?5400?500300?400100?150100?300700?900300300（多晶）800?1400（單晶）室溫300?900?300Cr2O3CrO22X10-2?2FeOQFeO210-2?10-1?123SiO2SiOO2或空氣10-3?10-2?4.5Ta0TaO，10-2?10-1?2TiO2TiO，10-3?10-2AlNAlnh310-3?10-2?2TiNTin2或nh34X10-2?3ZrNZrN210-3?10-2?1SiCSiC3H23X10-4TiCTiC2H44X10-3三、特殊的蒸發(fā)法1.電弧蒸發(fā)法在普通的電阻加熱蒸發(fā)法中，常存在加熱絲、坩蝸與蒸發(fā)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的問(wèn)題。另外，還存在著可能發(fā)生蒸發(fā)源材料的原子混入薄膜以及難于蒸發(fā)高熔點(diǎn)物質(zhì)問(wèn)題。這些問(wèn)題雖可由電子束蒸發(fā)法解決，但所用設(shè)備復(fù)雜昂貴。而電弧蒸發(fā)法是制取高熔點(diǎn)材料薄膜的一種較簡(jiǎn)便的方法。這種方法是采用高熔點(diǎn)材料構(gòu)成兩個(gè)棒狀電極，在高真空下通電使其發(fā)生電弧放電，使接觸部分達(dá)到高溫進(jìn)行蒸發(fā)。因而也是一種自加熱蒸發(fā)法。它又分為交流電弧放電法和直流電弧放電法?？烧舭l(fā)包括高熔點(diǎn)金屬在內(nèi)的所有導(dǎo)電材料，可簡(jiǎn)單快速地制作無(wú)污染薄膜，并且也不會(huì)引起由于蒸發(fā)源輻射作用而造成基板溫度升高的問(wèn)題。2.熱壁法為獲得良好的外延生長(zhǎng)膜，人們研究了熱壁外延生長(zhǎng)法。熱壁法是利用加熱的石英管等（熱壁）把蒸發(fā)分子或原子從蒸發(fā)源導(dǎo)向基板，進(jìn)而生成薄膜。通常，熱壁較基板處于更高的溫度。整個(gè)系統(tǒng)置于高真空中，但由于蒸發(fā)管內(nèi)有蒸發(fā)物質(zhì)，因此壓強(qiáng)較高。和普通的真空蒸鍍法相比，熱壁法的最顯著特點(diǎn)是在熱平衡狀態(tài)下成膜。激光蒸發(fā)法利用高能激光作為熱源來(lái)蒸鍍薄膜是一種新技術(shù)。激光光源可采用CO2激光、Ar激光、釹玻璃激光、紅寶石激光及釔鋁石榴石激光等大功率激光器，并置于真空室之外。高能量的激光束透過(guò)窗口進(jìn)入真空室中，經(jīng)棱鏡或凹面鏡聚焦，照射到蒸發(fā)材料上，使之加熱氣化蒸發(fā)。聚焦后的激光束功率密度很高，可達(dá)106W/cm2以上。但是，激光蒸發(fā)器較昂貴，且并非對(duì)所有材料都顯示其優(yōu)越性。另外，由于蒸發(fā)材料溫度太高，蒸發(fā)粒子（原子、分子、簇團(tuán)等）多易離子化，從而會(huì)對(duì)膜結(jié)構(gòu)和特性產(chǎn)生一定影響。因此，還有不少問(wèn)題有待進(jìn)一步解決?！?-5膜厚和淀積速率的測(cè)量與監(jiān)控薄膜的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)主要決定于薄膜的成核與生長(zhǎng)過(guò)程，實(shí)際上受許多淀積參數(shù)的影響，如淀積速率、粒子速度與角分布、粒子性質(zhì)、襯底溫度及真空度等。因此，在氣相沉積技術(shù)中為了監(jiān)控薄膜的性質(zhì)與生長(zhǎng)過(guò)程，必須對(duì)淀積參數(shù)進(jìn)行有效的測(cè)量與監(jiān)控。在所有沉積技術(shù)中，淀積速率和膜厚是最重要的薄膜淀積參數(shù)。下面介紹幾種代表性的測(cè)定膜厚的方法。表1-14膜厚的測(cè)試方法膜厚定義測(cè)試手段測(cè)試方法形狀膜厚機(jī)械方法光學(xué)方法其他方法觸針?lè)ǎ瑴y(cè)微計(jì)法多次反射干涉法，雙光線干涉法電子顯微鏡法質(zhì)量膜厚質(zhì)量測(cè)定法原子數(shù)測(cè)定法化學(xué)天平法，微量天平法，扭力天平法，石英晶體振蕩法比色法、X射線熒光法、離子探針?lè)?、放射性分析法物性膜厚電學(xué)方法光學(xué)方法電阻法、電容法、渦流法、電壓法干涉色法、橢圓偏振法、光吸收法二、稱重法1.微量天平法它是將微量天平設(shè)置在真空室內(nèi)，把蒸鍍的基片吊在天平橫梁的一端，測(cè)出隨薄膜的淀積而產(chǎn)生的天平傾斜，進(jìn)而求出薄膜的積分堆積量，然后換算為膜厚。由此便可得到質(zhì)量膜厚。如果，積分堆積量（質(zhì)量）為m，蒸鍍膜的密度為，

基片上的蒸鍍面積為A,其膜厚可由下式確定t=m 式中，p一般采用塊材的密度值。PA微量天平法的優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，而且能測(cè)定淀積質(zhì)量的絕對(duì)值；能在比較廣的范圍內(nèi)選擇基片材料；能在淀積過(guò)程中跟蹤質(zhì)量的變化等。三、電學(xué)方法1.電阻法由于電阻值與電阻體的形狀有關(guān)，利用這一原理來(lái)測(cè)量膜厚的方法稱電阻法。電阻法是測(cè)量金屬薄膜厚度最簡(jiǎn)單的一種方法。由于金屬導(dǎo)電膜的阻值隨膜厚的增加而下降，所以用電阻法可對(duì)金屬膜的淀積厚度進(jìn)行監(jiān)控。以制備性能符合要求的金屬薄膜。由于材料的電阻率（或者電導(dǎo)率）通常是與整塊材料的形狀有關(guān)的一個(gè)確定值，如果認(rèn)為薄膜的電阻率與塊材相同，則可由下式確定膜厚，即式中，Rs為正方形平板電阻器沿其邊方向的電阻值，Rs值與正方形的尺寸無(wú)關(guān)，常稱為方電阻或面電阻，簡(jiǎn)稱方阻。方阻是在實(shí)際上經(jīng)常使用的一個(gè)參數(shù)。因此，采用電橋法或歐姆表直接測(cè)試出阻值監(jiān)控片上的淀積薄膜的方電阻值，便可根據(jù)式得出膜厚值。用電橋法測(cè)量電阻的原理如圖1-15所示。采用電阻法測(cè)量的薄膜電阻值范圍介于幾分之一歐至幾百兆歐之間，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)電阻值時(shí)，通過(guò)繼電器控制電磁閥擋板，便可立即停止蒸發(fā)淀積。使用普通儀器，電阻測(cè)量精度可達(dá)土1%?土0.1%。由于準(zhǔn)確確定薄膜的P值有困難，所以用電阻法測(cè)得的膜厚仍有一定誤差。通常為＞±5%左右。2.電容法容器。然后根據(jù)平板電容器公式，在測(cè)出電容值后，便可計(jì)算出淀積介質(zhì)薄膜的厚度。顯然，這種方法只能用于淀積后的膜厚測(cè)量，而不能用于淀積過(guò)程的監(jiān)控。計(jì)算時(shí)所需要的B值，可取塊材介質(zhì)的介電系數(shù)值。電介質(zhì)薄膜的厚度可以通過(guò)測(cè)量它的電容量來(lái)確定。根據(jù)這一原理可以在絕緣基板上，按設(shè)計(jì)要求先淀積出叉指形電極對(duì)，使之形成平板形叉指形電極時(shí)，使之形成平板形叉指電容器。當(dāng)未淀積介質(zhì)時(shí)，叉指電容值主要由基板的介電常數(shù)決定。而在叉指上淀積介質(zhì)薄膜后，其電容值由叉指電極的間距和厚度，以及淀積薄膜的介電系數(shù)決定。只要用電容電橋測(cè)出電容值便可確定淀積的膜厚。另一種方法是在絕緣基板上先形成下電極，然后淀積一層介質(zhì)薄膜后，再制作上電極，使之形成一個(gè)平板形電圖電介質(zhì)薄膜的厚度可以通過(guò)測(cè)量它的電容量來(lái)確定。根據(jù)這一原理可以在絕緣基板上，按設(shè)計(jì)要求先淀積出叉指形電極對(duì)，使之形成平板形叉指形電極時(shí)，使之形成平板形叉指電容器。當(dāng)未淀積介質(zhì)時(shí)，叉指電容值主要由基板的介電常數(shù)決定。而在叉指上淀積介質(zhì)薄膜后，其電容值由叉指電極的間距和厚度，以及淀積薄膜的介電系數(shù)決定。只要用電容電橋測(cè)出電容值便可確定淀積的膜厚。另一種方法是在絕緣基板上先形成下電極，然后淀積一層介質(zhì)薄膜后，再制作上電極，使之形成一個(gè)平板形電圖1-15由測(cè)量電阻值（RS）來(lái)測(cè)量膜厚的電橋回路1一真空室2一蒸發(fā)面由于確定介電系數(shù)和平板電容器或叉指電容器的表面積（電極）所造成的誤差，限制了這種方法的準(zhǔn)確性。圖1-16傳感規(guī)結(jié)構(gòu)示意圖1—帶水冷卻罩 2—加速極 3—收集極 4—發(fā)射極 5—芯柱四、光學(xué)方法1.光吸收法如果強(qiáng)度為I0的光照射具有光吸收性的薄膜，則透過(guò)薄膜的光強(qiáng)度可由下式表示I=10（I-R）2exp（at）式中，t為膜厚，a是吸收系數(shù)，R為薄膜與空氣界面上的反射率。顯然，通過(guò)測(cè)量光強(qiáng)度的變化，利用上式可以確定吸收薄膜的厚度。這種方法非常簡(jiǎn)單，常用于金屬蒸發(fā)膜厚度測(cè)定，且適用于淀積過(guò)程的控制。淀積速率一定時(shí)，在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上，透射光強(qiáng)與時(shí)間的關(guān)系是線性的。這種方法也適用于在一定面積上薄膜厚度均勻性的檢測(cè)。但必須指出，此方法只適用于能形成連續(xù)的、薄的微品的薄膜材料（如Ni-Fe合金等），其他物質(zhì)（如Ag）在小的厚度時(shí)（?30nm），透射光強(qiáng)隨厚度成線性衰減。2.光干涉法光干涉法的理論基礎(chǔ)是光的干涉效應(yīng)。當(dāng)平行單色光照射到薄膜表面上時(shí)，從薄膜的上、下表面反射回來(lái)的兩束光在上表面相遇后，就發(fā)生干涉現(xiàn)象。而且，當(dāng)一束光入射于薄膜上時(shí)，從膜的反射光和透射光的特性將隨薄膜厚度而變化。通過(guò)測(cè)定反映反射光或透射光特性的某個(gè)參量，即可測(cè)定薄膜的厚度。顯然，用這種方法所測(cè)量的是薄膜的光學(xué)厚度，以入射光的波長(zhǎng)久作為計(jì)量單位，精確度達(dá)±10%。如果設(shè)膜的折射率n與塊材相同，則從光學(xué)厚度（nt）可求得薄膜的幾何厚度t。監(jiān)控透射率的原理與監(jiān)控反射率是一致的。不過(guò)當(dāng)透射率為極大值時(shí)，反射

率為極小值，當(dāng)透射率為極小值時(shí)