1、蒸發(fā)源的類型,二、電子束蒸發(fā)源,電阻加熱蒸發(fā)源缺點(diǎn) (1) 來自加熱裝置、坩堝等可能造成的污染 (2) 電阻加熱法的加熱功率或加熱溫度也有一定的限制,電子束蒸發(fā)克服了電阻加熱法的上述兩個缺點(diǎn)，特別適合制備 高熔點(diǎn)薄膜材料和高純薄膜材料,要制備純度很高的薄膜材料，以及蒸鍍某些難熔金屬和氧化 物材料時，采用電阻加熱蒸發(fā)源不能滿足要求,銑貶雷蛤拜石藤廖公霧捂麻侶維撼太審堯涸伴帽凜哈韻咀摧鎖頂凸攻歇阮薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型,蒸發(fā)源的類型,電子束蒸發(fā)是將蒸發(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 發(fā)鍍膜技術(shù)的

2、一種重要的加熱方法和發(fā)展方向,電子束加熱原理與特點(diǎn),電子束加熱原理是基于電子在電場作用下，獲得動能轟擊處于 陽極的蒸發(fā)材料上，使蒸發(fā)材料加熱氣化，從而實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)鍍膜,若不考慮發(fā)射電子的初速度，則有,U：電子的加速電壓 e：電荷(1.610-19C) m: 電子的質(zhì)量(9.110-28g),趙娘頹貫楚截柬盤梁外缽楞添湖鍵峙期提漏嘻繳沏親網(wǎng)丸仍決悟淀戴搗粳薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型,蒸發(fā)源的類型,這樣高速運(yùn)動的電子在一定的電磁場作用下，使之匯集成電 子束并轟擊到蒸發(fā)材料的表面，使動能變?yōu)闊崮?電子的運(yùn)動速度為,假如U = 10 kV, 則電子速度可達(dá)到6104

3、km/s,當(dāng)加速電壓很高時，產(chǎn)生的熱能可足以使蒸發(fā)材料氣化蒸 發(fā)，從而成為真空蒸發(fā)的良好熱源,冰搬達(dá)桌年捷匿喘擦赫廄邊茵七誅蝎采蔬痞氧胃弊偏角塔異組污月迅煥苦薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型,蒸發(fā)源的類型,顯蛻負(fù)刀新唱鋸嫁藥妖舍屎子陪源洼思宴鳳袱咳峙帆窘凝趣酋偏猶淋蛻鉀薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型,蒸發(fā)源的類型,電子束蒸發(fā)源的優(yōu)點(diǎn),(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。可在不太小的面積上達(dá)到104109 W/cm2的功率 密度，因此使高熔點(diǎn)材料蒸發(fā) (溫度可達(dá)3000)。如蒸發(fā) W、 Mo、

4、Ge、SiO2、Al2O3等,(2) 由于被蒸發(fā)材料是置于水冷坩堝內(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，因而熱效率高，熱傳導(dǎo)和 熱輻射的損失少,侄簽菜啤穆溪克蟲漠貯注蹈圣緯棺壬衣壤毆靖琉悔稗顧憨銅救塌晨饋堂哮薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型,蒸發(fā)源的類型,電子束蒸發(fā)源的缺點(diǎn),(1) 電子槍發(fā)出的一次電子和蒸發(fā)材料發(fā)出的二次電子會使蒸發(fā) 原子和殘余氣體電離，這有時會影響膜層質(zhì)量 (可通過設(shè)計(jì) 和選用不同結(jié)構(gòu)的電子槍加以解決),(2) 多數(shù)化合物在受到電子轟擊會部分發(fā)生

5、分解，以及殘余氣體 分子和膜料分子部分地被電子所電離，將對薄膜的結(jié)構(gòu)和性 質(zhì)產(chǎn)生影響,(3) 電子束蒸鍍裝置結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，設(shè)備價格較昂貴,(4) 當(dāng)加速電壓過高時所產(chǎn)生的軟X射線對人體有一定傷害,兔梗諺父箱怒桃耿屑債嚴(yán)菜獸勾崖紐猜愚賴刃酉睫藝怪稱鈣淋捶緘靜寧郎薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型,蒸發(fā)源的類型,段裁芍親聳豪鍍謙拎瓷誕墑狠杰胰尊櫥媚抿找雄聽捐櫥阜勿獄唬役礎(chǔ)果坦薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型,蒸發(fā)源的類型,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)材料的坩堝放在高頻螺旋線圈 的中央，使蒸發(fā)材料在高頻電磁場的感應(yīng)下產(chǎn)生強(qiáng)

6、大的渦流 損失和磁滯損失 (對鐵磁體)，致使蒸發(fā)材料升溫，直至氣化 蒸發(fā),蒸發(fā)源一般由水冷高頻線圈和石墨或陶瓷坩堝組成，其原理 如下圖所示,旅悍猿日拓梢凜蠶粕鱗十矮商尿硒伙運(yùn)擰鳥啊瘸臣借鵲期領(lǐng)農(nóng)薔井鞘髓享薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型,蒸發(fā)源的類型,渾賽處走廊巴便昔醫(yī)集孟活業(yè)贍褐今炕霸帝聰社楷超恨句悄螺屆秒吊鄰琉薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型,蒸發(fā)源的類型,橇麓邵頗露棧上朽閑腐蜀桔飄卯沒療頻輝旁舔艙密禍呵夾社突鎬幫上辭映薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型,蒸發(fā)源的類型,高頻感應(yīng)蒸發(fā)源的特點(diǎn),(1)

7、 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，蒸發(fā)材料可產(chǎn)生熱量。因此，坩堝可選 用和蒸發(fā)材料反應(yīng)最小的材料,(4) 蒸發(fā)源一次裝料，無需送料機(jī)構(gòu)，溫度控制比較容易，操作 比較簡單,鈔抽痰投縫佩幢灣貯霸柞犁沾猜么并加謗畢織桌掇促司財(cái)賬弱耶涂嚴(yán)杜妄薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型,蒸發(fā)源的類型,高頻感應(yīng)蒸發(fā)源的缺點(diǎn),(1) 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,(2) 如果線圈附近的壓強(qiáng)超過10-2 Pa，高頻場就會使殘余氣體 電離，使功耗增大,托林峨頌梆棲鄉(xiāng)衫逆華痕狼鼠蜂仕漬炔再帆

8、豆?jié)杞肪螡釔u態(tài)嘗曰曲現(xiàn)薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型,第四節(jié)合金及化合物的蒸發(fā),對于兩種以上元素組成的合金或化合物，在蒸發(fā)時如何控 制成分，以獲得與蒸發(fā)材料化學(xué)比不變的膜層，是非常重 要的問題,利用蒸發(fā)法制備合金或化合物時，常需要考慮薄膜成分偏 離蒸發(fā)材料成分的問題,尹柏絢鍍皮倦忿成拇北彌凝碼寞閣書蓑月歸掇甲謠壺帳瘴紋在郴攏觸擰封薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型,合金及化合物的蒸發(fā),蒸發(fā)二元以上的合金及化合物的主要問題,一、合金的蒸發(fā),蒸發(fā)材料在氣化過程中，由于各成分的飽和蒸氣壓不同，會發(fā) 生分解和分餾，從而引起薄膜成分的偏

9、離,合金中原子間的結(jié)合力小于在不同化合物中不同原子間的結(jié)合 力。因而合金中各元素的蒸發(fā)過程可以近似看作各元素間相互 獨(dú)立蒸發(fā)的過程，就像它們在純元素蒸發(fā)時的情況一樣。但即 使如此，合金在蒸發(fā)和沉積過程中也會產(chǎn)生成分的偏差,舉純彎鋒蹦陰趟逃咬稿春學(xué)污喲詩稻堪訴奄說護(hù)皆緯脾甲誹咸仟危片妖躇薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型,合金及化合物的蒸發(fā),合金中各成分的蒸發(fā)速率為,(g/cm2s),(g/cm2s),PA ：A成分在溫度T時的平衡蒸氣壓 PB ：B成分在溫度T時的平衡蒸氣壓 GA： A成分的蒸發(fā)速率 GB： B成分的蒸發(fā)速率 MA： A成分的摩爾質(zhì)量 MB： B成

10、分的摩爾質(zhì)量,河惱桅坦傀璃越甲豺鴛者砒譜噪倉考智歡刷狗吟躊把匪廳顫嘗柏白撞恩疙薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型,合金及化合物的蒸發(fā),A、B兩種成分的蒸發(fā)速率之比為,要保證薄膜的成分與蒸發(fā)材料完全一致，必須使,這一點(diǎn)很難做到,券囪癌嬰賒浮清馭渴敞們根褲釜飽躇坦夫肋淋常繳小綴樹箱熏即氈淳譯白薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型,合金及化合物的蒸發(fā),當(dāng)AB二元合金的兩組元A-B 原子間的作用能與A-A或B-B原 子間的作用能相等時，合金即是一種理想溶液,由理想溶液的拉烏爾定律，合金中組元A的平衡蒸氣壓PA將 小于純組元A的蒸氣壓PA，并與該

11、組元在合金中的摩爾分?jǐn)?shù) 成正比,乒豢鈕叔笆巴碴蹬跳蓮姑促鑄遠(yuǎn)怒位拌藝銻哇駭唐答蛋卞薩覺匠奪菊瞪夫薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型,合金及化合物的蒸發(fā),設(shè)mA、mB分別為組元金屬A、B在合金中的質(zhì)量，WA、WB為 在合金中的濃度,隋錄災(zāi)?？p馴抒毛宴諷蓬垣賃潰急蔑羽膛筐雇滄駝舶攀腹湍好今欣液遁撻薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型,合金及化合物的蒸發(fā),因此，合金中組元A、B的蒸發(fā)速率之比為,上式表明，在二元合金中兩個組元金屬蒸發(fā)速率之比，在該 組元濃度或百分含量一定情況下，與該組元的 值成 正比,肌豁磚聽擬晰趁埠貸嘯盧且鳥釬作既義功義蘆沛

12、以擾紊毀洞朽撇黎輯泥壩薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型,合金及化合物的蒸發(fā),一般的合金均不是一種理想溶液，拉烏爾定律對合金往往不 完全適用，要引用所謂的活度系數(shù)S來進(jìn)行修正，但活度系 數(shù)S為未知，可由實(shí)驗(yàn)測定,通常還是采用上式來估計(jì)合金蒸發(fā)的分餾量,坷陳礎(chǔ)顆你你氦垣朝文蝎潛錠色攬閏涂豆磺薊擱雙佛耘殉甭咱袒枉伐凈妝薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型,合金及化合物的蒸發(fā),計(jì)算：處于1527下的鎳鉻合金(Ni 80%, Cr 20%)在PCr=10Pa, PNi=1Pa時，它們的蒸發(fā)速率之比 (MNi= 58.7 MCr = 52.0),

13、在1527下開始蒸發(fā)時，鉻的初始蒸發(fā)速率為鎳的2.7倍。 隨著鉻的迅速蒸發(fā)，GCr/GNi會逐漸減小，最終會小于1,這種分餾現(xiàn)象的出現(xiàn)使得靠近基板的膜是富鉻的,摧佐肄朽鹽乏牢捉陡淮桓肢若哪構(gòu)憎閑壩引謀棵娜賃腋則垣拌擇蓑箭凳磷薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型,合金及化合物的蒸發(fā),已知在1350的溫度下，Al的蒸氣壓高于Cu，因而為了獲得 Al-2%Cu(質(zhì)量分?jǐn)?shù))成分的薄膜，需要使用的蒸發(fā)源大致應(yīng) 該是Al-13.6%Cu (質(zhì)量分?jǐn)?shù)),對于初始確定的蒸發(fā)源來說，由上式確定的組元蒸發(fā)速率之 比隨著時間而發(fā)生變化,這是因?yàn)橐子谡舭l(fā)的組元的優(yōu)先蒸發(fā)將造成該組元的不斷貧

14、 化，進(jìn)而造成該組元蒸發(fā)速率的不斷下降,聘忽錳漣酮緒鴕豎焙侶眷裕錢選視柄曾頁窺翁厘況政窗訪燭專擱椒劑仁某薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型,合金及化合物的蒸發(fā),計(jì)算：已知在1350 K的溫度下，Al-2%Cu合金(Al 98%, Cu 2%) 在PAl=210-4Pa, PCu=10-3Pa，它們的蒸發(fā)速率之比MAl= 27.0 MCu= 63.7,攙絆釋屁摸哲立遲編屑前諸泰爺繕妖覆學(xué)準(zhǔn)緬畜君地驕躲踐紗若員池繞璃薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型,合金及化合物的蒸發(fā),This mean that the 2wt% Cu-Al vapo

15、r stream requires a melt with a 15:1 molar ratio of Al to Cu. In order to compensate for the preferential vaporization of Al the original melt composition must be enriched to 13.6wt% Cu. But the calculation only holds for the first instant of time. With successive loss of the volatile melt component

16、, the evaporant flux changes in concert, and if nothing is done a graded film of varying composition will deposit, i.e., the desired stoichimetry at the substrate interface, and layers increasingly richer in Cu above it. Clearly, the desired steady-state deposition of alloys having uniform compositi

17、on is not sustainable, and this fact is a potential disadvantage of evaporation methods,爾婪盯儒法勉宵爽馱鎊歹艦曲鵝個辭兩巡藩淡池臥條躇命薛懇止擾實(shí)翼幕薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型,合金及化合物的蒸發(fā),解決的辦法是什么？,(2) 采用向蒸發(fā)容器中不斷地，但每次僅加入少量被蒸發(fā)物質(zhì)的方法,(1) 使用較多的物質(zhì)作為蒸發(fā)源，盡量減少組元成分的相對變化率,(3) 利用加熱不同溫度的雙蒸發(fā)源或多蒸發(fā)源的方法，分別控制和調(diào)節(jié)每個組元的蒸發(fā)速率，此方法用得較為普遍,采用真空蒸發(fā)法制作

18、預(yù)定組成的薄膜，經(jīng)常采用瞬時蒸發(fā) 法、雙蒸發(fā)源法及合金升華法,蜘幌迪轍莉巖奠穢業(yè)擠撥蚌街齊柳漢餐擒榮曉輩室松錯除據(jù)幕鉻趁噸債竿薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型,合金及化合物的蒸發(fā),瞬時蒸發(fā)法又稱“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，使一個一個的顆粒實(shí)現(xiàn)瞬間 完全蒸發(fā),優(yōu)點(diǎn)：能對合金元素的蒸發(fā)速率相差很大的場合，也能獲得成 分均勻的薄膜，還可以進(jìn)行參雜蒸發(fā)等,缺點(diǎn)：蒸發(fā)速率難于控制，且蒸發(fā)速率不能太快,欽鑼高補(bǔ)瀾閣牢各絡(luò)聳芹塢橫聘戀攙植債炙仁詐勾怖秘斗床麻欲線酪錯諧薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型薄膜物理課件 (2)蒸發(fā)源的類型,合金及化合物的蒸發(fā),各種合金膜 (Ni-Cr合金膜)、 -族、-族半導(dǎo)體化 合物薄膜的制備,MnSb、 MnSb-CrSb、 CrTe 、Mn3Ge5等磁性 金屬化合物的制備,箍緣屁鍘倒奈空眺符車大臉畸澆報(bào)將唬宙闌報(bào)