2真空蒸发镀膜法.ppt

双源或多源蒸发法 将要形成合金的每一成分，分别装入各自的蒸发源中，然后独立地控制其蒸发速率，使达到基板的各种原子符合组分要求。 三、合金及化合物的蒸发 基板需要旋转 ★ 化合物的蒸发 反应蒸发法、三温度法等。 反应蒸发法 将活性气体导入真空室，并与蒸发源逸出的金属原子、低价化合物分子在基板表面淀积过程中发生化学反应，从而形成所需高价化合物薄膜。 蒸发原子或低价化合物分子与活性气体发生反应有三个可能的部位： 蒸发源表面（尽可能避免） 蒸发源到基板的空间（反应几率很小） 基板表面（主要反应部位） 三、合金及化合物的蒸发 三、合金及化合物的蒸发 三温度法 类似于双蒸发源法，适合制备Ⅲ-Ⅴ族化合物。Ⅴ族元素的饱和蒸气压比Ⅲ族元素大得多。蒸发时，分别控制低蒸气压元素（Ⅲ）的蒸发温度TⅢ、高蒸气压元素（Ⅴ）的蒸发温度TⅤ和基板温度TS，一共三个温度，即三温度法。 三、合金及化合物的蒸发 * 第二章 真空蒸发镀膜法 物理气相沉积（physical vapor deposition, PVD)：利用某种物理过程，如物质的热蒸发或在受到粒子轰击时物质表面原子的溅射等现象，实现原子从源物质到薄膜的可控转移的过程。 物理方法制备薄膜的特点： 1、需要使用固态的或者熔融态的物质作为薄膜沉积的源物质； 2、源物质经过物理过程而进入环境（真空腔）； 3、需要相对较低的气体压力环境； 4、在气相中及在衬底表面并不发生化学反应。 物理气相沉积的三个阶段： 1、从源物质中发射出粒子； 2、粒子输运到基板； 3、粒子在基板上凝结、成核、长大、成膜。 主要方法： 1、真空蒸发镀膜法； 2、溅射镀膜法； 3、离子镀膜法。 本章主要内容 一、真空蒸发原理 二、蒸发源的类型 三、合金及化合物蒸发 四、分子束外延（MBE） 一、真空蒸发原理 概述：真空蒸发镀膜是在真空室中，加热蒸发器中待形成薄膜的材料，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸气流，入射到基板表面，凝固形成固态薄膜的方法。 关键词： 真空腔 蒸发源（盛放膜材的容器） 待蒸发材料（膜材） 基板 一、真空蒸发原理 真空蒸发的特点与成膜过程 优点：设备比较简单、操作容易；纯度高、质量好；薄膜生长机理比较单纯。 缺点：不容易获得结晶结构的薄膜；薄膜附着力较小；工艺重复性差。 蒸发镀膜的三个基本过程： 1、加热蒸发过程（产生原子） 2、气相原子的输运过程（原子传输） 3、蒸发原子在基板表面的淀积过程（薄膜形成） 饱和蒸气压 热蒸发：蒸发材料在真空室中被加热到足够高的温度时，其原子或分子就会从表面逸出，这种现象叫做热蒸发。 饱和蒸气压：在一定温度下，真空腔内蒸发物质的气相与凝聚相（液相或固相）动态平衡过程中所表现出的压强，称为该物质的饱和蒸气压。饱和蒸气压随温度的增加而增加。 例如，常温下，水和酒精等的饱和蒸气压比较大，蒸发很快；而菜油、金属等饱和蒸气压很小，基本上不蒸发。 蒸发温度：规定物质在饱和蒸气压为1.3 Pa（10-2 Torr）时的温度，称为该物质的蒸发温度。 一、真空蒸发原理 克拉伯龙-克劳修斯（Clapeylon-Clausius）方程： 为摩尔汽化热或蒸发热（J/mol）； 和 分别为气相和固相（凝聚相）的摩尔体积； 为绝对温度（K）。 因为 ，低压气体符合理想气体状态方程，则有 一、真空蒸发原理 饱和蒸气压和温度的关系： 一、真空蒸发原理 饱和蒸气压和温度的关系： 一、真空蒸发原理 饱和蒸气压和温度的关系： 饱和蒸气压与温度的关系曲线对于薄膜制作技术有重要意义，它可以帮助我们合理选择蒸发材料和确定蒸发条件。 一、真空蒸发原理 饱和蒸气压和温度的关系： 蒸发速率 根据气体分子动理论，在气体压强为P时，单位时间内碰撞单位面积器壁上的分子数量，即碰撞分子流量（入射频率或蒸发速率）J： 冷凝系数 实际的蒸发过程： 一、真空蒸发原理 一、真空蒸发原理 最大蒸发速率：蒸发速率 ，液体静压 质量蒸发速率： 蒸发速率随温度的变化关系： 蒸发速率随温度的变化率： 在蒸发温度以上进行蒸发时，蒸发源温度的微小变化可以引起蒸发速率发生很大的变化！ 例如： 蒸发源1％的温度变化会引起铝薄膜蒸发速率有19％的变化！ 一、真空蒸发原理 蒸发分子的平均自由程与碰撞几率 蒸发分子平均自由程： 一、真空蒸发原理 大气压下 P = 105 Pa， P = 10-2 Pa， P = 10-3 Pa， P = 10-4 Pa， 碰撞几率： 未受