第7章 薄膜材料制备.ppt

薄膜材料及其器件的发展与其制备和检测技术的发展紧密相关。薄膜制备技术正从传统的气相沉积技术的基础上,不断结合其他技术形成众多新的制备技术。薄膜检测技术面临着越来越多的挑战。独特的新型薄膜结构和复杂的薄膜成分,对检测技术提出了更高的要求。薄膜生长方法是获得薄膜的关键。薄膜材料的质量和性能不仅依赖于薄膜材料的化学组成,而且与薄膜材料的制备技术具有一定的关系。随着科学技术的发展和各学科之间的相互交叉,相继出现了一些新的薄膜制备技术。这些薄膜制备方法的出现,不仅使薄膜的质量在很大程度上得以改善,而且为发展一些新型的薄膜材料提供了必要的制备技术。这些技术包括:以蒸发沉积为基础发展了电子束蒸发沉积、分子束外延薄膜生长(MBE)、加速分子束外延生长;以载能束与固体相互作用为基础,先后出现了离子束溅射沉积、脉冲激光溅射沉积(PLD)、强流离子束蒸发沉积、离子束辅助沉积(IBAD)、低能离子束沉积;以等离子体技术为基础发展了等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、磁控溅射沉积等。薄膜的制备方法很多,主要有:物理方法:真空蒸发沉积磁控溅射法离子束溅射沉积脉冲激光沉积(PLD)分子束外延(MBE)直流磁控溅射射频磁控溅射带能束流辅助原位检测分析化学方法:化学气相沉积(CVD)溶胶-凝胶法(Sol-Gel法)电沉积液相外延(LPE)化学束外延金属有机物化学气相沉积(MOCVD)热解化学气相沉积激光诱导化学气相沉积(LCVD)等离子体增强化学气相沉积(PECVD)微电子回旋共振化学气相沉积(MW-ECR-CVD)直流电弧等离子体喷射化学气相沉积触媒化学气相沉积(Cat-CVD)••••••一、真空蒸发沉积真空蒸发沉积设备主要组成:(1)真空镀膜室(2)真空抽气系统(3)真空测量系统原理:真空条件下蒸发源材料加热脱离材料表面束缚原子分子作直线运动遇到待沉积基片沉积成膜。蒸发镀膜设备真空蒸发镀膜工艺实例-Al膜制备:(1)悬挂铝丝;(2)基片清洗及放置;(3)系统抽真空;(4)衬底预热;(5)预蒸;(6)蒸发;(7)停机。所谓“溅射”就是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。应用这一现象将溅射出来的物质沉积到基片或工作表面形成薄膜的方法称为溅射(镀膜)法。溅射法被广泛地应用于制备金属、合金、半导体、氧化物、碳化物、氮化物等。溅射过程是建立在辉光放电的基础上,即溅射离子都来源于气体的放电。辉光放电产生于真空度为10~1Pa的稀薄气体中的外加电压的两电极间。向高真空系统内加入少量所需气体(如氩、氧、氮等),气体分子在强电场的作用下电离而产生辉光放电。气体电离后产生的带正电荷的离子受电场加速而形成等离子流,它们撞击到设置在阴极的靶材表面上,使靶表面的原子飞溅出来,以自由原子的形式,或与反应气体分子形成化合物的形式,沉积到衬底表面形成薄膜层。(也称阴极溅射法)