微系统的重要材料—硅衬底的补充说明资料学习教案.pptx

微系统的重要(zhòngyào)材料——硅衬底的补充说明
晶体结构：近似面心立方晶格（实际FCCA+FCCB,晶胞含8+6+4个原子、)；
密勒指数：设初基胞（面心立方）置于xyz坐标系中，平行于坐标平面的为（10汽相沉积---CVD法
５溶胶凝胶。
第7页/共51页
第七页，共52页。
薄膜材料是相对于体材料而言的，是人们采用特殊的方法，在体材料的表面沉积或制备的一层性质(xìngzhì)于体材料完全不同的物质层。薄膜材料受到重视的原因在于它往往具有特殊的材料性能或材料组合。
薄膜材料之所以能够成为现代材料科学各分支(fēnzhī)中发展最为迅速的一个分支(fēnzhī)，至少有以下三个方面的原因∶
1 现代科学技术的发展，特别是微电子技术的发展，打破了过去体材料的一统天下。过去需要众多(zhòngduō)材料组合才能实现的功能，现在仅仅需要少数几个器件或一块集成电路就可以完成。薄膜技术正是实现器件和系统微型化的最有效的技术手段。
2 器件的微型化不仅可以保持器件原有的功能，并使之更强化，而且随着器件的尺寸减小并接近了电子或其他粒子量子化运动的微观尺度，薄膜材料或其器件将显示出许多全新的物理现象。薄膜技术作为器件微型化的关键技术，是制备这类具有新型功能器件的有效手段。
3 每种材料的性能都有其局限性。薄膜技术作为材料制备的有效手段，可以将各种不同的材料灵活地复合在一起，构成具有优异特性的复杂材料体系，发挥每种成分的优势，避免单一材料的局限性
返回
第8页/共51页
第八页，共52页。
物理气相沉积(PVD: Physical Vapor Deposition)指的是利用某些物理的过程，如物质的热蒸发或在受到粒子束轰击时表面原子的溅射等现象，实现物质从源物质到薄膜物质的可控的原子转移过程。这种薄膜制备方法相对于化学气相沉积方法而言，具有以下几个特点∶
----要使用固态的或者融化态的物质作为沉积过程的源物质；
----源物质要经过(jīngguò)物理过程进入气相;
----需要相对较低的气体压力环境;
----在气相中及衬底表面不发生化学反应。
物理气相沉积中最为基本的方法就是蒸发法和溅射法。在薄膜沉积技术发展的最初阶段，由于蒸发法相对于溅射法具有一些明显的优点，包括较高的沉积速度，相对较高的真空度，以及由此导致的较高的薄膜质量等，因此蒸发法受到了相对较大的重视。但是另一方面，溅射法也具有自己的一些优势，包括在沉积多元合金薄膜时化学成分容易控制，沉积层对于衬底的附着力较好等。同时，现代技术对于合金薄膜材料的需求也促进了各种高速溅射方法以及高纯靶材，高纯气体制备技术的发展，这些都使溅射法制备的薄膜的质量得到了很大的改善。如今，不仅上述两种物理气相沉积方法已经大量应用于各个技术领域之中，而且为了充分利用这两种方法各自个特点，还开发了许多介于上述两种方法之间的性的薄膜沉积技术。
第9页/共51页
第九页，共52页。
物质的热蒸发 (Thermal Evaporation)
----物质的蒸发速度
在一定的温度下，每种液体或固体物质都具有特定的平衡蒸汽压。只有当环境(huánjìng)中被蒸发物质的分压降低到了它的平衡蒸汽压以下时，才可能有物质的净蒸发。单位源物质表面的物质的净蒸发速率应为∶
α为0-1之间的系数；pe和ph分别是该物质的平衡蒸汽压和实际分压;NA、M、R、T分别为Avogatro常数、原子质量、气体常数和绝对温度；由于物质的平衡蒸汽压 随着温度的上升增加很快(呈指数(zhǐshù)关系)，因而对物质蒸发速度影响最大的因素使蒸发源的温度。以下是三种常用热蒸发方法
A 电阻式热蒸发;
B 电子束热蒸发;
C 激光蒸发;
------薄膜均匀(jūnyún)性
返回
第10页/共51页
第十页，共52页。
---元素的平衡蒸汽压
Clausius-Clapeyron方程指出，物质的平衡蒸汽压p随温度的变化率可以定量(dìngliàng)的表达为
其中ΔH为蒸发(zhēngfā)过程中单位摩尔物质的热焓变化，它随温度的不同而不同，而ΔV为相应过程中物质体积的变化。由于在蒸发(zhēngfā)时，汽相的体积显著的大于相应的液相或固相，故 ΔV近似等于汽相体积V。运用理想气体状态方程则有:
作为近似(jìn sì)，可以利用物质在该温度的汽化热Δ He来代替Δ H，从而得到物质蒸汽压的近似(jìn sì)表达时 (B为相应的系数)
第11页/共51页
第十一页，共52页。
根据物质的蒸发特性，物质的蒸发模式又被分为二种模式∶
一是物质在固态情况下，即使是温度达到其熔点时，其平衡(pínghéng)蒸汽