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第三章薄膜制备技术.ppt


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第三章薄膜制备技术
3、脉冲激光溅射沉积膜(pulsed laser ablation/pulsed laser deposition)(PLD)
使用高功率的激光束作为能源进行蒸发沉积的方法被称为激光蒸发沉积。这种方法具有加热温取决于蒸发原子的平均自由程及蒸发源到基片之间的距离,常称源-基距。
(3)蒸发原子或分子在基片表面上的淀积过程,
即是蒸发粒子到达基片后凝结、成核、长大、成膜。
由于基板温度远低于蒸发源温度,因此,淀积物分子在基板表面将直接发生从气相到固相的相转变。
真空蒸发镀膜的优缺点:
优点:设备比较简单、操作容易;制成的薄膜纯度高、质量好,厚度可较准确控制;成膜速率快、效率高,用掩膜可以获得清晰图形;大多数材料都可以作为膜层材料蒸发。
缺点:不容易获得结晶结构的薄膜,所形成的薄膜与基板的附着力较小,工艺重复性不够好等。
蒸发源的类型
蒸发源是蒸发装置的关键部件,大多金属材料都要求在1000~2000℃的高温下蒸发。因此,必须将蒸发材料加热到很高的蒸发温度。最常用的加热方式有:电阻法、电子束法、高频法等。
一、电阻蒸发源
采用钽、钼、钨等高熔点金属,做成适当形状的蒸发源,其上装入待蒸发材料,让电流通过,对蒸发材料进行直接加热蒸发,或者把待蒸发材料放入Al2O3、BeO等坩埚中进行间接加热蒸发。
优点:蒸发源结构简单、廉价易作;
缺点:需考虑蒸发源的材料和形状。
蒸发源材料
熔点/℃
平衡温度
蒸气压在1×10-6Pa
蒸气压在1×10-3Pa
钨(W)
3410
2117
2567
钽(Ta)
2996
1957
2407
钼(Mo)
2617
1592
1957
铌(Nb)
2468
1762
2127
铂(Pt)
1772
1292
1612
(1)常用蒸发源/蒸发加热装置材料及其特性
1、电阻加热蒸发
常用的电阻加热蒸发法是将待蒸发材料放置在电阻加热装置中,通过电路中的电阻加热给待沉积材料提供蒸发热使其汽化。
(2)选用蒸发源应考虑的因素/对蒸发源材料的要求
1)熔点高,热稳定性好;
2)蒸发源在工作温度有足够低的蒸气压;防止或减少在高温下蒸发原材料会随蒸发材料而成为杂质进入蒸镀膜层中。
3)不与膜料反应;
4)高温下与膜料不相湿(相渗),或虽相渗,但不相溶;
5)经济实用。
热蒸发中影响蒸发速率的是膜料的汽化温度和蒸发源的加热温度。
(3)电阻加热装置热蒸发特性
低压大电流使高熔点金属制成的蒸发源产生焦耳热,使蒸发源中承载的膜料汽化或升华。
优点:简单、经济、操作方便。
缺点:
1)来自坩埚、加热元件和支撑部件的可能的污染;
2)加热功率或加热温度有一定的限制,不适用于高纯或难熔物质的蒸发;
3)膜料容易热分解;
4)膜料粒子初始动能低,膜层填充密度低,机械强度差。
(4)常用蒸发源的形状
可以采用电阻加热蒸发的膜料有金属、介质、半导体,它们中有先熔化成液体然后再汽化的蒸发材料,也有直接从固态汽化的升华材料,有块状、丝状,也有粉状。
支撑材料的形状主要取决于蒸发物
电子束加热源
电阻加热装置的缺点之一是来自坩埚、加热元件以及各种支撑部件的可能的污染。另外,电阻加热法的加热功率或加热温度也有一定的限制。因此其不适用于高纯或难熔物质的蒸发。
电子束蒸发装置的优点:1)能克服电阻加热方法可能受到坩埚、加热元件以及各种支撑部件的污染的缺点。
在电子束加热装置中,被加热的物质被放置于水冷的坩埚中,电子束只轰击到其中很少的一部分物质,而其余的大部分物质在坩埚的冷却作用下一直处于很低的温度,即后者实际上变成了被蒸发物质的坩埚。
2)能克服电阻加热方法受到加热功率或加热温度的限制。
3)电子束蒸发沉积装置中可以安置多个坩埚,这使得人们可以同时分别蒸发和沉积多种不同的物质。
电子束蒸发法的缺点是,电子束的绝大部分能量要被坩埚的水冷系统带走,因而其热效率较低。另外,过高的加热功率也会对整个薄膜沉积系统形成较强的热辐射。
电子束加热结构
常用的电子束蒸发源有电子束偏转角度270°、运行轨迹为“e”的e型枪和电子束偏转角度180 °、运行轨迹为“c”的c型枪两种。
图2-6 电子束蒸发源
E-beam Evaporation of Thin films
优点:
①电子束焦斑大小可调,位置可控,既方便使用小坩埚,也方便使用大坩埚;
②可一枪多坩埚,既易于蒸发工艺的重复稳定,也方便使用多种膜料;
③灯丝易屏蔽保护,不受污染,寿命长;
④使用维修方便。
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  • 时间2022-05-17
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