薄膜物理1蒸發(fā)源的類型ppt課件

1、蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型二、電子束蒸發(fā)源二、電子束蒸發(fā)源電阻加熱蒸發(fā)源缺陷電阻加熱蒸發(fā)源缺陷(1) 來自加熱安裝、坩堝等能夠呵斥的污染來自加熱安裝、坩堝等能夠呵斥的污染(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)抑制了電阻加熱法的上述兩個缺陷，特別適宜制備電子束蒸發(fā)抑制了電阻加熱法的上述兩個缺陷，特別適宜制備高熔點薄膜資料和高純薄膜資料高熔點薄膜資料和高純薄膜資料要制備純度很高的薄膜資料，以及蒸鍍某些難熔金屬和氧化要制備純度很高的薄膜資料，以及蒸鍍某些難熔金屬和氧化物資料時，采用電阻加熱蒸發(fā)源不能滿足要求物資料時，采用電阻加熱蒸發(fā)源

2、不能滿足要求蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型電子束蒸發(fā)是將蒸發(fā)資料放入水冷銅坩堝中，直接利用電子束電子束蒸發(fā)是將蒸發(fā)資料放入水冷銅坩堝中，直接利用電子束加熱，使蒸發(fā)資料氣化蒸發(fā)后凝結在基板外表成膜，是真空蒸加熱，使蒸發(fā)資料氣化蒸發(fā)后凝結在基板外表成膜，是真空蒸發(fā)鍍膜技術的一種重要的加熱方法和開展方向發(fā)鍍膜技術的一種重要的加熱方法和開展方向電子束加熱原理與特點電子束加熱原理與特點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)資料上，使蒸發(fā)資料加熱氣化，從而實現蒸發(fā)鍍膜陽極的蒸發(fā)資料上，使蒸發(fā)資料加熱氣化，從而實現蒸發(fā)鍍膜假設不思索發(fā)

3、射電子的初速度，那么有假設不思索發(fā)射電子的初速度，那么有Uem221U：電子的加速電壓：電子的加速電壓e：電荷：電荷(1.610-19C)m: 電子的質量電子的質量(9.110-28g)蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型這樣高速運動的電子在一定的電磁場作用下，使之聚集成電這樣高速運動的電子在一定的電磁場作用下，使之聚集成電子束并轟擊到蒸發(fā)資料的外表，使動能變?yōu)闊崮茏邮⑥Z擊到蒸發(fā)資料的外表，使動能變?yōu)闊崮茈娮拥倪\動速度為電子的運動速度為NoImagesmU/1093. 55假設假設U = 10 kV, 那么電子速度可到達那么電子速度可到達6104 km/s當加速電壓很高時，產生的熱能可足以使蒸發(fā)資料氣化

4、蒸當加速電壓很高時，產生的熱能可足以使蒸發(fā)資料氣化蒸發(fā)，從而成為真空蒸發(fā)的良好熱源發(fā)，從而成為真空蒸發(fā)的良好熱源蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型電子束蒸發(fā)源的優(yōu)點電子束蒸發(fā)源的優(yōu)點(1) 電子束轟擊熱源的束流密度高，能獲得遠比電阻加熱源更大電子束轟擊熱源的束流密度高，能獲得遠比電阻加熱源更大 的能量密度?？稍诓惶〉拿娣e上到達的能量密度?？稍诓惶〉拿娣e上到達104109 W/cm2的功率的功率 密度，因此使高熔點資料蒸發(fā)密度，因此使高熔點資料蒸發(fā) (溫度可達溫度可達3000)。如蒸發(fā)。如蒸發(fā) W、 Mo、Ge、SiO2、Al2O3等等(2) 由于被蒸發(fā)資料是置于水冷坩堝內，因

5、此可防止容器資料的由于被蒸發(fā)資料是置于水冷坩堝內，因此可防止容器資料的 蒸發(fā)蒸發(fā) ，以及容器資料與蒸鍍資料之間的反響，這對提高鍍膜，以及容器資料與蒸鍍資料之間的反響，這對提高鍍膜 的純度極為重要的純度極為重要(3) 熱量可直接加到蒸鍍資料的外表，因此熱效率高，熱傳導和熱量可直接加到蒸鍍資料的外表，因此熱效率高，熱傳導和 熱輻射的損失少熱輻射的損失少蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型電子束蒸發(fā)源的缺陷電子束蒸發(fā)源的缺陷(1) 電子槍發(fā)出的一次電子和蒸發(fā)資料發(fā)出的二次電子會使蒸發(fā)電子槍發(fā)出的一次電子和蒸發(fā)資料發(fā)出的二次電子會使蒸發(fā) 原子和剩余氣體電離，這有時會影響膜層質量原子和剩余氣體電離，這有時會影響膜層

6、質量 (可經過設計可經過設計 和選用不同構造的電子槍加以處理和選用不同構造的電子槍加以處理)(2) 多數化合物在遭到電子轟擊會部分發(fā)生分解，以及剩余氣體多數化合物在遭到電子轟擊會部分發(fā)生分解，以及剩余氣體 分子和膜料分子部分地被電子所電離，將對薄膜的構造和性分子和膜料分子部分地被電子所電離，將對薄膜的構造和性 質產生影響質產生影響(3) 電子束蒸鍍安裝構造較復雜，設備價錢較昂貴電子束蒸鍍安裝構造較復雜，設備價錢較昂貴(4) 當加速電壓過高時所產生的軟當加速電壓過高時所產生的軟X射線對人體有一定損傷射線對人體有一定損傷蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型三、高頻感應蒸發(fā)源三、高頻感應

7、蒸發(fā)源高頻感應蒸發(fā)源是將裝有蒸發(fā)資料的坩堝放在高頻螺旋線圈高頻感應蒸發(fā)源是將裝有蒸發(fā)資料的坩堝放在高頻螺旋線圈的中央，使蒸發(fā)資料在高頻電磁場的感應下產生強大的渦流的中央，使蒸發(fā)資料在高頻電磁場的感應下產生強大的渦流損失和磁滯損失損失和磁滯損失 (對鐵磁體對鐵磁體)，致使蒸發(fā)資料升溫，直至氣化，致使蒸發(fā)資料升溫，直至氣化蒸發(fā)蒸發(fā)蒸發(fā)源普通由水冷高頻線圈和石墨或陶瓷坩堝組成，其原理蒸發(fā)源普通由水冷高頻線圈和石墨或陶瓷坩堝組成，其原理如以下圖所示如以下圖所示蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型高頻感應蒸發(fā)源的特點高頻感應蒸發(fā)源的特點(1) 蒸發(fā)速率大，可比電阻蒸發(fā)

8、源大蒸發(fā)速率大，可比電阻蒸發(fā)源大10倍左右倍左右(2) 蒸發(fā)源的溫度均勻穩(wěn)定，不易產生飛濺景象蒸發(fā)源的溫度均勻穩(wěn)定，不易產生飛濺景象 (3) 蒸發(fā)資料是金屬時，蒸發(fā)資料可產生熱量。因此，坩堝可選蒸發(fā)資料是金屬時，蒸發(fā)資料可產生熱量。因此，坩堝可選 用和蒸發(fā)資料反響最小的資料用和蒸發(fā)資料反響最小的資料 (4) 蒸發(fā)源一次裝料，無需送料機構，溫度控制比較容易，操作蒸發(fā)源一次裝料，無需送料機構，溫度控制比較容易，操作 比較簡單比較簡單 蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型高頻感應蒸發(fā)源的缺陷高頻感應蒸發(fā)源的缺陷 (1) 蒸發(fā)安裝必需屏蔽，并需求較復雜和昂貴的高頻發(fā)生器蒸發(fā)安裝必需屏蔽，并需求較復雜和昂貴的高頻發(fā)

9、生器 (2) 假設線圈附近的壓強超越假設線圈附近的壓強超越10-2 Pa，高頻場就會使剩余氣體，高頻場就會使剩余氣體 電離，使功耗增大電離，使功耗增大 第四節(jié)合金及化合物的蒸發(fā)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)資料化學比不變的膜層，是非常重制成分，以獲得與蒸發(fā)資料化學比不變的膜層，是非常重要的問題要的問題利用蒸發(fā)法制備合金或化合物時，常需求思索薄膜成分偏利用蒸發(fā)法制備合金或化合物時，常需求思索薄膜成分偏離蒸發(fā)資料成分的問題離蒸發(fā)資料成分的問題合金及化合物的蒸發(fā)合金及化合物的蒸發(fā)蒸發(fā)二元

10、以上的合金及化合物的主要問題蒸發(fā)二元以上的合金及化合物的主要問題一、合金的蒸發(fā)一、合金的蒸發(fā)蒸發(fā)資料在氣化過程中，由于各成分的飽和蒸氣壓不同，會發(fā)蒸發(fā)資料在氣化過程中，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離生分解和分餾，從而引起薄膜成分的偏離合金中原子間的結合力小于在不同化合物中不同原子間的結合合金中原子間的結合力小于在不同化合物中不同原子間的結合力。因此合金中各元素的蒸發(fā)過程可以近似看作各元素間相互力。因此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。但即獨立蒸發(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

11、此，合金在蒸發(fā)和堆積過程中也會產生成分的偏向使如此，合金在蒸發(fā)和堆積過程中也會產生成分的偏向合金及化合物的蒸發(fā)合金及化合物的蒸發(fā)合金中各成分的蒸發(fā)速率為合金中各成分的蒸發(fā)速率為TMPGAAA058. 0(g/cm2s)TMPGBBB058. 0(g/cm2s)PA ：A成分在溫度成分在溫度T時的平衡蒸氣壓時的平衡蒸氣壓PB ：B成分在溫度成分在溫度T時的平衡蒸氣壓時的平衡蒸氣壓GA： A成分的蒸發(fā)速率成分的蒸發(fā)速率GB： B成分的蒸發(fā)速率成分的蒸發(fā)速率MA： A成分的摩爾質量成分的摩爾質量MB： B成分的摩爾質量成分的摩爾質量合金及化合物的蒸發(fā)合金及化合物的蒸發(fā)BABABAMMPPGGA、B兩

12、種成分的蒸發(fā)速率之比為兩種成分的蒸發(fā)速率之比為要保證薄膜的成分與蒸發(fā)資料完全一致，必需使要保證薄膜的成分與蒸發(fā)資料完全一致，必需使1BABAMMPP這一點很難做到這一點很難做到合金及化合物的蒸發(fā)合金及化合物的蒸發(fā)AAAPXP BAAAnnnXBBBPXP 當當AB二元合金的兩組元二元合金的兩組元A-B 原子間的作用能與原子間的作用能與A-A或或B-B原原子間的作用能相等時，合金即是一種理想溶液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，合金中組元由理想溶液的拉烏爾定律，合金中組元A的平衡蒸氣壓的平衡蒸氣壓PA將將小于純組元小于純組元A的蒸氣壓的蒸氣壓PA，并與該組元在合金

13、中的摩爾分數，并與該組元在合金中的摩爾分數成正比成正比 BABBnnnX合金及化合物的蒸發(fā)合金及化合物的蒸發(fā)BABABAPPnnPPBAAAmmmWBABBmmmW設設mA、mB分別為組元金屬分別為組元金屬A、B在合金中的質量，在合金中的質量，WA、WB為為在合金中的濃度在合金中的濃度BBAABABAMnMnmmWW合金及化合物的蒸發(fā)合金及化合物的蒸發(fā)ABBABABAMMWWPPPPABBABABAMMWWPPGG因此，合金中組元因此，合金中組元A、B的蒸發(fā)速率之比為的蒸發(fā)速率之比為上式闡明，在二元合金中兩個組元金屬蒸發(fā)速率之比，在該上式闡明，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

14、或百分含量一定情況下，與該組元的組元濃度或百分含量一定情況下，與該組元的 值成值成正比正比MP/合金及化合物的蒸發(fā)合金及化合物的蒸發(fā)普通的合金均不是一種理想溶液，拉烏爾定律對合金往往不普通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，要援用所謂的活度系數完全適用，要援用所謂的活度系數S來進展修正，但活度系來進展修正，但活度系數數S為未知，可由實驗測定為未知，可由實驗測定 通常還是采用上式來估計合金蒸發(fā)的分餾量通常還是采用上式來估計合金蒸發(fā)的分餾量 合金及化合物的蒸發(fā)合金及化合物的蒸發(fā)CrNiNiCrNiCrNiCrMMPPWWGG計算：處于計算：處于1527下的鎳鉻合金下的鎳鉻合金

15、(Ni 80%, Cr 20%)在在PCr=10Pa, PNi=1Pa時，它們的蒸發(fā)速率之比時，它們的蒸發(fā)速率之比 (MNi= 58.7 MCr = 52.0)在在1527下開場蒸發(fā)時，鉻的初始蒸發(fā)速率為鎳的下開場蒸發(fā)時，鉻的初始蒸發(fā)速率為鎳的2.7倍。倍。隨著鉻的迅速蒸發(fā)，隨著鉻的迅速蒸發(fā)，GCr/GNi會逐漸減小，最終會小于會逐漸減小，最終會小于1這種分餾景象的出現使得接近基板的膜是富鉻的這種分餾景象的出現使得接近基板的膜是富鉻的7 . 20 .527 .581108020合金及化合物的蒸發(fā)合金及化合物的蒸發(fā)知在知在0的溫度下，的溫度下，Al的蒸氣壓高于的蒸氣壓高于Cu，因此為了獲得，因此

16、為了獲得Al-2%Cu(質量分數質量分數)成分的薄膜，需求運用的蒸發(fā)源大致應成分的薄膜，需求運用的蒸發(fā)源大致應該是該是Al-13.6%Cu (質量分數質量分數)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)生變化比隨著時間而發(fā)生變化這是由于易于蒸發(fā)的組元的優(yōu)先蒸發(fā)將呵斥該組元的不斷貧這是由于易于蒸發(fā)的組元的優(yōu)先蒸發(fā)將呵斥該組元的不斷貧化，進而呵斥該組元蒸發(fā)速率的不斷下降化，進而呵斥該組元蒸發(fā)速率的不斷下降合金及化合物的蒸發(fā)合金及化合物的蒸發(fā)NoImageAlCuCuAlCuAlCuAlMMPPWWGG計算：知在計算：知在0

17、 K的溫度下，的溫度下，Al-2%Cu合金合金(Al 98%, Cu 2%) 在在PAl=210-4Pa, PCu=10-3Pa，它們的蒸發(fā)速率之比，它們的蒸發(fā)速率之比MAl= 27.0 MCu= 63.715277 .631010229834合金及化合物的蒸發(fā)合金及化合物的蒸發(fā)This mean that the 2wt% Cu-Al vapor stream requires a melt with a 15:1 molar ratio of Al to Cu. In order to compensate for the preferential vaporization of Al t

18、he 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, the evaporant flux changes in concert, and if nothing is done a graded film of varying composition will deposit, i.e., the d

19、esired stoichimetry at the substrate interface, and layers increasingly richer in Cu above it. Clearly, the desired steady-state deposition of alloys having uniform composition is not sustainable, and this fact is a potential disadvantage of evaporation methods合金及化合物的蒸發(fā)合金及化合物的蒸發(fā)處理的方法是什么？處理的方法是什么？(2) 采用向蒸發(fā)容器中不斷地，但每次僅參與少量被蒸發(fā)物質采用向蒸發(fā)容器中不斷地，但每次僅參與少量被蒸發(fā)物質的方法的方法(1) 運用較多的物質作為蒸發(fā)源，盡量減少組元成分的相對變運用較多的物質作為蒸發(fā)源，盡量減少組元成分的相對變化率化率(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，分別控制和調理每個組元的蒸發(fā)速率，此方法用得較為普遍制和調理每個組元的蒸發(fā)速率，此方法用得較為普遍采用真空蒸發(fā)法制造預定組成的薄膜，經