物理氣相淀積

物理氣相淀積第一頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日第五章物理氣相淀積PVD：physicalvapordeposition淀積特點(diǎn)：物理過程；技術(shù)：①蒸發(fā)：早期工藝制備金屬薄膜；②濺射：已取代蒸發(fā)。第二頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日5.1真空蒸發(fā)的基本原理材料的三態(tài)：solid，liquid，gas；蒸氣：任何溫度下，材料表面都存在自身的氣體；蒸氣壓：平衡時(shí)的飽和蒸氣壓；升華：低于熔化溫度時(shí)，產(chǎn)生蒸氣的過程；蒸發(fā)：熔化時(shí)，產(chǎn)生蒸氣的過程；真空蒸發(fā)：利用蒸發(fā)材料熔化時(shí)產(chǎn)生的蒸氣進(jìn)行薄膜淀積；優(yōu)點(diǎn)：工藝及設(shè)備簡單，淀積速率快；缺點(diǎn)：臺(tái)階覆蓋差。第三頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日5.1.1真空蒸發(fā)設(shè)備①真空系統(tǒng)②蒸發(fā)系統(tǒng)③基板及加熱系統(tǒng)基板蒸發(fā)源真空系統(tǒng)第四頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日蒸發(fā)淀積過程①加熱蒸發(fā)：加熱蒸發(fā)源（固態(tài)），產(chǎn)生蒸氣；②輸運(yùn)：氣化的原子、分子擴(kuò)散到基片表面；③淀積：氣化的原子、分子在表面凝聚、成核、成長、成膜；

第五頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日5.1.5多組分蒸發(fā)如，合金蒸發(fā)方法：（按蒸發(fā)源分類）①單源蒸發(fā)：具有薄膜組分比例的單一合金靶；靶源的要求：各組分蒸汽壓接近；②多源同時(shí)蒸發(fā)：多種靶源，不同溫度，同時(shí)蒸發(fā)；③多源順序蒸發(fā)：多種靶源，不同溫度，順序蒸發(fā)，最后高溫退火；工藝關(guān)鍵：根據(jù)薄膜組分控制各層厚度；

第六頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日5.1.5多組分蒸發(fā)第七頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日5.2蒸發(fā)源（按加熱方式分類）①電阻加熱源②電子束加熱源③高頻感應(yīng)加熱源④激光加熱源第八頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日5.2.1電阻加熱源直接加熱源：加熱體與蒸發(fā)源的載體是同一物體；加熱體-W、Mo、石墨。間接加熱源：坩堝盛放蒸發(fā)源；坩堝-高溫陶瓷、石墨。對(duì)加熱體材料的要求：不產(chǎn)生污染①熔點(diǎn)高：高于蒸發(fā)源的蒸發(fā)溫度；②飽和蒸汽壓低：低于蒸發(fā)源；③化學(xué)性能穩(wěn)定：不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不形成合金。優(yōu)點(diǎn)：工藝簡單，蒸發(fā)速率快；缺點(diǎn)：難以制備高熔點(diǎn)、高純度薄膜。第九頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日5.2.2電子束蒸發(fā)源原理：電子轟擊蒸發(fā)材料，使其熔化蒸發(fā)。特點(diǎn)：淀積高熔點(diǎn)、高純薄膜；第十頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日5.2.2電子束蒸發(fā)源優(yōu)點(diǎn)：①蒸發(fā)溫度高：能量密度高于電阻源，可蒸發(fā)3000度以上的材料:W，Mo，Ge，SiO2，Al2O3；②高純度淀積：水冷坩堝可避免容器材料的蒸發(fā)；③熱效率高：熱傳導(dǎo)和熱輻射損失少。缺點(diǎn)：①一次電子和二次電子使蒸發(fā)原子電離，影響薄膜質(zhì)量；②設(shè)備及工藝復(fù)雜。第十一頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日5.2.3激光加熱可蒸發(fā)任何高熔點(diǎn)的材料（聚焦激光束功率密度高達(dá)106W/cm2）；被蒸發(fā)材料局部受熱而汽化，高純度薄膜，（光斑很小，防止了坩鍋材料受熱的污染）；淀積含有不同熔點(diǎn)材料的化合物薄膜可保證成分比例（功率密度高）真空室內(nèi)裝置簡單，容易獲得高真空度第十二頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日5.2.4高頻感應(yīng)加熱源優(yōu)點(diǎn)：①蒸發(fā)速率快：

蒸發(fā)面積大；②溫度控制精確、均勻；③工藝簡便；缺點(diǎn)：①成本高；②電磁干擾。第十三頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日5.4濺射原理：氣體輝光放電產(chǎn)生等離子體→具有能量的離子轟擊靶材→靶材原子獲得能量從靶表面逸出-被濺射出→濺射原子淀積在表面。特點(diǎn)：被濺射出的原子動(dòng)能很大，10-50eV（蒸發(fā)：

0.1-0.2eV）；還可實(shí)現(xiàn)離子注入。優(yōu)點(diǎn)：臺(tái)階覆蓋好（遷移能力強(qiáng)）。Ar+離子能量和動(dòng)量轉(zhuǎn)移將使表面原子脫離化學(xué)鍵束縛第十四頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日第十五頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日5.4.3濺射方法直流、射頻、磁控、反應(yīng)、離子束、偏壓等濺射；1.直流濺射（又稱陰極濺射或直流二級(jí)濺射，常用Ar氣作為工作氣體。）濺射靶：陰極襯底：陽極（接地）工作氣體：Ar氣要求：靶材導(dǎo)電性好特點(diǎn)：只適于金屬靶材第十六頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日5.4.3濺射方法2.RF濺射原理：高頻電場(chǎng)經(jīng)其他阻抗形式耦合進(jìn)入淀積室；特點(diǎn)：適于各種金屬與非金屬靶材；第十七頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日5.4.3濺射方法3.磁控濺射原理：