《薄膜材料制备与技术》全套教学课件.pptx
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薄膜材料制备与技术,课程安排,总学时:
36学时第一篇真空技术基础(10学时)第二篇薄膜的物理气相沉积(10学时)第三篇薄膜的化学气相沉积(6学时)第四篇薄膜的生长过程和薄膜结构(8学时)期末考试2学时,课程要求,掌握真空及薄膜的物理基础;对真空获得、真空测量、气体放电、离子溅射、薄膜生长等有较深入的了解;重点掌握真空蒸镀、离子镀、磁控溅射、化学气相沉积、分子束外延等基本工艺;对薄膜材料制备、结构、性能及应用有系统了解。
通过本课程的学习,要求学生初步具有薄膜材料的制备与表征能力。
参考书目,薄膜物理与技术杨邦朝,王文生编著。
电子科学出版社薄膜材料制备原理、技术及应用唐伟忠著。
冶金工艺出版社薄膜技术王力衡。
清华大学出版社薄膜技术顾培夫。
浙江大学出版社真空技术物理基础张树林。
东北工学院出版社真空技术戴荣道。
电子工业出版社,真空产业,1.真空镀膜机,ZZ1688-56系列高真空泵装饰镀膜机,ZZ-1688V双开门系列装饰镀膜机,ZZJ-1600型旋转圆柱靶磁控溅射镀膜机,KC-3A光盘镀膜机,ZZ-1800K高真空卷绕镀膜机,2.真空机组,机械泵,机械泵+扩散泵机组,机械泵+罗茨泵机组,机械泵+分子泵机组,3.真空脱气箱,4.真空油雾消除器,5.真空缓冲罐,6.真空热处理炉,薄膜产业,近年来,随着薄膜技术的飞速发展,薄膜技术的应用已渗透至国民经济科技的各个领域。
最为广泛的应用就是半导体产业。
随着芯片的特征尺寸缩小至0.13m,甚至90nm或45nm(28nm),整个半导体制程工艺就是薄膜制程工艺的集合。
因此薄膜材料及相关的技术研究引起了世界各国科学家的关注。
薄膜理论包括:
薄膜结构理论、薄膜表面界面特性、量子结构和纳米结构方面的理论研究。
薄膜材料包括:
半导体薄膜、磁性薄膜、超导薄膜、有机薄膜、铁电薄膜和生物工程薄膜。
薄膜生长技术包括:
薄膜淀积、薄膜外延等技术。
薄膜应用包括:
信息存储、显示器、传感器、太阳能电池、微电子、光电子、微电子机械系统(MEMS)方面的多种应用。
第一篇真空技术基础,第一章第二章第三章第四章第五章第六章,真空的基本知识理想气体状态方程气体分子运动论气体的流动状态和真空抽速真空的获得真空的测量,几乎所有的现代薄膜材料制备都是在真空或是在较低的气压下进行的,都涉及到气相的产生、输运以及反应的过程。
因此,有关气体的基本性质、真空的获得以及测量等方面的知识,是了解薄膜材料制备技术的基础。
绪言,第一章真空的基本知识,1-1真空的基本概念标准大气压:
海拔高度为零时,空间温度为27的特定点的大气压(国际计量标准规定)。
此时压强等于1.01325105帕(相当760mmHg),每立方厘米的大气中含有分子数为2.51019个。
真空:
指低于一个标准大气压的气体状态(同正常的大气相比,是比较稀薄的气体状态)。
人为真空:
人为的对一个容器抽气而获得的真空空间。
真空度与压强:
真空度与压强是两个概念,不能混淆。
压强越低意味着单位体积中气体分子数越少,真空度越高;反之真空度越低则压强就越高。
气压、海拔高度和温度的关系式:
其中,为气体分子质量,g为重力加速度,z为高度(普通物理学,程守洙主编,P296)。
综上可知:
所谓真空是相对的,绝对的真空是不存在的。
通常所说的真空是一种“相对真空”。
月球表面P=110-12Pa;星球空间P=110-18Pa,海拔高度与气压的对应值表,1-2真空度量单位及区域划分真空度量单位(压强):
国际单位制导出(法定)的基本单位是帕斯卡(Pascal),系千克米秒制,符号Pa。
1Pa=1N/m2=1牛顿/平方米托(Torr)1958年为纪念托里拆利,Torr代替了毫米汞柱。
1Torr=1/760atm=1mmHg=133.3Pa巴(bar)系厘米克秒制。
1bar=105Pa;1atm=1.01325105Pa,低真空中真空高真空超高真空,10210210-1Pa10-110-5Pa(10-6Pa)10-5Pa(10-6Pa),真空区域划分:
第二章理想气体状态方程,真空技术中遇到的是稀薄气体,这种稀薄气体的性质与理想气体差异很小,因此在研究稀薄气体的性质时,可以不加修正地直接应用理想气体状态方程。
理想气体的宏观特性是通过P、V、T三个状态参量来描述的,在平衡状态下,各部分的压强和温度是一致的。
它们的状态变化遵循一定的客观规律。
1、波义尔定律,PV=C,2、盖吕萨克定律,V=CT,3、查理定律,P=CT,4、道尔顿定律P=P1+P2+Pn5、阿佛伽德罗定律:
在相同温度和相同压强下,一摩尔的任何气体所占有的体积都相同。
(T0=273.15K,P0=1大气压的标准状态下,这个体积都是0=22.41升),.实验定律:
其中:
m为气体的质量,M为气体的摩尔质量,为气体分子的相对原子质量,k为玻耳兹曼常数,N为气体分子的个数,n为单位体积内的分子数,R为普适气体衡量(摩尔气体常数),N0为阿伏伽德罗常数。
.理想气体状态方程:
第三章气体分子运动论,.气体分子的运动速度及其分布:
1.气体分子按速度分布的实验测定:
实验装置及原理:
A-金属蒸气产生处;S-分子束定向装置;D,D-共轴圆盘;轴以角速度旋转。
2.实验的一般结果,0oC时空气分子的速度分布,理想气体压力(P)与气体的热力学温度(T)、气体分子单位体积内的分子数(n)和玻耳兹曼常数(k=R/N0,N0为阿伏伽德罗常数6.0221023个)的关系为:
.气体的压力和气体分子的平均自由程:
平均自由程()与气体的热力学温度(T)、玻耳兹曼常数(k=R/N0)、某种气体分子的有效截面直径d(常温常压下0.5nm)、气体压力和单位体积内气体分子数n之间的关系为(普通物理学,程守洙主编,P299):
平均自由程()与气体分子的有效截面直径d(常温常压下0.5nm)和单位体积内气体分子数n的关系为(本书中):
常温、常压下,空气分子的平均自由程nm。
这表明:
在常温、常压的条件下,气体分子的平均自由程是极短的。
已知气体分子的平均自由程,还可以求出其平均碰撞频率,它等于v/。
在常温、常压的条件下,每个空气分子每秒钟内要经历1010次碰撞。
可以想象,此时气体分子的运动轨迹并不是一条直线,而是一条不断碰撞的同时不断改变方向的折线。
这时尽管气体分子的平均运动速度很高,但在单位时间里,其定向运动的距离却较小。
.气体分子的通量:
单位面积上气体分子的通量:
气体分子对于单位面积表面的碰撞频率。
单位时间内,单位面积表面受到气体分子碰撞的次数应该等于:
其中,n,分别为单位体积内的气体分子数和气体分子的平均速度。
薄膜材料的制备过程中,薄膜的沉积主要是通过气体分子对于衬底碰撞来实现的。
所以,薄膜的沉积速度正比于气体分子的通量。
将气体分子的平均速度和气体压力公式带入上式,可得:
此式称为克努森方程。
即:
气体分子的通量与气体的压力成正比,但与气体的热力学温度(?
)以及气体的相对原子质量的1/2此方成反比。
克努森方程的实际应用:
计算一下高真空环境中,清洁表面被环境中的杂质气体分子污染所需要的时间。
假设每一个向清洁表面运动来的气体分子都是杂质,而且,每一个杂质气体分子都会被表面俘获,利用上式,可以求出表面完全被一层杂质气体分子覆盖所需要的时间为(N为表面的原子面密度):
上式表明,在常温、常压的条件下,洁净表面被杂质完全覆盖所需的时间约为3.510-9s;而在10-8Pa的高真空中,这一时间可延长至10h左右。
第四章气体的流动状态,和真空抽速,4-1气体的流动状态分子流状态:
在高真空环境中,气体分子的平均自由程大于气体容器的尺寸或与其相当,气体分子除了与容器器壁发生碰撞外,几乎不发生气体分子间的碰撞过程,这种气体的流动状态被称为气体的。
黏滞流状态:
当气体压力较高时,气体分子的平均自由程较短,气体分子间的相互碰撞较为频繁。
我们将这种气体的流动状态称为气体的。
克努森准数Kn划分分子流状态与黏滞流状态,其中,D为气体容器的尺寸,为气体分子的平均自由程。
根据Kn的大小,气体的流动可被划分为三个不同的区间:
分子流状态:
Kn1过渡状态:
Kn1110黏滞流状态:
Kn110,4-2气体管路的流导,流导:
真空系统中总包括有真空管路,而真空管路中气体的通过能力称为它的流导。
设某一真空部件使流动着的气体形成一定程度的压力降低,则其流导C的定义为:
式中,P1和P2为部件两端的气体压力;Q为单位时间内通过该真空部件的气体流量(L)。
流导的求解:
当不同的流导C1,C2,C3之间相互串连或并联时,形成的总流导C可以通过下式求出:
串联流导:
并联流导:
4-3真空泵的抽速(Sp)抽气速率:
指在规定压强下单位时间所抽出气体的体积,它决定抽真空所需要的时间。
其单位为升/秒(L/s),其定义式为:
式中,p为真空泵入口处的气体压力;Q为单位时间内通过真空泵入口的气体流量。
真空泵的抽速与管路的流导有相同的量纲,两者对于维持真空系统的真空度起着同样重要的作用。
极限压强(极限真空):
对于任何一个真空系统而言,都不可能得到绝对真空(P=0),而是具有一定的压强P0;这是该系统所能达到的最低压强,是真空系统能否满足镀膜需要的重要指标之一。
其数值不仅取决于真空泵,还取决于整个真空系统,包括系统的气体泄漏程度、系统的容积,以及上面强调过的管路流导。
因此,整个真空系统的极限真空度总要低于真空泵的极限真空度。
真空环境的获得需要使用各种各样的真空泵,真空泵是真空系统的主要组成部分。
按照获得真空的不同方法,可以将真空泵分为两大类,即输运式真空泵和捕获式真空泵。
输运式真空泵采用对气体进行压缩的方式将气体分子输送至真空系统之外;而捕获式真空泵则依靠在真空系统内凝结或吸附气体分子的方式将气体分子捕获,排除于真空过程之外。
第五章真空的获得,输运式真空泵又可被细分为机械式气体输运泵和气流式气体输运泵。
旋片式机械真空泵、罗茨泵以及涡轮分子泵是机械式气体输运泵的典型例子,而油扩散泵则属于气流式气体输运泵。
捕获式真空泵包括低温吸附泵、溅射离子泵等。
5-1旋片式机械真空泵,常用机械泵有旋片式、定片式和滑阀式等。
其中旋片式机械泵噪声最小,运行速度高,应用最为广泛,其结构如左图所示。
为了提高对于气体的密封效果,防止气体回流,旋片式机械泵的运动部件之间只有很小的配合间隙。
并且,在泵体的内部还用油作为旋片与泵体之间的密封物质。
另外,油还起着对这些机械部件进行润滑的作用。
机械泵的转子及定子全部浸泡在油箱内,因此机械泵油的作用很重要,机械泵油的基本要求是饱和蒸气压低,要具有一定的润滑性和粘度,以及较高的稳定性。
使用机械泵抽除带有水蒸气的混合气体时,蒸气分压强也会在压缩过程中同样逐渐增大。
当蒸气分压强增大到饱和蒸气压,而总压强还不足以推开排气阀所需的压强时,蒸气就会凝结成水,并与机械泵油混合形成一种悬浊液,这将使泵油质量严重破坏,影响油的密封、润滑作用,并能使泵壁锈蚀。
为此常常使用气镇泵,即在靠近排气口的地方开一小孔,在气体尚未压缩之前,由小孔渗入一定量的干燥空气,协助打开排气阀门,让水蒸气在未凝结之前被排出泵外,显然,气镇泵对极限真空度稍有影响。
(B)根据波义尔定律PV=C(T),压强与体积的乘积等于一个与温度有关的常数。
如果待抽容器的体积为V,初始压强为P0,转子第一次旋转所形成的空间体积为V。
则旋片转过一周后,待抽空间的压强P1降低为:
经过n个循环后:
(C)旋片式机械泵的抽速可以用下述方法予以估计。
设在泵的每次旋转中,转子与定子间体积为V的气体被全部排除至泵腔之外。
这时,泵的理论抽速应该等于:
式中,f为泵的转速。
上式适用于压力比较高时;当压力比较低时,由下式可知,必须有Sp趋近于零。
因为t无穷大,所以要求Sp与t乘积。
旋片式机械泵的抽速范围大致在1300L/s之间,极限真空度可达10-1Pa左右。
旋片式机械泵具有结构简单、工作可靠的显著特点。
但是,旋片式机械泵也有一个致命的缺点,即因为它以油作为密封物质,因此它会造成油蒸气的回流和对真空系统造成油污染。
旋片式机械真空泵不仅可以单独使用,而且经常被用作真空系统的前级真空泵,与其他种类的真空泵配合起来使用,以获得更高的真空度。
5-2罗茨真空泵,工作时,罗茨泵内的两个8字形的转子以相反的方向旋转。
转子的咬合精度很高,在转子与转子、转子与泵体之间的空隙中也不使用油来作为密封介质。
由于转子旋转过程中扫过的空间很大,加上转子的转速很高,因而这种泵的抽速很大(比如103L/s),且其极限真空度较高,可以达到10-2Pa左右。
当气体压力低于10-1Pa以后,气体的回流将造成罗茨泵抽速的降低。
气体压力较大时,大量气体的高速压缩又会引起泵体和转子的发热与热膨胀,造成配合精度很高的泵体的损坏。
因此,罗茨泵的使用压力范围是在0.11000Pa之间。
一般情况下,罗茨泵总是与旋片式机械真空泵串连成真空泵机组使用。
5-3油扩散泵,利用被抽气体向蒸气流扩散的现象来实现排气。
泵油蒸发形成高速流动的蒸气流,射流速度可高达200m/s左右。
其分压强低于扩散泵进气口上方被抽气体的分压强;真空室内的气体分子会向下扩散,并与具有较高能量的超音速蒸气分子相碰撞而发生能量交换;超音速蒸气分子将部分动量传递给这些气体分子,使其被迫向排气口方向运动,在压缩作用下排出泵体。
同时,被泵体冷却后的油蒸气又会凝结起来返回泵的底部。
(a)工作原理:
(b)注意事项:
油扩散泵的工作原理决定了它只能被用在110-6Pa的压力范围内,即分子流状态的真空条件下,而不能直接与大气相连。
因而,在使用油扩散泵之前需要采用各种形式的机械泵将系统预抽到1Pa左右。
综上,油扩散泵必须与机械泵配合才能组成高真空系统,单独使用扩散泵是没有抽气作用的;油扩散泵的缺点是泵内油蒸气的回流会直接造成真空系统的油污染。
由于这个原因,在材料表面分析仪器和其他超高真空系统中一般不采用油扩散泵。
具有较好的化学稳定性(无毒、无腐蚀)、热稳定性(高温下不分解)、抗氧化性、具有较低的饱和蒸气压(10-4Pa)及工作时有尽可能高的蒸气压;油蒸气向真空室的返扩散会造成膜层污染。
如无阻挡装置,返油率可高达10-3mg/cm2s。
因此,常在进气口安装水冷挡板或液氮冷阱,返油率可大大降低,约为原来的1/101/1000。
(c)扩散泵油的选取:
5-4涡轮分子泵,应用领域:
现代真空技术中的无油高真空环境;工作原理:
对气体分子施加作用力,并使气体分子向特定的方向运动;工作过程:
涡轮分子泵的叶片具有特定的形状,在它以2000030000/min的高速旋转时,叶片将动量传递给气体分子。
同时,涡轮分子泵中装有很多级叶片,上一级叶片输送过来的气体分子又会受到下一级叶片的作用而被进一步压缩至更下一级;,对一般气体分子的抽除极为有效(对于氮气,其压缩比可达109。
压缩比定义为泵出口的压力与入口的压力之比);对低原子序数气体的抽除能力较差(氢气为103);由于分子泵对于气体的压缩比很高,所以其油蒸气的回流可以忽略不计;分子泵的极限真空度可以达到10-8Pa的数量级,抽速可达1000L/s,而适用的压力范围在110-8Pa之间。
分子泵特点:
5-5,低温吸附泵,低温吸附泵:
依靠气体分子会在低温条件下自发凝结或被其他物质表面吸附的物理现象实现对于气体分子的去除,进而获得高真空的装置。
此种方法可以获得的真空度依赖于所采用的低温温度、吸附物质的表面积、被吸附气体的种类等多个因素,其真空度范围一般处于10-110-8Pa之间。
左图为利用氦制冷机带动的低温吸附泵,为了减少低温室与外界的热交换,还使用了液氮作为隔热层。
低温吸附泵工作所需要的预真空应达到10-1Pa以下,以减少吸附泵的负荷并避免在泵体内积聚过厚的气体冷凝产物。
H2、He以及Ne等在低温时平衡蒸气压较高的气体不容易用低温吸附泵来去除。
除上述几种气体之外,低温吸附泵对各种气体的抽速均很大,因为它只取决于气体分子向冷凝表面方向运动的速度和参与冷凝过程的泵体内表面。
低温吸附泵的运转成本较高;它既可以只配旋片泵等低真空泵种作为唯一的高真空泵使用,又可以与其他高真空泵种,如涡轮分子泵等联合使用。
5-6,溅射离子泵,工作原理:
高压阴极发射出的高速电子与残余气体分子相互碰撞后引起气体电离放电,而电离后的气体分子在高速撞击Ti阴极时又会溅射出大量的Ti原子。
由于Ti原子的活性很高,因而它将以吸附或化学反应的形式捕获大量的气体分子并使其在泵体内沉积下来,从而在真空室内造成无油的高真空环境。
显然,溅射离子泵的抽速对于不同的气体是不一样的。
对于活性较大的气体种类,溅射离子泵具有较大的抽速。
比如,溅射离子泵对于H2的抽速是其对O2、H2O蒸气或N2的抽速的数倍,而它对于后面几种气体的抽速又远远大于其对Ar的抽速。
从吸附气体分子的角度来讲,溅射离子泵与低温吸附泵有些相似之处。
但与低温吸附泵不同的一点是,溅射离子泵所抽除的气体分子不会在高温下再被释放出来。
同时,Ti电极的不断溅射使得离子泵的寿命是有一定限度的,其极限真空度可以达到10-8Pa左右。
1单级旋片泵;2溅射离子泵;3双级旋片泵;4罗茨泵;5扩散泵;6分子泵从上图中可以看出,至今还没有一种泵能够直接从大气一直工作到超高真空。
因此,通常是将几种真空泵组合使用,如机械泵+扩散泵系统和吸附泵+溅射离子泵+钛升华泵系统,前者为有油系统,后者为无油系统。
第六章真空的测量,真空测量技术与真空环境的获得方法密切相关。
为了判断和检定真空系统所达到的真空度,必须对真空容器内的压强进行测量。
真空的测量都是利用测定在低气压下与压强有关的某些物理量,再经过变换后确定容器的压强。
当压强改变时,这些物理量和压强有关的特性也随之变化,这就是真空测量的基础。
由仪器测量出的真空度与真空室的实际真空度之间可能会由于温度不同而存在误差:
其中,Pm为测量压力,Pc为真空室实际压力,Tm和Tc分别为真空室和测量点处气体的温度。
显然,Tm和Tc间的差别越大,造成的测量误差也将越大。
比如,当真空室温度为600C,而测量点温度为25C时,测量出的压力只有真空室内实际压力的58%。
根据真空度或气体压力范围的不同,其测量方法也大相径庭。
下面我们主要介绍其中的两种:
热偶真空规(低真空)、电离真空规(高真空)和薄膜真空规。
6-1,热偶真空规和皮拉尼(Pirani)真空规,真空测量用的元件常被称为真空规。
热偶规和皮拉尼规都是以气体的热导率随气体压力的变化为基础设计的,它们是低真空时最常用的测量手段。
(A)热偶真空规,工作原理:
以气体的热导率随气体压力的变化为基础设计作为热丝的Pt丝中通过恒定的电流。
达到热平衡后,电流加热灯丝产生的热量Q将以如下三种方式向周围散发,即辐射热量Q1、灯丝与热偶丝的热传导热量Q2以及气体分子碰撞灯丝而带走的热量Q3、即:
Q=Q1+Q2+Q3热平衡时,灯丝温度T为定值。
此时,Q1与Q2为恒量,只有Q3随气体分子对灯丝的碰撞次数而变化,即与气体分子数有关,或与气体压强有关。
压强越高,与灯丝碰撞的分子数越多,带走的热量越多,灯丝的温度就越低。
适用真空范围:
低真空环境(相对的)热偶真空规不能用于较低或较高真空度的测量。
在气体压力高于100Pa的情况下,气体的热导率将不再随气体压力而显著变化。
这时,用热丝温度测量气体压力方法的灵敏程度将迅速下降。
而当气体压力低于0.1Pa以后,由气体分子传导走的热量在总加热功率中的比例过小,测量的灵敏度也将呈下降趋势。
热偶真空规的优点:
仪器的结构简单,使用方便。
热电偶分类:
镍铬-康铜、铁-康铜或铜-康铜等。
热电偶工作原理:
灯丝表面温度越高,热电偶输出的热电势也就越大;灯丝表面温度越低,热电偶输出的热电势也就越小。
工作原理:
以电桥的方法,通过测量热丝的电阻随温度的变化来实现对真空度的测量。
其与热偶真空规有着相似的优点和缺点。
(B)皮拉尼真空规,根据具体测量电路的不同,皮拉尼规又分为定温度型、定电流型和定电压型等多种类型,其测量的真空度范围与热偶真空规相似。
6-2,电离真空规,经常与热偶真空规结合使用的高真空规称为电离真空规。
它是在高真空范围内最常用的测量工具。
电离规管主要由阴极、阳极和离子收集极组成。
离子电流强度Ii大小取决于阴极发射的电子电流强度Ie、气体分子的碰撞截面以及气体分子密度三个因素。
在固定阴极发射电流和固定气体种类的情况下,离子电流强度将直接取决于电离气体的压力。
离子电流与气体压强的关系:
式中P为气体压强,K为常数,称电离真空计的灵敏度.,当压强高于10-1Pa左右时,虽然气体分子数增加,电子与分子的碰撞数增加,但能量下降,电离几率降低,所以当压强增加到一定程度时电离作用达到饱和,使曲线偏离线性,故测量的上限为10-1Pa。
当压强低于10-6Pa左右时,具有一定能量的高速电子打到加速极上,产生软X射线,当其辐射到离子收集极时,将自己的能量交给金属中的自由电子,会使自由电子逸出金属而形成光电流,导致离子流增加,故10-6Pa就成为测量的下限压强。
通过对上述电离规结构的改进,比如将阴极与收集极位置互换,并将收集极做成针状,可以将测量的真空上限提高到1010Pa。
电离真空规适用真空范围:
6-3薄膜真空规,工作原理:
依靠金属薄膜在气体压力差作用下产生机械位移,从而可以用于气体绝对压力测量,测量结果与气体种类无关。
薄膜真空规有两个被隔开的真空腔。
当一个真空腔内的压力为已知,另一个真空腔内的压力为未知的情况下,薄膜的位移量将与两个腔内的压力差成正比。
为了提高测量的准确度,薄膜位移时靠测量薄膜与另一金属电极间的电容C1的变化来实现的。
测量范围为:
1atm10-3Pa,第二篇薄膜的物理气相沉积,物理气相沉积(Physicalvapordepostion,PVD)是利用某种物理过程,如物质的热蒸发或在受到粒子轰击时物质表面原子的溅射等现象,实现物质原子从源物质到薄膜的可控转移的过程。
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:
需要使用固态的或者熔融态的物质作为沉积过程的源物质;源物质经过物理过程而进入气相;需要相对较低的气体压力环境;在气相中及在衬底表面并不发生化学反应。
绪言,在低压环境中,其他气体分子对于气相分子的散射作用较小,气相分子的运动路径近似为一条直线;气相分子在衬底上的沉积几率接近100。
物理气相沉积技术中最为基本的两种方法是蒸发法和溅射法。
第一章蒸发法,第二章溅射法及其他PVD方法,第一章蒸发法,1物质的热蒸发2薄膜沉积的厚度均匀性和纯度3真空蒸发装置,1物质的热蒸发,1-11-2,元素的平衡蒸气压与蒸发速率化合物与合金的热蒸发,1物质的热蒸发,热蒸发法原理:
在真空室中加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料,使其原子或分子从表面气化逸出,形成蒸气流,入射到固体(称为衬底或基片)表面,凝结形成固态薄膜的方法。
与溅射法相比,蒸发法的显著特点之一是具有较高的背底真空度。
1-1元素的平衡蒸气压与蒸发速率,在一定的温度下,处于液态或固态的元素都具有一定的平衡蒸气压。
因此,当环境中元素的分压降低到了其平衡蒸气压之下时,就会发生元素的净蒸发。
由于元素的平衡蒸气压随着温度的上升增加很快,因而对元素蒸发速率影响最大的因素是蒸发源所处的温度。
上图中,即使温度达到了元素的熔点,其平衡蒸气压也低于10-1Pa。
这种情况下,利用蒸发法进行物理气相沉积,就需要将待蒸发物质加热到
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