【正文】 4）蒸氣分子要與殘余氣體分子碰撞，兩者都可能與基片碰撞。 決定因素③ 蒸氣分子平均自由程與碰撞幾率 （ 1）蒸氣分子的平均自由程 各符號的意義 : n， d， P， T 注意 n： 蒸氣分子與殘余氣體分子碰撞， 忽略蒸氣分子之間的碰撞 殘余氣體分子密度 d： 碰撞截面直徑，蒸發(fā)分子小 蒸發(fā)分子直徑 P： 蒸發(fā)分子已脫離蒸發(fā)源表面 腔內壓強 (真空 ) T： 蒸發(fā)分子溫度，但遠離蒸發(fā)源 略低于蒸發(fā)溫度 22422221PdTPdkTdn????????討論 平均自由程與源 —基距的關系 ? ? 2dPT帕????工作時，沉積腔內的壓強在 ~，蒸氣溫度在 1000~1500K， 分子直徑約 10197。， 算出 ?約為 5~50cm。 （ 1）可以采用高真空使得 ?遠大于沉積腔尺寸，蒸氣分子幾乎不發(fā)生碰撞到達基片，但是壓強越低，蒸氣分子密度越小。 （ 2）可以縮短源 —基距使蒸氣分子順利達到基片，但薄膜生長不易控制，受蒸發(fā)源影響大。 （ 2）蒸氣分子與殘余氣體分子的碰撞幾率 ?/1 xef ???表示蒸氣分子飛越 x距離后，與殘余氣體的碰撞幾率 (1)?增加 10倍，f減小 7倍 (2)若要求 f≤, 源基距為 25cm 則 P ≤3 103Pa ● 殘余氣體的組成及其影響 。 ? 大氣的殘余物 （ O N CO H2O） ， 擴散泵油蒸氣 ， 真空室吸氣 。 ? 當 P≤104Pa時 ， 主要為真空室吸氣 。 ? 水汽易與金屬膜反應 ， 或與加熱器材料反應 。 ? 在設計優(yōu)良的系統(tǒng)中 ，擴散油蒸氣不明顯。 ?影響薄膜純度的因素： ； 、坩堝的污染； 。 殘余氣體雜質濃度公式 討論 是否可從蒸發(fā)速率公式、氣體碰撞頻率公式，粘附系數出發(fā)，推導公式？ 蒸發(fā)速率雖然可以認為是沉積（生長）速率，但公式中各參數難以確定。 通?？梢酝ㄟ^實驗確定厚度沉積速率 s(197。/s) (1)以原子個數表示的沉積速率 : AAMsNG ??(2)雜質原子的粘附系數為 1，則雜質原子的沉積速率即為碰撞頻率 : m k TP?? 2?(3)兩者相比可得雜質濃度公式 : RTMsPMcgA?? 2?提高純度的措施： ，蒸發(fā)可比濺射低 5個數量級 ，蒸發(fā)比濺射高 1個量級以上 ●假設： 1蒸發(fā)原子或分子與殘余氣體分子之間不發(fā)生碰撞； 2在蒸發(fā)源附近的蒸發(fā)原子間也不發(fā)生碰撞 3蒸發(fā)原子到達基板上后不發(fā)生再蒸發(fā)現象 ●影響膜厚分布的因素： A蒸發(fā)源的特性； B基板與蒸發(fā)源的幾何形狀，相對位置 (1)點蒸發(fā)源膜厚分布 點蒸發(fā)源 dS以每秒 m克向各方向蒸發(fā)，則處于立體角 d?中的蒸發(fā)量 dm為 : ?? dmdm ?? 4??drdSdSdS????2121 c os 22222 c osc osxhdSrdSd????? ???222 c os4 xhdSmdm???? ??222 c os4 xhdSmdm???? ??到達 ds2面的蒸發(fā)速率，若黏附系數為 1，即為沉積速率。 假設厚度沉積速率為 t，膜的密度為 ? 2dStdm ??? ? ? ?232222 4c os4 xhmhxhmt??????????上式說明了源 —基距為 h，偏離基片中心 x距離時的厚度，很顯然，當源 —基距一定時， x=0處，即處于基片中心的膜厚 t0最大： 20 4 hmt???? ?? ? 2320 11hxtt??膜厚分布 : 源 —基距、基片尺寸對膜厚分布的影響 討論 t/t0 h t/t0 x 基片尺寸一定時 源 —基距一定時 (2)小平面蒸發(fā)源的膜厚分布 特點：射入小孔的分子方向不改變 在 θ角方向蒸發(fā)的材料質量與 cosθ成正比 ??? dmdm ??? c os22022])/(1[c o shxtrmt??? ???20 hmt???半球面 (余弦散射定理 ) ?=? ? 點源與小平面蒸發(fā)源相比，厚度的均勻性要好一些 ? 但淀積速率要低得多 ，單位質量的原料所得膜厚 1/4 課堂思考 ，說明為什么制備薄膜時需要真空？ (1)點源 蒸發(fā)源放在球心， 基板放在球面上， 可得到均勻薄膜。 ? ? 23224 xhmht????x=0 24 hmt???h (2)小平面蒸發(fā)源 蒸發(fā)源、基板放在 同一球面上， 可得到均勻薄膜。 2rmt???5. 蒸發(fā)源的類型 最常用的加熱方式： ? 電阻法、 ? 電子束法、 ? 高頻感應 ? 激光 一、電阻蒸發(fā)源 蒸發(fā)源材料的要求 1） 熔點要高 ， 熔點要高于被蒸發(fā)物質的蒸發(fā)溫度 （ 多在 1000~2022℃ ） ； 2） 飽和蒸氣壓低 ， 減少蒸發(fā)源材料蒸氣的污染 .要求：蒸發(fā)材料的蒸發(fā)溫度低于蒸發(fā)源材料在平衡蒸氣壓為 108托時的溫度 。 3） 化學性能穩(wěn)定 ， 不與鍍料反應 。 4） 耐熱性好 ， 熱源變化時 ， 功率密度變化較小 。 5）經濟耐用。 金屬電阻蒸發(fā)源材料 加工性： W最差，室溫很脆，需 400℃ 高溫退火 Mo好 Ta最好 金屬蒸發(fā)源與鍍料的反應 例子：鉭與金； 鋁、鐵、鎳、鈷等與鎢、鉬、鉭。 改進方法：陶瓷坩堝 陶瓷坩堝的性能 鍍料熔化后，若有沿蒸發(fā)源擴展的傾向時，兩者是浸潤的。反之，是不浸潤的。浸潤時，為面蒸發(fā)源，蒸發(fā)狀態(tài)穩(wěn)定。不侵潤時，為點蒸發(fā)源，若用絲式蒸發(fā)源時鍍料易脫落。 鍍料與蒸發(fā)源的浸潤性 各種形狀的電阻蒸發(fā)源 1）絲式 ● a)、 b)要求浸潤性，鍍料 為絲狀。但浸潤好意味著 有輕微合金化，只能用 1次。 ● c)不要求浸潤性，鍍料可 絲狀、塊狀 ● 蒸發(fā)加熱絲的直徑： ， 特殊 , 多股