蒸發(fā)法薄膜制備ppt課件(已修改)
2025-01-27 09:29 本頁(yè)面
【正文】 1. 平均自由程的定義及公式，物理含義 2. 三種常見的真空泵，它們的特點(diǎn)及具體應(yīng)用。 3. 常見真空計(jì)的類型及使用范圍 4. 現(xiàn)有機(jī)械泵、分子泵，請(qǐng)將他們按適當(dāng)?shù)捻樞蜻B接到真空制膜腔體上（畫圖），并說(shuō)明理由。 第一章 薄膜技術(shù)基礎(chǔ) 作 業(yè) 第二章、真空蒸發(fā)鍍膜 物理氣相沉積 ● 定義 物理氣相沉積 (physical vapor deposition， PVD)是利用某種物理過(guò)程，如物質(zhì)的熱蒸發(fā)或在受到粒子轟擊時(shí)物質(zhì)表面原子的濺射等現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)原子從源物質(zhì)到薄膜的可控轉(zhuǎn)移的過(guò)程。 特點(diǎn)（與 CVD相比） (1)需要使用固態(tài)的或者熔融態(tài)的物質(zhì)作為沉積過(guò)程的源物質(zhì)； (2)源物質(zhì)經(jīng)過(guò)物理過(guò)程而進(jìn)入氣相； (3)需要相對(duì)較低的氣體壓力環(huán)境； a)其他氣體分子對(duì)于氣相分子的散射作用較小 b)氣相分子的運(yùn)動(dòng)路徑近似為一條直線； c)氣相分子在襯底上的沉積幾率接近 100％。 (4)在氣相中及在襯底表面大多不發(fā)生化學(xué)反應(yīng) ①定義 ：簡(jiǎn)稱真空蒸鍍，在真空腔室中加熱原材料，使其以 原子 或者 分子 的形式逸出（ 熔化升華 ），形成蒸 氣 流，入射到基片表面并凝結(jié)成連續(xù)薄膜的方法。 ②主要部件 分子泵 機(jī)械泵 排氣口 觀察窗 電源 基片 加熱器 線纜 (1)真空室 (2)蒸發(fā)源 (3)基板 (4)基板加熱器 及測(cè)溫器等： 真空蒸發(fā)的過(guò)程 蒸發(fā)逸出 粒子輸運(yùn) 凝聚成膜 凝聚相 → 氣相 。 該階段的主要作用因素：飽和蒸氣壓 蒸氣流在蒸發(fā)源與基片之間的飛行 ,該階段的主要作用因素：分子的平均自由程 凝聚 → 成核 → 核生長(zhǎng) → 連續(xù)薄膜 ③真空蒸發(fā)鍍膜的特點(diǎn) B缺點(diǎn) (1)薄膜與基片的附著力小； (2)工藝重復(fù)性不好，膜厚不易控制； (3)不能淀積高熔點(diǎn)物質(zhì)； (4)加熱器具易污染薄膜原材料。 A優(yōu)點(diǎn) (1)設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易； (2) 成膜速率快， ?m/min； (3)制得的薄膜純度高、分布均勻； (4)薄膜生長(zhǎng)機(jī)理單純。 ——決定因素 ① ①飽和蒸氣壓：氣 —液 平衡 稱為飽和，飽和狀態(tài)的氣體與液體分別稱為飽和氣體與飽和液體，該狀態(tài)下的壓力稱為飽和蒸氣壓。 平衡 氣相與液相的 能量、質(zhì)量 交換相等 一定溫度下，氣態(tài)與液態(tài)分子數(shù)目交換相等 真空蒸發(fā)近似平衡過(guò)程，需保持真空與溫度 常識(shí) 氣與汽不一樣 臨界溫度與室溫相比不同 室溫下，汽可壓縮成液體，氣不可壓縮成液體 ?蒸氣壓方程 —控制溫度與壓強(qiáng) Step1： 克拉伯龍 ——克勞修斯方程 ? ?sg vv VVTHdTdP??Pv飽和蒸氣壓， Hv摩爾 氣化熱 或者 液化熱， V摩爾體積 Step2： 忽略液體體積 ,氣體狀態(tài)方程 vggsg PRTVVVV ??? ,Step3： 代入克 —克方程 2TdTRHPdP vvv ??Step4： 解微分方程 TBAPv ??lg安托萬(wàn)方程安托萬(wàn)常數(shù) Pv T ● 蒸發(fā)溫度 定義：飽和蒸氣壓為 102托時(shí)的溫度。 由此，蒸發(fā)材料分為兩種： 1）蒸發(fā)：蒸發(fā)溫度大于熔點(diǎn)，大多數(shù)金屬 2）升華：加熱溫度小于熔點(diǎn)，如 Cr、 Ti、 Mo、Fe等 ——決定因素 ② ②蒸發(fā)速率：?jiǎn)挝幻娣e上，單位時(shí)間內(nèi)從氣相到達(dá)固相表面并能夠停留的分子數(shù)。 dtAdNJ??單位面積 停留分子數(shù) dtAdNdNJ??? 飛離碰撞dtAdN?碰撞碰撞頻率 dtAdN?飛離逸出幾率 ? ?m k TPPJ hv??2??當(dāng) α=1， Ph=0時(shí)，蒸發(fā)速率最大 m k TPJ vm ?2??如何獲得最大蒸發(fā)速率？ ，減少逸出； （特殊情況除外）； ，增大蒸氣壓。 ，增大蒸發(fā)系數(shù) α。 不完全蒸發(fā)、逸出 從液面逸出 α蒸發(fā)系數(shù) Ph液體靜壓 (個(gè) /m2?s, Pa) ?以質(zhì)量表示的最大蒸發(fā)速率 vvm PTMPkTmmJG ?????? ? 2 ?(kg/m2?s, Pa) 溫度、飽和蒸氣壓變化，引起蒸發(fā)速率變化，但是溫度決定飽和蒸氣壓，故而溫度決定蒸發(fā)速率 這里的溫度是沉積腔內(nèi)蒸氣的溫度，因此接近蒸發(fā)源的溫度，但不是基片的溫度。 例 注意 實(shí)驗(yàn)室溫度條件下采用真空蒸發(fā)沉積銀膜， 黏附系數(shù)為 1,求真空沉積腔內(nèi)的壓強(qiáng)為 1Pa時(shí)的蒸發(fā)速率 解：查表得 1Pa下蒸發(fā)溫度分別為 1300K： 001 3 ???? ?G(kg/m2?s, Pa) ?溫度變化對(duì)蒸發(fā)速率的影響 在高真空條件下，原材料的蒸發(fā)溫度比較低，蒸發(fā)比較容易，真空腔內(nèi)其他分子數(shù)所占比例非常小，主要以蒸發(fā)氣體分子為主，所以可以近似認(rèn)為蒸發(fā)系數(shù)等于 1；并且基片足夠清潔時(shí)黏附系數(shù)也等于 1。 TdTVSGdG ??vPkTmG ???2TBAPv ??lg?????? ?? TBAv ePTdTTBGdG ?????? ??2例 已知鋁的蒸氣壓與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表 : 蒸氣壓 (Pa) 102 100 102 溫度 (K) 1245 1490 1830 求在 102Pa蒸氣壓下，溫度變化 1%時(shí)蒸發(fā)速率的變化 解：將上表值代入公式： TBAPv ??lg可求得多個(gè) B值，求平均，得 B值為 ?104 根據(jù)公式： TdTTBGdG ?????? ??2102Pa下 %191021183 0155 2 ???????? ??? ?GdG說(shuō)明 蒸發(fā)源溫度影響巨大，必須嚴(yán)格控制蒸發(fā)溫度！ ——決定因素 ③ 討論 Pv Pb ?背底真空度與飽和蒸氣壓有何關(guān)系？ （ 1） Pb?Pv （ 2） Pv?Pb是能夠成膜的關(guān)鍵 （ 3）保持高真空，以使在較低的蒸氣壓下就可以蒸發(fā)成膜，也可以降低能耗。 （
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