真空蒸發(fā)鍍膜ppt課件(已修改)
2025-05-24 04:22 本頁面
【正文】 薄膜制備技術(shù) 外延制膜技術(shù) 化學(xué)沉積鍍膜 真空蒸發(fā)鍍膜 ?薄膜生長(zhǎng)方法是獲得薄膜的關(guān)鍵 。 ?薄膜材料的質(zhì)量和性能不僅依賴于薄膜材料的化學(xué)組成 ， 而且與薄膜材料的制備技術(shù)具有一定的關(guān)系 。 真空蒸發(fā)鍍膜 物理氣相沉積 (Physical Vapor Deposition， PVD) 利用某種物理過程，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)移的過程。 塊狀材料 (靶材 ) 薄膜 物質(zhì)輸運(yùn) 能量輸運(yùn) 能量 襯底 真空蒸發(fā)鍍膜 ? 方法的核心點(diǎn)： 薄膜材料通過物理方法產(chǎn)生并輸運(yùn)到基體表面的鍍膜方法 ； ? 通常是固體或熔融源； ? 一般來說，在氣相或襯底表面沒有化學(xué)反應(yīng)； ? 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%。 ? 代表性技術(shù)：蒸發(fā)鍍膜、濺射鍍膜； ? 技術(shù)特點(diǎn)：真空度高、沉積溫度低、設(shè)備相對(duì)比較簡(jiǎn)單。薄膜質(zhì)量可控度小、表面容易不均勻。 物理氣相沉積 真空蒸發(fā)鍍膜 要點(diǎn)： ●真空蒸發(fā)原理 ●蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性及膜厚分布 ●蒸發(fā)源的類型 ●合金及化合物的蒸發(fā) 真空蒸發(fā)鍍膜法 (簡(jiǎn)稱真空蒸鍍 )是在真空室中，加熱蒸發(fā)容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子從表面氣化逸出，形成蒸氣流，入射到基片表面，凝結(jié)形成固態(tài)薄膜的方法。 真空蒸發(fā)鍍膜 真空蒸發(fā)鍍膜 加熱絲 加熱舟 坩堝 盒狀源（ Knudsen Cell） 常用蒸發(fā)源 真空蒸發(fā)鍍膜 一、真空蒸發(fā)鍍膜法 (1)優(yōu)點(diǎn)： 成膜速度快： ~50μm/min， 設(shè)備比較簡(jiǎn)單，操作容易； 制得薄膜純度高； 用掩?？梢垣@得清晰的圖形； 薄膜生長(zhǎng)機(jī)理較單純。 (2)缺點(diǎn)： 薄膜附著力較??； 結(jié)晶不夠完善； 工藝重復(fù)性不夠好； 膜厚不易控制； 薄膜質(zhì)量不是很好。 真空蒸發(fā)鍍膜 基本過程： （ 1）加熱 蒸發(fā)過程 ，凝聚相 → 氣相 該階段的主要作用因素：飽和蒸氣壓 （ 2） 輸運(yùn)過程 ，氣化原子或分子在蒸發(fā)源與基片之間的輸運(yùn) 該階段的主要作用因素：分子的平均自由程（工作氣壓），源 — 基距 （ 3）基片表面的 淀積過程 ，氣相 → 固相 凝聚 → 成核 → 核生長(zhǎng) → 連續(xù)薄膜 ? 蒸發(fā)過程 鍍膜時(shí) ， 加熱蒸鍍材料 ， 使材料以分子或原子的狀態(tài)進(jìn)入氣相 。 在真空的條件下 ， 金屬或非金屬材料的蒸發(fā)與在大氣壓條件下相比要容易得多 。 沸騰蒸發(fā)溫度大幅度下降 ， 熔化蒸發(fā)過程大大縮短 ， 蒸發(fā)效率提高 。 以金屬鋁為例 ， 在一個(gè)大氣壓條件下 ， 鋁要加熱到 2400?C才能達(dá)到沸騰而大量蒸發(fā) ， 但在 ， 只要加熱到 847?C就可以大量蒸發(fā) 。 一般材料都有這種在真空下易于蒸發(fā)的特性 。 真空蒸發(fā)鍍膜 z— 單位時(shí)間內(nèi)單位面積上蒸發(fā)出的分子數(shù) 。 px— 蒸發(fā)材料的蒸氣壓 (Pa)。 M— 材料的摩爾質(zhì)量 (g/mol) T— 熱力學(xué)溫度 (?K) 若用單位面積 、 單位時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)的質(zhì)量 ， 則有： )scm/()1( 22/122 ??? 個(gè)分子TMpz x蒸鍍材料受熱蒸發(fā)的速率由下式給出： )sg / cm()( 22/12 ??? ? TMpG xz 所以 ， 影響材料蒸發(fā)速度的因素 ， 包括： 材料的蒸汽壓 px， 材料的摩爾質(zhì)量 M， 蒸發(fā)溫度 T 另外 ， 還有 蒸鍍材料表面潔凈程度 。 蒸發(fā)料上出現(xiàn)污物 ， 蒸發(fā)速度降低 。特別是氧化物 ， 它可以在被蒸鍍金屬上生成不易滲透的膜皮而影響蒸發(fā) 。不過 ， 如果氧化物較蒸鍍材料易于蒸發(fā) (如 SiO2對(duì) Si)或氧化物加熱時(shí)分解 ，或蒸發(fā)料能穿過氧化物而迅速擴(kuò)散 ， 則氧化物膜將不會(huì)影響蒸發(fā) 。 真空蒸發(fā)鍍膜 ?輸運(yùn)過程 蒸發(fā)材料分子進(jìn)入氣相，就在氣相內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和真空度有密切關(guān)系。常溫下空氣分子的 平均自由程 為 )cm(6 5 p?? 在 p = ?101Pa時(shí) ， = 5cm； p = ?104Pa時(shí) ， ? 5000cm。 在壓力 p = ?104Pa時(shí) ， 雖然在每 cm3 空間中還有 ?1010個(gè)分子 ， 但分子在兩次碰撞之間 ， 有約 50m長(zhǎng)的自由途徑 。 在通常的蒸發(fā)壓強(qiáng)下 ， 平均自由程較蒸發(fā)源到基片的距離大得多 ， 大部分蒸發(fā)材料分子將不與真空室內(nèi)剩余氣體分子相碰撞 ， 而徑直飛到基片上去 ， 只有少數(shù)粒子在遷移途中發(fā)生碰撞而改變運(yùn)動(dòng)方向 。 ??真空蒸發(fā)鍍膜 若設(shè)蒸發(fā)出的分子數(shù)為 z0， 在遷移途中發(fā)生碰撞的分子數(shù)為 z1，蒸發(fā)源到基片的距離為 l， 則發(fā)生碰撞的分子數(shù)占總蒸發(fā)分子數(shù)的比率可又下式求出： )e x p (101?lzz ???即遷移途中發(fā)生碰撞的分子數(shù) )]ex p (1[01 ?lzz ???碰撞分子數(shù)與蒸發(fā)源到基片距離的關(guān)系 由上式可以算出： 當(dāng)蒸發(fā)源到基片的距離 l = ， 則 z1 = 63%z0 當(dāng)蒸發(fā)源到基片的距離 l = 10 ，則 z1 = 9 %z0 ??即蒸發(fā)源到基片的距離愈大，發(fā)生碰撞的分子數(shù)愈少。 真空蒸發(fā)鍍膜 遷移途中發(fā)生碰撞的分子百分?jǐn)?shù)與 實(shí)際路程對(duì)平均自由程之比的關(guān)系 0 0 .2 0 .4 0 .6 0 .8 1 .0 1 .2
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