【文章內(nèi)容簡介】 2）蒸發(fā)舟 ● 用金屬箔制成，箔厚 ， 可蒸發(fā) 塊狀、絲狀、粉狀鍍料 ● 注意避免局部過熱， 發(fā)生飛濺 3）外熱坩堝 二、電子束蒸發(fā)源 ● 定義：將鍍料放入水冷銅坩堝中 ， 利用高能電子束轟擊鍍料 ，使其受熱蒸發(fā) 。 ● 電阻蒸發(fā)源的缺點(diǎn) 1）不能蒸發(fā)某些難熔金 屬和氧化物 2） 不能制備高純度薄膜 電子束加熱的特點(diǎn) 一、優(yōu)點(diǎn)： 1） 采用聚焦電子束 ， 功率密度高 ， 可蒸發(fā)高熔點(diǎn) 鍍料 （ 3000℃ 以上 ） 如 W， Mo， Ge， SiO2， Al2O3等 。 2） 采用水冷坩堝 ， 可避免坩堝材料的蒸發(fā) ， 及 坩堝與鍍料的反應(yīng) ， 制得高純度薄膜 。 3） 熱量直接加在鍍料上 ， 熱效率高 ， 傳導(dǎo) ， 輻射 的熱損失少 。 二 、 缺點(diǎn)： 1） 電子槍發(fā)出的一次電子和蒸發(fā)材料發(fā)出的二 次電子會使蒸發(fā)原子和殘留氣體電離 ， 影響 膜層質(zhì)量 。 2） 多數(shù)化合物在受到電子轟擊時會部分分解 。 3） 設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ， 昂貴 。 4） 當(dāng)加速電壓過高時產(chǎn)生軟 X射線會對人體有傷 害 。 4） 電子束蒸發(fā)源的結(jié)構(gòu) ● 環(huán)形槍：環(huán)狀陰極發(fā)射電子，結(jié)構(gòu)簡單 缺點(diǎn)：陰極與坩堝近，陰極材料的蒸發(fā)污染； 陰極與坩堝加有高壓，導(dǎo)致閃火、輝光放電， 并隨蒸氣壓力和電壓增加，導(dǎo)致功率、效率上不去。 ● 直槍 軸對稱的直線加速電子槍，陰極發(fā)射電子，陽極加速，缺點(diǎn)是體積大，成本高，蒸鍍材料會污染槍體，燈絲逸出的 Na+離子污染膜層。 ● 偏轉(zhuǎn)槍 偏轉(zhuǎn) 180176。 偏轉(zhuǎn) 270176。， e型槍 e型槍優(yōu)點(diǎn) 1）電子束偏轉(zhuǎn) 180 176。以上，多為 270 176。 ， 避免了鍍膜材料對槍體的污染，并給鍍 膜留出了更大的空間。 2）收集極使正離子對膜的影響減少。 3）吸收極使二次電子對基板的轟擊減少。 4）陰極結(jié)構(gòu)防止極間放電，又避免了燈絲 污染。 5）可通過調(diào)節(jié)磁場改變電子束的轟擊位置。 三、高頻感應(yīng)蒸發(fā)源 ● 原理：將鍍料放在坩堝中，坩堝放在高頻螺旋線圈的中央，使鍍料在高頻電磁場的感應(yīng)下產(chǎn)生渦流損失和磁滯損失（對鐵磁體）而升溫蒸發(fā)。 二 ） 特點(diǎn)： 1） 蒸發(fā)速率大 ， 可比電阻蒸發(fā)源大 10倍左右 。 2） 蒸發(fā)源的溫度均勻穩(wěn)定 ， 不易產(chǎn)生飛濺現(xiàn)象 。 3） 鍍料是金屬時可自身產(chǎn)生熱量 ， 坩鍋可選用與蒸發(fā)材料反應(yīng)最小的材料 。 三 ） 缺點(diǎn)： 1） 蒸發(fā)裝置必須屏蔽 ， 否則會對廣播通訊產(chǎn)生影響 。 2） 線圈附近壓強(qiáng)超過 102Pa時 ， 高頻電場會使殘余氣體電離 。 3） 高頻發(fā)生器昂貴 。 四、激光蒸發(fā) ● 優(yōu)點(diǎn)： 1） 加熱溫度高 ， 可蒸發(fā)任何吸收激光的材料 （ 如石墨 ， 熔點(diǎn)為 3500 ℃ ） 。 2） 采用非接觸式加熱 ， 避免了蒸發(fā)源的污染 ， 非常適宜于制備高純薄膜 。 3） 蒸發(fā)速率可極高 （ 如 Si可得到 106197。/s ） 。 4） 方便于多源順序蒸發(fā)或多源共蒸發(fā) 。 ● 定義：利用高能激光作為熱源來蒸鍍薄膜的方法。 激光器 材料 波長 脈寬 脈沖頻率 功率 連續(xù)激光器 CO2 / / 100W 脈沖 激光器 準(zhǔn)分子激光 紅寶石 YAG Nd玻璃 XeF XeCl KrF ArF 6943197。 可調(diào) 351nm 308nm 248nm 193nm 30ns 200ns 2030ns 2530ns 10002022 120Hz 5Hz 10Hz 104W/cm2 105106 105W/cm2 650mJ 34J 準(zhǔn)分子激光的特點(diǎn)：波長短、脈寬短、頻率低 CO2激光 —— 連續(xù)激光 材料表面溫度： ?? dPrT s /)1(2 ??P:激光功率 r:反射率 d:光點(diǎn)直徑 k:導(dǎo)熱系數(shù) 例： P=100W,r=0， d=1mm,k=50W/mk 石墨表面 1000 ℃ ， 改用粉末狀鍍料，導(dǎo) 熱系數(shù)下降 1個量級 脈沖激光 特點(diǎn) ：閃爍蒸發(fā)，有利 于控制化學(xué)成分和防止 分解；又由于材料氣化 時間短，不足以使周圍 材料達(dá)到蒸發(fā)溫度，所 以不易出現(xiàn)分餾現(xiàn)象。 脈沖激光 燒蝕 （ Pulsed Laser Ablation） 定義：將準(zhǔn)分子激光器所產(chǎn)生的高強(qiáng)度脈沖激光束聚焦于靶材表面，使之產(chǎn)生高溫并熔蝕，并進(jìn)一步產(chǎn)生高溫高壓 等離子體 ，等離子體作定向局域膨脹發(fā)射并在襯底上淀積形成薄膜。 PLA成膜過程 1. 激光表面熔蝕，使 蒸發(fā)粒子和等離子體 產(chǎn)生 局域等溫 膨脹發(fā)射 3. 在基板上沉積形成薄膜 (1) 激光與靶的作用過程 高強(qiáng)度脈沖激光照射靶材時，靶材吸收激光束能量并使束斑處的靶材溫度迅速升高至蒸發(fā)溫度以上，使靶材 氣化蒸發(fā)并電離，從而形成局域化的高濃度 蒸發(fā)粒子與等離子混合體 。在納秒級短脈沖激光的作用期間，靶體內(nèi)束斑處原子的擴(kuò)散和液相的對流來不及發(fā)生，靶材的各組份元素一致氣化，不出現(xiàn)分餾現(xiàn)象。 (2) 等離子體的定向局域等溫絕熱膨脹發(fā)射 靶表面等離子體區(qū)繼續(xù)吸收激光的能量，產(chǎn)生進(jìn)一步的電離，等離子體區(qū)的溫度和壓力迅速升高，以等溫（激光作用時）和絕熱（激光終止時）膨脹的方式沿靶面軸線向空間中傳播，傳播的速度可高達(dá) 105～ 106cm/s，具有 瞬間爆炸 的形式，在空間中形成細(xì)長的等離子體羽輝。羽輝的空間分布可用高次余弦 cosn?描述， ?為相對靶面法線的夾角。 n的典型值為 5～ 10，視靶材而異。 (3) 在基板上沉積形成薄膜 在絕熱膨脹的等離子體遇到靶對面的基板后即在上面凝結(jié)形成薄膜 。 等離子體能量在 10～ 103eV之間 ， 其最可幾分布為 60～ 100 eV， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)蒸發(fā)和濺射產(chǎn)物的能量 。 PLA的主要特點(diǎn)