【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 金屬的蒸發(fā)溫度 蒸發(fā)源形狀： ? 主要考慮：濕潤(rùn)性（浸潤(rùn)性） 筐 將鎢絲繞制成各種等直徑或不等直徑的螺旋狀，即可作為加熱源。 對(duì)于不能用鎢絲裝置加熱的物質(zhì)，采用難熔金屬板制成的電阻加熱裝置。 高熔點(diǎn)氧化物、高溫裂解 BN、石墨、難熔金屬等制成的坩堝也可以作為蒸發(fā)容器。 電阻式加熱方式 電阻式蒸發(fā)裝置 電阻熱蒸發(fā)鍍膜設(shè)備 電阻式加熱局限性 1. 坩堝、加熱元件以及各種支撐部件可能造成污染； 2. 電阻加熱的加熱功率和加熱溫度受到限制 3. 不適用于高純和難熔物質(zhì)的蒸發(fā) (2)高頻感應(yīng)加熱源： ?原理： 蒸發(fā)材料在高頻電磁場(chǎng)的感應(yīng)下產(chǎn)生強(qiáng)大的渦流損失和磁滯損失，致使蒸發(fā)材料升溫、氣化蒸發(fā)。 ?優(yōu)點(diǎn)： 蒸發(fā)速率大 蒸發(fā)源的溫度均勻 ?缺點(diǎn)： 蒸發(fā)源溫度不易準(zhǔn)確控制 存在電磁輻射、坩堝污染 高頻感應(yīng)加熱源的工作原理 (3)電子轟擊蒸發(fā)源和電子束蒸發(fā)源： ? 原理：電子在電場(chǎng)作用下，獲得動(dòng)能轟擊蒸發(fā)材料（陽(yáng)極），使其加熱氣化。 電子動(dòng)能 =mv2/2=eU 二者的主要區(qū)別在于：電子是否聚焦。 發(fā)射電子束 加速（數(shù)千伏） 偏轉(zhuǎn)（橫向磁場(chǎng)） 轟擊坩堝 薄膜沉積 ? 磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)法的使用可以避免燈絲材料的蒸發(fā)對(duì)于沉積過(guò)程可能造成的污染。 特點(diǎn)： ?優(yōu)點(diǎn)： 能量密度高（ 104~109W/cm2）（電子束蒸發(fā)源） 避免容器材料的污染（蒸發(fā)、化學(xué)反應(yīng)） 蒸發(fā)溫度范圍大且能準(zhǔn)確控制， 能克服電阻加熱方法受到加熱功率或溫度的限制。 在同一蒸發(fā)沉積裝置中可以安置多個(gè)坩堝，這使得人們可以同時(shí)或分別對(duì)多種不同的材料進(jìn)行蒸發(fā)。 ?缺點(diǎn)： 設(shè)備昂貴 有軟 X射線 電子束能量的絕大部分要被坩堝的水冷系統(tǒng)所帶走， 因而其熱效率較低。 ?典型應(yīng)用： ? 純金屬、合金、氧化物材料 ? 有機(jī)電致發(fā)光薄膜 電阻蒸發(fā)與電子蒸發(fā)復(fù)合鍍膜設(shè)備 (4)激光蒸發(fā)源： ?優(yōu)點(diǎn)： 能量密度高 可蒸發(fā)高熔點(diǎn)材料 可蒸發(fā)化合物或成分比較復(fù)雜的合金 ?缺點(diǎn)： 出光窗口易被污染 要求： 昂貴的準(zhǔn)分子激光器，需要采用特殊的窗口材料將激光束引入真空室中，并要使用透凹面鏡等將激光束聚焦至被蒸發(fā)的材料上。針對(duì)不同波長(zhǎng)的激光束，需要選用具有不同光譜透過(guò)特性的窗口和透鏡材料。 典型應(yīng)用： 氧化物超導(dǎo)薄膜（ YBCO）、氧化物鐵電介電薄膜、鐵氧體薄膜等。 反應(yīng)蒸發(fā)法： ? 蒸發(fā)中化合物一般會(huì)分解 ? 定義：活性氣體＋金屬原子 (低價(jià)化合物分子 ) (高價(jià) )化合物 ? 實(shí)例： Al(g)+O2(g)→Al 2O3(S) ? 可能發(fā)生反應(yīng)的地方： 蒸發(fā)源表面：避免 蒸發(fā)源到基板的空間：可能性很?。ㄆ骄杂沙蹋? 基板表面：主要發(fā)生地－ 表面能 ? 影響因素很多 蒸發(fā)法特點(diǎn)： 工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，但是在沉積過(guò)程中容易引入污染，而且蒸發(fā)法獲得的粒子能量較低，沉積層和襯底的附著力小，需要較高的真空度。 蒸發(fā)法制備的 CdS納米帶 二、濺射鍍膜 ? “ 濺射 ” ：荷能（高能量）粒子轟擊固體（靶）表面，使固體原子（分子）從表面射出的現(xiàn)象。 ? 1852年， Grove發(fā)現(xiàn) ? 濺射出的粒子：濺射原子 ? 荷能粒子：入射離子（惰性氣體： Ne、 Ar、 Kr、 Xe） ? 沉積和刻蝕是濺射過(guò)程的兩種應(yīng)用 ? 濺射鍍膜應(yīng)用非常廣泛 ? 濺射鍍膜： Sputtering(Spluttering) Plating 陰極濺射＋離子束濺射（少見(jiàn)） 靶材：陰極 (陰極濺射 ) 基片 (工件 )：陽(yáng)極 （視頻） 濺射鍍膜的特點(diǎn)： 與蒸發(fā)鍍膜相比： ? 優(yōu)點(diǎn)： 1. 任何物質(zhì)均可濺射 （前提：能制成靶材） 可以方便的制取高熔點(diǎn)物質(zhì)的薄膜 2. 膜基附著性好 （蒸鍍?cè)觿?dòng)能： , 濺射原子動(dòng)能： 235eV) 3. 膜層密度高、純度較高 4. 膜厚可控性和重復(fù)性好 ,容易控制膜的成分，可以制取各種不同成分和配比的合金膜 5. 在大面積連續(xù)基板上可以制取均勻的膜層 6. 可以進(jìn)行反應(yīng)濺射、制取多種化合物膜，可以方便的鍍多層膜；便于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、自動(dòng)化操作等。 ? 缺點(diǎn)： 1. 淀積速率低 （真空蒸發(fā) ~5?m/min，濺射： ~?m/min） 2. 設(shè)備復(fù)雜，靶材利用率較低 3. 基板溫升較高 4. 易受雜質(zhì)氣體影響 濺射鍍膜的基本原理 ? 異常輝光放電 當(dāng)電離度達(dá)到比較高以后，電流隨功率增加變緩，但電壓迅速增加 濺射機(jī)理 ? 發(fā)生原子濺射的必要條件：靶材原子獲得的能量超過(guò)其結(jié)合能。 ? 動(dòng)量轉(zhuǎn)移理論：有實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，已成為定論。 動(dòng)量轉(zhuǎn)移 → 晶格原子碰撞 → 表面 原子能量聚集（大于結(jié)合能） → 濺射 （級(jí)聯(lián)碰撞） 濺射原子的狀態(tài) ? 濺射原子能量高 (235eV) ? 濺射原子基本遵循余弦散射定律 濺射薄膜生成的三個(gè)階段 ① 氣相粒子的產(chǎn)生：靶面原子的濺射； ② 輸運(yùn)過(guò)程：濺射原子向基片遷移； ③ 淀積成膜過(guò)程：濺射原子入射并沉積在基片表面上并凝聚成薄膜（ 凝聚、成核、核生長(zhǎng)、形成連續(xù)薄膜 ）。 濺射法與蒸發(fā)法在保持確定的化學(xué)成分方面具有巨大差別的原因可歸納為以下兩點(diǎn)： （ 1）與不同元素濺射產(chǎn)額間的差別相比，元素之間的平衡蒸汽壓方面的差別太大。 （ 2）在蒸發(fā)情況下，被蒸發(fā)物質(zhì)多處于熔融狀態(tài)。這時(shí)，源物質(zhì)本身將發(fā)生擴(kuò)散甚至對(duì)流，從而表現(xiàn)出很強(qiáng)的自發(fā)均勻化的傾向。相比之下，濺射過(guò)程中靶物質(zhì)的擴(kuò)散能力較弱。 濺射法使用的靶材可以根據(jù)材質(zhì)的不同分為 純金屬、合金以及各種化合物等。 一般來(lái)講，金屬與合金的靶材可以通過(guò) 冶煉或者粉末冶金的方法制備 ，其純度和致密性都較好；化合物靶材則多采用 粉末熱壓的辦法制備 ，其純度和致密性往往就遜于前者。 常用濺射方法 主要濺射方法根據(jù)其特征，可以分為以下四種 ： ? （ 1）直流濺射；（ 2）射頻濺射； ? （ 3）磁控濺射；（ 4）反應(yīng)濺射。 根據(jù)使用目的，不同濺射方法內(nèi)又可以有一些具體的差異。例如，在各種濺射方法中可以結(jié)合不同的 施加偏壓 的方法。另外，還可以將上述各種方法結(jié)合起來(lái)構(gòu)成某種新的方法，比如，將射頻技術(shù)與反應(yīng)濺射相結(jié)合，就構(gòu)成了 射頻反應(yīng)濺射 的方法。 (1)直流濺射 直流濺射又叫陰極濺射或者二極濺射。 典型的濺射條件為：工作氣壓 10Pa，濺射電壓 3000V，靶電流密度 ，薄膜沉積速率低于。 直流濺射常采用 Ar為工作氣體。工作氣壓是很重要的一個(gè)參數(shù)，它對(duì)濺射速率以及薄膜的質(zhì)量都具有很大的影響。 低壓條件下濺射的速率很低。 隨著 氣體壓力的升高 ，電子的平均自由程減小，原子的電離幾率增加，濺射電流增加，濺射速率提高。 但當(dāng) 氣體壓力過(guò)高時(shí) ，濺射出來(lái)的靶材原子在飛向襯底的過(guò)程中將會(huì)受到很多的散射，部分濺射原子甚至?xí)簧⑸浠匕胁谋砻娉练e下來(lái)，因而其沉積到襯底上的幾率反而下降。 也因此 ，隨著氣壓的變化，濺射法薄膜沉積的速率將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)極大值。 直流濺射的設(shè)備較為簡(jiǎn)單，但有一個(gè)很大的 缺點(diǎn) ：不能獨(dú)立地控制各個(gè)工藝參量，包括陰極電壓、電流以及濺射氣壓。另外，直流濺射使用的氣體壓力也較高（ 10Pa左右），濺射速率較低，這不利于減小氣氛中的雜質(zhì)對(duì)薄膜的污染以及濺射效率的提高，因而目前直流濺射方法已較少采用。 (2)射頻濺射 射頻： 530MHz ( 、 18MHz) 射頻輝光放電 射頻濺射是適用于 各種金屬和非金屬材料 的一種濺射沉積方法。 射頻濺射的原理： ? 直流濺射：靶材為陰極，基片為陽(yáng)極。當(dāng)靶為絕緣體時(shí)，正離子使靶帶電，使靶的電位逐漸上升，到一定程度后，離子加速電場(chǎng)下降，使輝光放電停止。因此，靶材只能為導(dǎo)體材料，不能為絕緣體。 ? 射頻濺射： ，交變電場(chǎng)。負(fù)半周時(shí)，靶材為陰極，基片為陽(yáng)極，正離子轟擊靶材，濺射正常進(jìn)行。正半周，靶材為陽(yáng)極，基片為陰極，電子質(zhì)量比離子小，遷移率高，很快飛向靶面，中和正電荷，且可能迅速積累大量電子，使靶表面空間電荷呈現(xiàn)負(fù)電性，即正半周也可實(shí)現(xiàn)離子轟擊。 射頻能濺射絕緣靶。 濺射沉積方法具有兩個(gè)缺點(diǎn)：第 — ，濺射方法沉積薄膜的沉積速度較低；第二，濺射所需的工作氣壓較高，這兩者的綜合效果是氣體分子對(duì)薄膜產(chǎn)生污染的可能性提高。因而，磁控濺射技術(shù)作為一種沉積速度較高、工作氣體壓力較低的濺射技術(shù)具有其獨(dú)特的優(yōu)越性。 (3)磁控濺射（高速