【正文】 鍍料做成兩個棒狀電極， 通電 使其發(fā)生電弧放電，使接觸部分達到高溫而蒸發(fā)。 特點 優(yōu)點：可蒸發(fā)高熔點材料，克服了電阻加熱可能存在的污染及反應，又比電子束蒸發(fā)便宜。 不足：適用于導電材料，蒸發(fā)速率難以控制，放電時飛濺的電極材料微粒會對膜層有影響。 （ 2）熱壁法 1）蒸發(fā)在石英管中進行，通常石英管溫度比基片高，使蒸發(fā)原子、分子通過石英管被導向基板，生成薄膜。 2）是個熱平衡過程，可制備外延薄膜，但可控性、重復性差。 7. 膜厚和淀積速率的測量與監(jiān)控 一 ） 膜厚的分類 （ 1）形狀膜厚 dT 薄膜表面是凸凹不平的，存在著一個平均表面，平均表面到襯底的距離，稱為形狀膜厚。 （ 2）質(zhì)量膜厚 dM 通過稱重等方法得到薄膜的質(zhì)量，除以塊材的密度得到的膜厚，由于薄膜中存在氣孔、空孔、吸附氣體，晶界等缺陷，密度小于塊材。因此 dM＜ dT 。 （ 3） 物性膜厚 dp 通過測量一種物理性質(zhì) （ 如透射率 ， 電阻率等 ） 在薄膜中的變化 ， 與塊材相比 ， 得出的膜厚 。 通常： dT≥dM≥dP 二）稱重法 （ 1）微量天平法 將微量天平置于真空室中，基片吊在天平橫梁的一端，稱 出隨膜的淀積而產(chǎn)生的天平傾斜，進而積分得到薄膜質(zhì)量，求得膜厚。 優(yōu)點：原位測量法靈敏度高，則測量質(zhì)量誤差可達177。 2ug， 若采用間接稱重法，由于薄膜會立刻吸附水氣，精度要差 1~2個數(shù)量級。 缺點：不能測量膜厚分布，只能得到平均膜厚，由于薄膜密度小于塊材，膜厚偏小。 特點 （ 2）石英晶體振蕩法 原理：利用石英晶體的振蕩頻率隨晶片厚度變化的關系 ， 在晶片上鍍膜 ， 測頻率的變化 ，就可求出質(zhì)量膜厚 。 數(shù)學關系 固有頻率： tvf2?v： 厚度方向上彈性波的速度， ?cv ?切變彈性系數(shù) tNf ??， N為頻率常數(shù)，只與晶體的切向有關 求導，得： dttNdf2??2mfd f d xN??? ? ? ?若在蒸鍍時石英晶體上接收的淀積厚度為 dx (質(zhì)量膜厚 ) ， 則相應的晶體厚度變化為 dxdt m??? 優(yōu)點：原位測量法，引入時間的微分電路，還可測薄膜的生長速度，靈敏度高， 20HZ左右，相應于石英的質(zhì)量膜厚為 12埃。 缺點： （ 1）只能得到平均膜厚；（ 2）當石英晶片與蒸發(fā)源位置改變時，需校準；（ 3）在濺射法中測膜厚，易受電磁干擾；（ 4）探頭溫度不能超過 80℃ 。 特點 三）電學方法 sRtaaSlR ?????? ??（ 1）電阻法（適用于金屬膜） sRt??RS； 方阻，與正方形尺寸無關（ Ω/口） a： 薄膜電阻體寬度 四探針測方阻，電阻率 誤差 ≥177。 5% 基片 薄膜 t a （ 2）電容法（適用于介質(zhì)膜） ACt? ??需制上、下電極，且不能進行實時監(jiān)測。 A t 電極 ? 薄膜 ? （ 3）電離式監(jiān)控計 原理類似于 BA型電離真空計：傳感規(guī)的離子電流大小與蒸汽的密度成正比 。 用一只傳感規(guī)測出蒸發(fā)物蒸氣與殘余氣體離子電離的大??；用另一只補償規(guī)測出殘余氣體的離子電流 ， 兩者相減 ， 可得蒸發(fā)速率 。 用于監(jiān)控沉積速率，僅適用于真空蒸發(fā) 四）光學方法 R： 反射率； α： 吸收系數(shù) 特點： （ 1） 只適用于連續(xù)的薄膜； （ 2） 可用于檢查膜厚的均勻性； （ 3） 并非所有材料的吸收都符合上式 )e x p ()1( 20 tRII ???（ 1）光吸收法 （ 2）光干涉法 單色光從薄膜上、下表面反射，當膜厚導致的光程差為 n倍 λ時，會發(fā)生干涉。 光程差為： nc(AB+BC) – AN 又，折射定律： ?? s ins in 39。 ?光程差＝ ?c o s2 hn c14)12(nmh???極值出現(xiàn)在： n1n2， 極大值 n1n2， 極小值 金屬膜吸收太強，不適用。 ① 透明薄膜厚度的測量 測試條件：單色光、垂直入射，反射光強度將隨膜厚而周期變化。 單色平行光照射到楔 形薄膜上，反射后， 會在固定的位置產(chǎn)生 干涉的最大和最小， 所以可觀察到明暗 相間的平等條紋。 不透明薄膜厚度的測量 －等厚干涉條紋法 若膜厚不均，干涉條紋也就不規(guī)則。若膜厚有臺階，干涉條紋出現(xiàn)臺階，顯然相鄰干涉條紋間相差 λ/2。 2????LLt反射鏡 2????LLt 用曲率半徑很小 （ um） 的藍寶石或金剛石觸針 ， 在薄膜表面上移動 ， 而記錄下表面的起伏 。 常用的信號記錄方法有： 1． 差動變壓器法 ， 觸針牽動鐵芯上下移動 ，由線圈輸出差動電信號 。 2． 阻抗放大法 觸針上下移動使電感器間隙 d發(fā)生相應變化，使得阻抗改變。 五、觸針法 應用時注意： 1） 不能用于軟質(zhì)膜 ， 否則觸針會穿透薄膜 ， 導致極大誤差 。 2） 基片不平整會產(chǎn)生 “ 噪聲 ” 誤差 。 3）被測薄膜與基片之間必須有 膜 基臺階 存在，才能進行測量。 3．壓電元件法 觸針上下移動時，作用在壓電晶體上的力隨著改變，從而使輸出電信號改變。 作業(yè) 1）蒸發(fā) Al薄膜的沉積速度為 1μm/min， 基板溫度為 25℃ ，測得薄膜中氧氣的含量為 103，求真空系統(tǒng)中 氧氣的分壓是多少？（所需各種參數(shù)請自己查） 2）采用微小平面蒸發(fā)源沉積薄膜，要求在直徑為 30 mm的基板上薄膜的厚度的差別小于 10％，求基板應 距離蒸發(fā)源多遠放置？ 3） 3源反應蒸發(fā)法沉積 YBa2Cu3O7薄膜，若 Y的蒸氣 壓為 104托，則為了獲得化學計量比的薄膜， O2的分 壓應該多少？（ O2的溫度是 300K, Y的溫度 1620K ， Y、 O的原子量分別為 、 ）