【正文】 。 工作原理 ：將欲沉積薄膜的工件浸沒在均勻的低壓等離子體中 ， 并且在工件上 施加頻率為數(shù)百赫茲 、 數(shù)千伏的高壓負(fù)脈沖 。 離子鍍可以有很多種形式 ， 二級直流放電離子鍍 的示意圖如左圖所示 。 離子鍍將 輝光放電 、 等離子體技術(shù) 與 真空蒸發(fā)技術(shù) 結(jié)合在一起 ， 顯著提高了沉積薄膜的性能 ， 并拓寬了鍍膜技術(shù)的應(yīng)用范圍 。 上述獨(dú)特的優(yōu)勢已使 MBE成為薄膜晶體生成中 最重要的技術(shù) 之一 。 MBE的特點(diǎn)是生長速率很慢 ， 一般為 μm/h， 因此可以非常精確地控制外延層的厚度 。 MBE的基本過程 是在超高真空條件下 (108~1010 Pa)， 不同強(qiáng)度和不同化學(xué)成分的多個熱分子束射到一個被加熱到一定溫度的單晶基板上 ， 通過這些熱能分子和基板表面的相互作用而生成單晶膜 。 若基板與薄膜采用同種物質(zhì) ， 叫 同質(zhì)外延 ， 例如在 n型硅單晶的 (111)面上生長 p型硅單晶薄膜 。 缺點(diǎn) ：裝置過于復(fù)雜 ， 薄膜的沉積速率較低 ， 設(shè)備運(yùn)行成本較高 。 C－ 7. 離子束濺射系統(tǒng)： 離子束濺射方法將離子的產(chǎn)生與靶材的濺射過程分開 ， 離子產(chǎn)生區(qū)域的真空度保持在 101 Pa的數(shù)量級 ， 而濺射區(qū)域的真空度可維持在低于 103 Pa的范圍 。 C－ 6. 磁控濺射系統(tǒng)： 一般磁控濺射靶的磁場分布形式如左圖所示 。國際上通常采用的射頻頻率多為 MHz。 這種電位極性的不斷變化導(dǎo)致陰極濺射交替式地在兩個電極上發(fā)生 。 直流濺射系統(tǒng)的缺點(diǎn)： C－ 5. 射頻濺射系統(tǒng)： 射頻濺射是適用于各種 金屬 、 非金屬 材料的一種濺射沉積方法 。 1. 不能獨(dú)立地控制各個工藝參量 ， 包括陰極電壓 、 電流以及濺射氣壓； 2. 另外 ， 其 工作氣壓較高 ， 濺射速率較低 ； 3. 兩電極必須具有 較好的導(dǎo)電性 。 C－ 4. 直流濺射系統(tǒng)： 直流濺射 又稱為 陰極濺射 或 二極濺射 。 在濺射過程中 ， 入射離子的能量轉(zhuǎn)移到逸出的濺射原子的大約只有原來的 1％ ， 大部分能量通過級聯(lián)碰撞而消耗在靶材內(nèi)部中 ， 并轉(zhuǎn)化為晶格的熱振動 。 濺射是一個復(fù)雜的物理過程，主要涉及兩種機(jī)理： (2) 動量轉(zhuǎn)移理論 對濺射特性的深入研究表明 ， 濺射是以動量傳遞的方式將材料激發(fā)為氣態(tài) 。 等離子體中電子的平均動能較高 ， 而離子和中性原子的能量只有電子能量的 1％ ～ 2％ C－ 3. 濺射機(jī)理： (1) 熱蒸發(fā)理論 早期研究認(rèn)為：濺射現(xiàn)象是電離氣體的荷能正離子正在電場作用下加速轟擊靶材料表面，將能量傳遞給碰撞處的原子，導(dǎo)致小區(qū)域內(nèi)瞬間高溫使靶材熔化蒸發(fā)。 1 Pa左右壓力條件下的輝光放電等離子體中 ， 電子 、 離子與中性粒子的總密度應(yīng)該等于 3 1014個 /cm3左右 。 不同的粒子具有極為不同的平均速度 。 C－ 2. 入射離子的產(chǎn)生： 輝光放電 ：在真空度約為 10～ 1 Pa的稀薄氣體中 ， 兩個電極之間加上電壓時產(chǎn)生的一種氣體放電現(xiàn)象 。 在濺射過程中大約 95％ 的離子能量作為熱量而被損耗 ， 僅僅只有 5％ 的能量傳遞給二次發(fā)射的粒子 。 C－ 1. 濺射概念： 因?yàn)橹苯訉?shí)現(xiàn)濺射的機(jī)構(gòu)是離子 ， 所以這種鍍膜技術(shù)又稱為 離子濺射鍍膜 。 射出的粒子大多呈原子狀態(tài) ， 常稱為 濺射原子 。 the morphology of a C60 molecular (), with 60 vertices and 32 faces, 12 of which are pentagonal and 20 hexagonal. Timeofflight mass spectra of carbon clusters. The effective helium density over the graphite target was (c) less than 10 torr。 . Smalley — “C60: Buckminsterfullerene”。 激光蒸發(fā)方法的 缺點(diǎn) ： ?激光設(shè)備昂貴； ?蒸發(fā)材料溫度過高 ， 蒸發(fā)粒子容易離子化； ?成本過高 ， 目前在工業(yè)中無法得到廣泛應(yīng)用 。 正對不同波長的激光束 ， 需要選用具有不同光譜透過特性的窗口和透鏡材料 。 由于在蒸發(fā)過程中 ， 高能激光光子可在瞬間將能量直接傳遞給被蒸發(fā)物質(zhì)的原子 ， 因而激光蒸發(fā)法產(chǎn)生的離子能量一般顯著高于普通的蒸發(fā)方法 。 顯然 ， 這種方法也具有加熱溫度高 ， 可避免坩堝污染 ， 材料的蒸發(fā)速率高 ， 蒸發(fā)過程容易控制等特點(diǎn) 。 高分辨透射電子顯微鏡圖片顯示：每一個碳管由共軸的幾個石墨片層卷曲成的管組成 ， 石墨片層的數(shù)目范圍為 2～ 50個 ， 這些碳管的直徑為幾個到幾十個納米 。 Sumio Iijima — “Helical microtubules of graphitic carbon”。 電弧加熱方法既可以采用直流加熱法 ， 又可以采用交流加熱法 。 在薄膜沉積時 ， 依靠調(diào)節(jié)真空室內(nèi)電極間距的方法來點(diǎn)燃電弧 ， 而瞬間的高溫電弧將使電極端部產(chǎn)生蒸發(fā)從而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的沉積 。 同時 ，此種方法使用的設(shè)備比電子束加熱裝置簡單 ， 因而是一種較為廉價的蒸發(fā)裝置 。 (4)加速電壓過高時產(chǎn)生的軟 X射線對人體有傷害 。 (2)多數(shù)化合物被電子轟擊時會分解 。 (3)熱量可以直接加到蒸發(fā)材料表面 ， 因而熱效率高 ， 熱傳導(dǎo)和熱輻射的損失小 。 因此可以蒸發(fā)高熔點(diǎn)金屬 (如 W、Mo、 SiO Al2O3等 )， 并且具有較大的蒸發(fā)速度 。 若電子束的能量 W=neU=Iut 則由其產(chǎn)生的熱量為 Q = 在一個不太小的面積上達(dá)到 104～ 109 W/cm2的功率密度 ， 因此可以使高熔點(diǎn) (可高達(dá) 3000 C以上 )材料蒸發(fā) 。 加速電壓很高時 (如10 KV)， 電子束產(chǎn)生的熱能足以使蒸發(fā)材料氣化蒸發(fā) ， 從而成為真空蒸發(fā)技術(shù)中的一種良好熱源 。 將待蒸發(fā)材料放入水冷銅坩堝中 ， 直接利用電子束加熱 ， 使蒸發(fā)材料氣化蒸發(fā)后凝結(jié)在基板表面成膜 。 電子束蒸發(fā)裝置正好克服了電阻加熱法的上述兩個不足 ，因而它已經(jīng)成為蒸發(fā)法中高速沉積高純物質(zhì)薄膜的一種主要的加熱方式 。 e. 原料豐富，經(jīng)濟(jì)耐用。 c. 化學(xué)性能穩(wěn)定，在高溫下不應(yīng)與蒸發(fā)材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 如圖所示 : 蒸發(fā)源材料需滿足如下要求： a. 熔點(diǎn)要高。 與濺射法相比 ， 蒸發(fā)法的顯著特點(diǎn)之一是具有較高的背底真空度 (一般情況下 103 Pa)。 上述過程必須在 空氣稀薄的真空環(huán)境中 進(jìn)行 ， 否則蒸發(fā)粒子將與空氣分子碰撞 ， 使膜污染甚至形成氧化物 ， 或者蒸發(fā)源氧化燒毀等 。 真空蒸發(fā)鍍膜包含以下三個基本過程 ： (2) 汽化原了或分子在蒸發(fā)源與基片之間的輸運(yùn) ， 此過程中汽化原子或分子與殘余氣體分子發(fā)生碰撞的次數(shù)決定了蒸發(fā)原子或分子的平均白由程以及源－基距離 。 1 atm= 105 Pa 真空度量單位 : 粗真空 ： 105 ～ 102 Pa 低真空 ： 102 ～ 101 Pa 高真空 ： 101 ～ 106 Pa 超高真空 ： 106 Pa 真空區(qū)域劃分 : B. 真空熱