第5章-無機薄膜材料與制備技術---(參考版)
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【正文】 2022/8/27 82 ? The end! 。 2．稱重法 ? 又稱為微量天平法 ，就是采用微天平直接測量基片上的薄膜質(zhì)量，得到質(zhì)量膜厚。 ? 此法不僅可以被用來測量表面粗糙度，也可以用來測量薄膜臺階的高度。另外，在襯底不很規(guī)則的時候，準確測量薄膜面積也是不容易做到的。但是，這一方法的缺點在于它的精度依賴于薄膜的密度以及面積 A的測量精度。 ? 掠射 :光從光疏介質(zhì)向光密介質(zhì)傳播 ， 入射角接近于 90度時 不透明薄膜厚度的測量 ? 如果被研究的薄膜是不透明的 ， 而且在沉積薄膜時或在沉積之后能夠制備出待測薄膜的一個臺階 ， 那么即可用 等厚干涉條紋 或 等色干涉條紋 的方法方便地測出臺階的高度 。 具體來說 ， 在正入射和掠入射的情況下 ， 光在反射回光疏物質(zhì)中時光的相位移動相當于光程要移動半個波長 ， 光在反射回光密物質(zhì)中時其相位不變 。 ? 其中 ， N為任意正整數(shù) ， AB、 BC和 AN為光束經(jīng)過的線路長度 （ 它們分別乘以相應材料的折射率即為相應的光程 ） ， θ 為薄膜內(nèi)的折射角 ，它與入射角 θ ′ 之間滿足 折射定律 ? ? ?? NndANBCABn ???? c os2?? s i ns i n n??? 觀察到干涉極小的條件 是光程差等于 (N+1/2)λ。 ? 首先研究一層厚度為 d、折射率為 n的薄膜在波長為 λ 的單色光源照射下形成干涉的條件。 ? ? 此法適合于薄膜沉積過程的在線控制，薄膜厚度均勻性的檢測，以及聯(lián)系薄膜厚度的測量。 ? 這類方法所依據(jù)的原理一般是不同薄膜厚度造成的 光程差 引起的光的 干涉現(xiàn)象 。 ? 膜厚的測量方法可分為： 光學法、機械法和電學法等 。 一、 薄膜厚度的測量 ? 薄膜的厚度是一個重要的參數(shù)。目前，還沒有一種真空計能夠測量 1大氣壓至 1010Pa整個范圍的真空度。 2022/8/27 66 ? 任何具體的物理特性，都是在某一壓強范圍才最顯著。 （六） 真空測量 ? 測量原理均是利用測定在低氣壓下與壓強有關的某些物理量，再經(jīng)變換后確定容器的壓強。 （五）真空系統(tǒng) ? 真空系統(tǒng) 一般包括待抽空的容器（真空室）、獲得真空的設備（真空泵）、測量真空的器具（真空計）以及必要的管道、閥門和其他附屬設備。 ? 目前常用的設備有：旋轉(zhuǎn)式機械真空泵、油擴散泵、復合分子泵、分子篩吸附泵、鈦升華泵、濺射離子泵和低溫泵等。不易脫附，可發(fā)生在高溫下。 ? 物理吸附 ：主要靠分子間的相互吸引力，易脫附，只在低溫下有效。 （三）氣體的吸附與脫附 ? 氣體吸附 ：是指固體表面捕獲氣體分子的現(xiàn)象。托（ Torr）這一單位在最初獲得真空時就被采用，是真空技術中的獨制單位。 （一）真空度的劃分 ? 為了研究真空和實際應用方便 ， 常把真空劃分為： ? 低真空 （ 1 105~1 102Pa） ? 中真空 （ 1 102~1 101Pa） ? 高真空 （ 1 101~1 106Pa） ? 超高真空 （ 1 106Pa） 四個等級 。 ? 目前，基片清洗方法有： 用化學溶劑溶解污物的方法、超聲波清洗法、離子轟擊清洗法、等離子體清洗法和烘烤清洗法等。 ? 基片的清洗方法主要根據(jù)薄膜生長方法和薄膜使用目的選定，因為基片表面狀態(tài)嚴重影響基片上生長出的薄膜結(jié)構和薄膜物理性質(zhì)?；砻娴娜魏我稽c污物都會影響薄膜材料的性能和生長情況。 一、基體的選擇與基片的清洗方法 （ 一 ） 基體的選擇 ? 在薄膜制備過程中，基體的選擇與其他制備條件同樣重要，有時可能更重要，基體選擇的原則是： （ 1） 是否容易成核和生長成薄膜； （ 2） 根據(jù)不同的應用目的 ， 選擇金屬 （ 或合金 ） 、 玻璃 、 陶瓷單晶和塑料等 作基體； （ 3） 薄膜結(jié)構與基體材料結(jié)構要對應； 2022/8/27 56 （ 4） 要使薄膜和基體材料的性能相匹配 ， 從而減少熱應力 ， 不使薄膜脫落； （ 5） 要考慮市場供應情況 、 價格 、 形狀 、 尺寸 、 表面粗糙度和加工難易程度等 。 ? 薄膜制備條件的選擇 。 薄膜制備技術 ? 薄膜制備工藝包括： ? 薄膜制備方法的選擇 。 晶粒間界 因為薄膜中含有許多小晶粒 ， 因而薄膜的晶界面積比塊狀材料大 ， 晶界增多是薄膜材料電阻率比塊狀材料電阻率大的原因之一 。 位錯 薄膜中有大量的位錯 ， 位錯密度通常可達 。 ? 在薄膜的生長過程中還存在有大量的晶格缺陷態(tài)和局部的內(nèi)應力 。 薄膜的缺陷 ? 由于薄膜制備方法多種多樣 ， 而不同制膜方法所獲得的薄膜結(jié)構也隨之不同 。 ? 由于薄膜的表面結(jié)構和構成薄膜整體的微型體密切相關，在基體溫度和真空度較低時，容易出現(xiàn)多孔結(jié)構 。 ? 但薄膜中晶粒的晶格常數(shù) ,常常和塊狀晶體不同，產(chǎn)生的原因：一是薄膜與基體晶格常數(shù)不匹配；二是薄膜中有較大的內(nèi)應力和表面張力。 4）單晶結(jié)構 ? 單晶薄膜 通常是利用外延工藝制造的 ， 外延生長有三個基本條件： ? 吸附原子必須有較高的表面擴散速率 ， 這就應當選擇合適的外延生長溫度和沉積速率； ? 基體與薄膜的結(jié)晶相容性 ， 假設基體的晶格常數(shù)為 a， 薄膜的晶格常數(shù)為 b， 晶格失配數(shù) m=(ba)/a, m值越小 ， 外延生長就越容易實現(xiàn) ， 但一些實驗發(fā)現(xiàn)在 m相當大時也可實現(xiàn)外延生長； ? 要求基體表面清潔 、 光滑 、 化學穩(wěn)定性好 。
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