【正文】 原子的捕獲而達到飽和密度，隨后就變成了宏觀的（ TEM可以觀測的）島。 所以 ,當原子團半經(jīng)小于 r*時 ,原子團是不穩(wěn)定的 ,可能長大 ,也可能縮小 。 Qd:表面擴散激活能 。kT時 , τ s 很大 ,τ e 很小 ,吸附原子可以迅速達到熱平衡 , 做表面熱平衡擴散運動即跳躍擴散 。 k:玻爾茲曼常數(shù) 。 氣相原子與基片表面發(fā)生碰撞而留在表面的幾率稱為 “ 凝聚 ” 或“ 粘滯 ” 系數(shù) ,是發(fā)生碰撞的氣相原子總數(shù)與碰撞后留在表面的原子數(shù)之比。 集 。 。 。 MOCVD的特點： ； ，生長溫度范圍較寬； ，膜的均勻性和膜的電學 性質(zhì)重復性好； ，因此，在延膜生長 方向上，可實現(xiàn)摻雜濃度的明顯變化； 。 分子束外延的特點是： ，因此雜質(zhì)氣體不易進入薄膜，薄 膜的純度高； ； ； ，從而可以嚴格控制薄膜的生 長及結(jié)構(gòu)。熱壁外延 (HWE)。 共離子轟擊沉積 (I) 共離子轟擊沉積 (II) 共離子轟擊沉積 (III) 離子束沉積 (I) 離子束沉積實例 離子束沉積 (II) 外延生長 外延是指生長層與基片在結(jié)構(gòu)上有著嚴格的晶體學關系 ,外延生長就是在基片上取向或單晶生長確定的薄膜材料 . 同質(zhì)外延 :在相同的基片上外延 . 異質(zhì)外延 :在不同的基片上外延 . 主要的外延生長技術 :分子束外延 (MBE)。 Morley和 Smith首次利用熱空陰極制備了 Cu和石英涂層。 陰極電弧等離子體沉積 (I) 陰極電弧等離子體沉積 (II) 陰極電弧等離子體沉積 (III) 熱空陰極槍蒸發(fā) 熱空陰極槍蒸發(fā)是產(chǎn)生電弧的設備，通過收集電子形成電子束而作為加熱源。優(yōu)點是： 兼有真空蒸發(fā)鍍膜和濺射的優(yōu)點； 所鍍薄膜與基片結(jié)合好； 到達基片的沉積粒子繞射性好； 可用于鍍膜的材料廣泛； 沉積率高； 鍍膜前對鍍件清洗工序簡單且對環(huán)境無污染。 反應濺射的回線圖 反應濺射制備薄膜實例 反應濺射 (I) 反應濺射 (II) 反應濺射 (III) 離子 (束 )輔助沉積 離子 (束 )輔助沉積 :離子 (束 )參與蒸發(fā)或濺射粒子的輸運和沉積過程的物理氣相沉積 . 離子 (束 )輔助沉積主要優(yōu)點是： 薄膜與基片結(jié)合好； . 離子與基片表面的相互作用 和濺射 .可以用于基片清洗 . ,提 高薄膜與基片的結(jié)合力 . ,提高生長 面的均勻性 . 蒸發(fā)離子鍍 離子鍍是在真空條件下，利用氣體放電使氣體或 被蒸發(fā)物部分離化，產(chǎn)生離子轟擊效應，最終將 蒸發(fā)物或反應物沉積在基片上。 在典型的反應濺射系統(tǒng)中，反應氣體與靶發(fā)生反應，在靶表面形成化合物，這一 現(xiàn)象稱為靶中毒，當靶中毒發(fā)生時，由于濺射化合物的速率僅僅是金屬靶濺射率 的 10％～ 20%,濺射率急劇下降。 離子束濺射 (V) 交流濺射 Takeuchi等人應用左圖所示的裝置制備了 BiSrCaCuO超導膜。 離子束濺射 (IV) Krishnaswamy等人報道了在單晶 CdTe基片上，離子束濺射外延生長了 CdTe和HgCdTe膜。 離子束濺射 (III) Gulina使用 Ar離子束通過濺射 壓制粉末 ZnTe做成的靶制備 了 ZnTe膜。 離子束濺射 (II) Jansen等人用上面的裝置制備了高純度 的碳膜，也研究了加氫對非晶碳性質(zhì)的 影響。 磁控濺射制備薄膜實例 離子束濺射 在離子束濺射沉積中，在離子源 中產(chǎn)生的離子束通過引出電壓被 引入到真空室，爾后直接達到靶 上并將靶材原子濺射出來，最終 沉積在附近的基片上。 Cuomo和 Rossuagel等人用以上裝置制備了 Ta/Au 膜。 Chang等人用以上系統(tǒng)可以獲得高沉積率濺射 Ni。 直流二級濺射制備薄膜實例 三級濺射 射頻濺射制備薄膜實例 磁控濺射實例 磁控濺射陰極特征 Serikawa和 Okamoto設 計了左圖中所示的裝置， 并用其制備了硅膜。 輝光放電直流濺射 盤狀的待鍍靶材連接到電源的陰極， 與靶相對的基片則連接到電源的陽極。 ，擔當入 射離子能量達到某一較高值時，平均逸出能量趨于恒定。 ，而原子序數(shù)小的濺射 原子濺射逸出的速度較高。 ? 濺射率：有稱濺射產(chǎn)額或濺射系數(shù) ,表示入射正離子轟擊靶陰極 時 ,平均每個正離子能從靶陰極中打出的原子數(shù)。 濺射存在的缺點是：沉積速率低，基片會受到等離子體的輻 照等作用而產(chǎn)生溫升。 （ d)濺射出來的粒子的平均速率 比熱蒸發(fā)粒子的平均速率高 的多。 濺射 在某一溫度下 ,如果固體或液體受到適當?shù)母吣茈x子的轟擊 ,那么固體或液體中的原子通過碰撞有可能獲得足夠的能量從表面逃逸 ,這一將原子從表面發(fā)射的方式叫濺射 . 濺射是指具有足夠高能量的粒子轟擊固體表面使其中的原子發(fā)射出來。 等離子體的輸運可由簡單模型來描述，遠離陰極的離子電流密度可寫成： Ji=FIG(θ,Φ)/2πr2 沉積率可寫為： Vd=JiCsmi/eZρ 基片的熱通量可為： S=Jiuh 電弧沉積設備 射頻加熱 通過射頻加熱的方式使源材料蒸發(fā) . 特點 :通過射頻線圈的適當安置 ,可以使待鍍材料蒸發(fā)，從而消除由支撐坩鍋引起的污染 .蒸發(fā)物也可以放在支撐坩鍋內(nèi)，四周用濺射線圈環(huán)繞。 Russo 等人用以上裝置制備了金屬 過渡層和 YBCO薄膜 。 Scheibe等人應用以上裝置蒸發(fā) 沉積金和碳薄膜 。 以上裝置用于制備 Cd3As2薄膜 。 Cheung利用脈沖激光技術在 GaAs 和玻璃基片上制備了 SnO2薄膜。 應用右圖所示裝置， Fujimor等人應用連續(xù)波長 CO2激光器作為加熱源制備了碳膜。 電子束蒸發(fā) 激光蒸發(fā) 在激光蒸發(fā)方法中，激光作為熱源使待 蒸鍍材料蒸發(fā)。當電子束打到待 蒸發(fā)材料表面時，電子會迅速損失 掉自己的能量，將能量傳遞給待蒸 發(fā)材料使其熔化并蒸發(fā)。其缺陷是待蒸發(fā)粉末的 預排氣較困難；可能會釋放大量的氣體， 膨脹的氣體可能會發(fā)生 “ 飛濺 ” 現(xiàn)象。 閃爍蒸發(fā)法 在制備容易部分分餾的多組員合金或 化合物薄膜時，應用閃爍蒸發(fā)法可以克 薄膜化學組分偏離蒸發(fā)物原有組分的困 難。電阻加熱 蒸發(fā)法是實驗室和工業(yè)生產(chǎn)制備單質(zhì)、氧化 物、介電質(zhì)、半導體化合物薄膜的最常用方 法。真空蒸發(fā)沉積技過程由三個步驟組成： 蒸發(fā)源材料由凝聚相轉(zhuǎn)變成氣相； 在蒸發(fā)源與基片之間蒸發(fā)粒子的輸運； 蒸發(fā)粒子到達基片后凝結(jié)、成核、長大、成膜。Z型 基片抽出 . LB技術 物理氣相沉積 : 通過物理的方法使源材料發(fā)射氣相粒子然后沉積在基片表面的一種薄膜制備技術 . 三個基本過程 發(fā)射粒子的輸運過程 源材料粒子的發(fā)射過程 粒子在基片表面沉積過程 薄膜制備的物理方法 物理氣相沉積方法 ? 真空蒸發(fā) ? 濺射 ? 離子束和離子輔助 ? 外延生長技術 根據(jù)源材料粒子發(fā)射的方式不同 ,物理氣相沉積可以分為以下幾類 : 真空蒸發(fā)沉積 真空蒸發(fā)沉積薄膜具有簡單便利、操作容易、成膜速度快、效率高等特點，是薄膜制備中最為廣泛使用的技術，缺點是形成的薄膜與基片結(jié)合較差，工藝重復性不好。 三種 LB膜 :X型 基片下沉 。 主要用于金屬氧化物涂層的制備 . LB技術 LangmuirBlodgett (LB)技術 :利用分子活性在氣液界面上形成凝結(jié)膜，將該膜逐次疊積在基片上形成分子層的方法。 利用化學鍍方法制備的產(chǎn)物有：金屬膜 （ 如 Ni、 Co、 Pd、Au)；氧化物膜 （ 如 PbO2TlO In2O SnO Sb摻雜的 SnO2膜 、 透明導電硬脂酸鈣 、 氧化鋅和 Al摻雜的氧化鋅膜 ） ；其他材料 （ 如 CdS、 NiP、 Co/Ni/P、 Co/P、 ZnO、 Ni/W/P、C/Ni/Mn/P、 Cu/Sn、 Cu/In、 Ni、 Cu、 Sn膜等 ） 。在70多種金屬中只有 33種金屬可以用電鍍法來制備 ,最常用的金屬有 14種 : Al, As, Au, Cd, Co, Cu, Cr, Fe, Ni, Pb, Pt, Rh, Sn, Zn. 優(yōu)點 :生長速度快 ,基片形狀可以是任意的 . 缺點 :生長過程難以控制 . 電鍍 化學鍍 化學鍍 :不加任何電場，直接通過化學反應而實現(xiàn)薄膜沉積的方法。 電鍍 電鍍 :通過電流在導電液中的流動而產(chǎn)生化學反應 ,最終在陰極上沉積某一物質(zhì)的過程。 制備 aSiC:H的電場增強的 PECVD 頻率為 耦合到感應器上。放電功 率通過改變直流電流（ 25～ 15mA)來 改變。 中空陰極沉積 aSi:H薄膜 未稀釋的 SiH4氣體以一定 的流量通入真空室，真空室總 氣壓保持在 67Pa。 電子回旋共振等離子體系統(tǒng) 等離子體室接受頻率為 微波，微波由微波源通過波導和石英窗 導入，電子回旋共振在 875G磁場下發(fā) 生，從而獲得高度激活的等離子體?；? 在沉積室中，并由基片 加熱器加熱到 600℃ 。 遠等離子體增強化學氣相沉積參數(shù) 感應加熱等離子體助化學氣相沉積 SiN膜 實驗條件： 感應加熱等離子體在 感應耦合石英管中產(chǎn)生， N2 引入這個石英管中，氣壓保 持在 133Pa, 所施加的射頻功 率為 3～ 4K。 應用等離子體化學氣相沉積，可以制備多種薄膜材料：金屬、介電和絕緣體，化合物半導體 ,非晶態(tài)和其他的合金相。 利用光化學氣相沉積制備的薄膜 等離子體化學氣相沉積 通過射頻場 ,直流場或微波場使得反應氣體呈等離子體態(tài) ,其中的電子運動 (120eV)導致氣體分子的電離分解 ,形成自由原子 ,分子 ,離子團簇 ,沉積在基片表面。 激光輔助制備 aSiOX膜的光致化學沉積 實驗條件 Si2H6和 N2O的混合氣體通過多孔盤 噴射到幾片表面，基片溫度保持在 300℃ ， 當 N2O/ Si2H6流量比大于 200時可以得到產(chǎn)物。 汞敏化過程 : Hg* + SiH4 (氣 ) Hg + Si (固 ) + 2H2 (氣