jc備課4pvd薄膜材料與薄膜技術(shù)-4th-展示頁(yè)
2025-05-10 18:31本頁(yè)面
【正文】 ?防止蒸發(fā)物分子的相互碰撞，降低到達(dá)基片幾率 ?防止空氣分子作為雜質(zhì)混入薄膜中 （ 1）沉積過程步驟： ? 蒸發(fā)材料由凝聚相轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀啵? ? 在蒸發(fā)源與基片之間蒸發(fā)粒子的遷移和輸運(yùn) 。 （ 2） PVD方法： （ 3） PVD應(yīng)用： ?真空蒸發(fā) ?脈沖激光沉積 ?濺射 ?離子鍍 ?外延膜生長(zhǎng)技術(shù) （ 4） PVD具有特點(diǎn)（與 CVD相比）： ? 使用固態(tài)的或者熔融態(tài)的物質(zhì)作為沉積過程的源物質(zhì)； ? 源物質(zhì)經(jīng)過物理過程而進(jìn)入氣相； ? 需要相對(duì)較低的氣體壓力（較高的真空）環(huán)境； ? 氣相分子的運(yùn)動(dòng)路徑近似一條直線。薄膜材料與技術(shù) 鄒友生 15996294651 鄭偉濤等編著， 《 薄膜材料與薄膜技術(shù) 》 ，化學(xué)工業(yè)出版社， 2022 材料科學(xué)與工程系 第四章 薄膜制備的物理 氣相沉積方法 ?物理氣相沉積基本過程 ?真空蒸發(fā)鍍膜 ?脈沖激光沉積 ?濺射鍍膜 ?離子鍍和離子束沉積 ?外延生長(zhǎng) PVD技術(shù)是指在真空條件下，用物理的方法將材料汽化成原子、分子或電離成離子，并通過氣相過程在襯底上沉積一層具有特殊性能的薄膜技術(shù)。 （ 1） PVD沉積基本過程： ? 從原材料中發(fā)射粒子 （通過蒸發(fā)、升華、濺射和分解等過程）； ? 粒子輸運(yùn)到基片 （粒子間發(fā)生碰撞，產(chǎn)生離化、復(fù)合、反應(yīng)，能量的交換和運(yùn)動(dòng)方向的變化）； ? 粒子在基片上凝結(jié)、成核、長(zhǎng)大和成膜 0 引言： 用于機(jī)械 、 航空航天 、 電子 、 光學(xué) 、 醫(yī)學(xué)等工業(yè)領(lǐng)域制備耐磨 、 耐熱 、 抗蝕 、 絕緣 、 導(dǎo)電 、 光學(xué) 、 磁性 、 壓電 、 鐵電和超導(dǎo)薄膜 。 真空蒸發(fā)鍍膜 在真空條件下，通過提供熱量使成膜材料獲得所必需的蒸汽壓并蒸發(fā)汽化成原子或分子，沉積到基片上形成薄膜。 ? 蒸發(fā)粒子到達(dá)基片后凝結(jié)、成核、長(zhǎng)大和成膜。 加熱的能量分為 2部分 ， 一部分是逸出原子帶走的能量 ， 另一部分是克服液體或固體原子間引力的能量 。 ln BpAT??T p 不同蒸汽壓下，蒸發(fā)溫度不同；若蒸發(fā)溫度高于熔點(diǎn)，蒸發(fā)狀態(tài)是熔融的，否則為升華的。 物質(zhì)的分子和原子不斷地蒸發(fā)離開液體或固體表面 ， 同時(shí)蒸汽分子或原子又不斷地返回固體或液體表面 。 2 1 / 2 25 . 8 3 1 0 ( ) , /( )t o r rMG P g c m sT???蒸發(fā)速度與溫度關(guān)系： ln BpA T??2 1 / 25 . 8 3 1 0 ( )t o r rMGPT???微分后得： 1()2dG B dTG T T??對(duì)金屬， ，即： ( 2 0 3 0 )d G d TGT??高于熔點(diǎn)以上蒸發(fā)時(shí)，蒸發(fā)源溫度的微小變化即導(dǎo)致蒸發(fā)速率很大變化。 3） 蒸發(fā)粒子的速度和能量： 蒸發(fā)材料蒸氣粒子的速率按麥克斯韋速率分布： 23 / 2 2( ) 4 ( ) e xp( )22m m vf v vk T k T? ???最可幾速率為： 22pk T R Tvm ???最可幾速率決定的蒸氣分子動(dòng)能為： 212ppE m v k T??均方根速率為： 2 33k T R Tvm ???蒸氣分子平均動(dòng)能為： 21322pE mv k T??大多數(shù)蒸發(fā)的薄膜材料蒸發(fā)溫度在 10002500℃ ，則 ： ?粒子平均速度約 103 m/s； ?平均動(dòng)能為 （ 1020~ 1020J），占汽化熱的很小一部分，大部分汽化熱用來克服固體或液體中原子間的吸引力。 沒有發(fā)生碰撞的分子數(shù) N： 通常選擇氣體 分子平均自由程比蒸發(fā)源到基片間距離（ 1050厘米 ） 大 10倍以上 的真空度 （ 102104Pa） 條件下鍍膜 ， 降低粒子的能量和方向改變的程度 。 吸附： 物理吸附和化學(xué)吸附。 （ 2）影響薄膜生長(zhǎng)和性能的因素： 基片溫度： 基片溫度高則再蒸發(fā)；低則影響薄膜組織結(jié)構(gòu) 和晶粒大小 。 蒸發(fā)速率： 較高的沉積速率提高薄膜純度 。 （ 3）薄膜沉積的厚度均勻性和純度： 被蒸發(fā)的原子運(yùn)動(dòng)具有明顯的方向性，在各方向的蒸發(fā)速率通常不同。 點(diǎn)蒸發(fā)源： 能夠從各個(gè)方向蒸發(fā)等量的微小球狀蒸發(fā)源。 2201[ 1 ( / ) ]tth ???基板平面內(nèi)薄膜厚度分布： （ 4）真空蒸發(fā)鍍膜特點(diǎn)： ?設(shè)備結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單； ?薄膜形成機(jī)理簡(jiǎn)單； ?適用于多種物質(zhì)制備薄膜； ?較高的沉積速度和薄膜純度； ?薄膜結(jié)合強(qiáng)度較低； ?難以制備高熔點(diǎn)、低蒸汽壓物質(zhì)的薄膜。 ? 真空系統(tǒng)： 由各類真空泵、管道和閥門組成。 ? 控制和測(cè)量設(shè)備： 控制各種電器、水冷、真空度、溫度和氣體流量等。 ? 抽真空： 通過各種真空泵的組合，抽到所需要的本底真空。蒸發(fā)材料升溫到蒸發(fā)溫度時(shí)，真空度不再下降。 ? 取件： 關(guān)閉蒸發(fā)電源和真空抽氣設(shè)備，然后取出薄膜。 ① 電阻加熱蒸發(fā) 將待蒸發(fā)材料放置在電阻加熱裝置 （ 高熔點(diǎn)金屬或難熔導(dǎo)電材料制成 ） 中 ， 通過電阻加熱 （ 電流的焦耳熱 ） 給待沉積材料提供蒸發(fā)熱使其汽化 。 ?飽和蒸汽壓低： 防止和減少在高溫蒸發(fā)下蒸發(fā)源材料的自身蒸發(fā)而作為雜質(zhì)進(jìn)入薄膜中。 ?具有良好的耐熱性，功率密度變化較小。 可采用絲狀、箔裝、舟狀和其他特殊形狀。 ? 可制備單質(zhì)、氧化物、介電和半導(dǎo)體化合物薄膜。 ? 采用石英、玻璃、氧化鋁、石墨和氧化鋯等坩堝用于非直接加熱。 電子束蒸發(fā)系統(tǒng)的核心部件： 電子束槍（熱陰極和等離子體電子） ?在熱陰極類型電子束槍中，電子由加熱的難熔金屬絲發(fā)射出來； ?在等離子體電子束槍中，電子束從局域于某一空間區(qū)域的等離子體中提取出來。
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