蒸發(fā)法薄膜制備ppt課件(已改無錯(cuò)字)
2023-02-15 09:29:44 本頁面
【正文】 (1)PLA法可以生長和靶材成份一致的多元化合物薄膜，甚至是含有易揮發(fā)元素的多元化合物薄膜。 其原因有三： 第一， 由于采用閃爍蒸發(fā)，脈沖作用時(shí)間短，重復(fù)頻率低，表面熔蝕區(qū)只有 1～ 10?m， 而靶的其他部分（包括夾具、墊板等）處于絕熱狀態(tài)，不受激光加熱的影響，保證了蒸發(fā)原子與靶材的一致性。 第二， 由于等離子體的瞬間爆炸式發(fā)射，以及等離子體沿軸向空間的約束效應(yīng)，防止了在輸運(yùn)過程中可能出現(xiàn)的成份偏析。 第三， 成膜的的原子、分子和離子具有極快的運(yùn)動(dòng)速度，增強(qiáng)了原子間的結(jié)合力，消除了由于不同種類原子與襯底之間粘接系數(shù)不同所引起的成份偏離。 (2)準(zhǔn)分子激光波長短 ， 其輻射頻率位于紫外波段 ， 易于被金屬 、 氧化物 、 陶瓷 、 玻璃 、 高分子材料和塑料等多種材料吸收 。 用其加熱可以達(dá)到極高的溫度 ， 可蒸發(fā)任何高熔點(diǎn)材料 ， 并且可以獲得很高的沉積速率 ( 10～50nm/min)。 ⑶ 蒸發(fā)粒子與等離子混合體能量高 ， 入射原子在襯底表面的擴(kuò)散劇烈 。 并且由于脈沖頻率低 ， 使得 成膜原子的擴(kuò)散時(shí)間 也 足夠長 。 因此 薄膜的附著力好 ， 易于在低溫下實(shí)現(xiàn)外延生長 ， 特別適合于制作高溫超導(dǎo) 、 鐵電 、 壓電 、電光等功能薄膜 。 ⑷ 由于等離子混合體具有極高的前向速度 ，真空室中殘留氣體的散射作用相對(duì)減弱 ， 因此PLA往往不要求在高真空下進(jìn)行 （ 例如 ， 制備YBa2Cu3O7?高溫超導(dǎo)薄膜的本底真空通常為10Pa） ， 簡化了設(shè)備 ， 縮短了生產(chǎn)周期 。 PLA的缺點(diǎn)： (1)薄膜表面存在微米 亞微米尺度的顆粒物； (2)制備的薄膜面積較??； (3)某些靶膜成分不一致 。 實(shí)際蒸發(fā)源的特點(diǎn)： 點(diǎn)源：電子束，激光蒸發(fā) 小平面：蒸發(fā)舟，陶瓷坩堝（浸潤） 6. 合金及化合物的蒸發(fā) ? 一）合金的蒸發(fā) ● 關(guān)鍵點(diǎn)：如何控制成分 )/(0 5 239。 scmgTMPG AAA ??)/(0 5 239。 scmgTMPG BBB ??其中： GA、 GB為蒸發(fā)速率； 為飽和蒸氣壓 39。AP 39。BP A、 B兩組份蒸發(fā)速率之比為： BABABAMMPPGG39。39。?但 不知，假設(shè)合金中各成分的飽和蒸氣壓 服從拉烏爾定律 39。AP 39。BP nA、 nB： 合金中 A、 B組分的摩爾數(shù) BAAAA nnnPP???39。BABBB nnnPP???39。PA， PB為各組分單質(zhì)的飽和蒸氣壓 ? 所以 ? 式中 WA、 WB為重量比 上式說明當(dāng)合金成分一定時(shí)，各組元的蒸發(fā)速率與 成正比。 ABBABABABABABAMMWWPPMMnnPPGG????MP /例： 1527℃ 時(shí)蒸發(fā)鎳鉻合金 （ Ni80%， Cr20%） 。 Pcr=101Torr PNi=102Torr ∴ 在蒸發(fā)初期，富鉻，導(dǎo)致薄膜有良好附著力。 1010802021??????? ??CrNiNiCrNiCrNiCrMMPPWWGG活度系數(shù) ABBABABABAMMWWPPGG?????ABBABAMMPPZ ?????絕大多少合金的 Z不 等于 1，意味著成分 偏析。 Z主要受合金 成分的影響。 Z=1的例子，坡莫合金 活度修正 經(jīng)時(shí)變化（ Z≠1 ） 設(shè)蒸發(fā)初期，易蒸發(fā)成分 A優(yōu)先蒸發(fā)，考察表面成分 1）擴(kuò)散速度 蒸發(fā)速度，蒸發(fā)面表面成分不變，薄膜 成分恒定，可由上式計(jì)算； 2）擴(kuò)散速度 蒸發(fā)速度，蒸發(fā)面表面缺 A， 不久就會(huì)形成成分 B的優(yōu)先蒸發(fā)沉積，制得的薄膜由富 A相向富 B相連續(xù)變化。特別時(shí)當(dāng)發(fā)生升華或從高溫溶液中急速蒸發(fā)時(shí)。 （ 1） 瞬時(shí)蒸發(fā)法 又稱 “ 閃蒸法 ” ， 將細(xì)小的合金顆粒 ， 逐次送到非常熾熱的蒸發(fā)器中 ， 使顆粒在瞬間完全蒸發(fā) 。 常用于合金中元素的蒸發(fā)速率相差很大的場合。 關(guān)鍵是選取粉末料的粒度，蒸發(fā)溫度和進(jìn)料的速率。 （ 2）雙源或多源蒸發(fā)法 將合金的每一成分 ，分別裝入各自的蒸發(fā)源中 ， 然后獨(dú)立地控制各蒸發(fā)源的蒸發(fā)速率 ， 以控制薄膜的組成 。 為了使膜厚均勻，通常需要旋轉(zhuǎn)。 二）化合物的蒸發(fā) ? 化合物的蒸發(fā)方式有三種： ? （ 1）電阻加熱法； ? （ 2）反應(yīng)蒸發(fā)法； ? （ 3）雙源或多源蒸發(fā)法 → 分子束外延。 電阻加熱的缺點(diǎn)： A） 化合物的熔點(diǎn)較高，電阻加熱溫度不夠。 B） 許多化合物在高溫下會(huì)分解，如 Al2O3， TiO2等會(huì)失氧。 C) 有些化合物飽和蒸氣壓低，難于用電阻蒸發(fā)法。 反應(yīng)蒸發(fā)法 原理：將 活性氣體導(dǎo)入真空室 ， 使之與被蒸發(fā)的金屬原子 ， 低價(jià)化合物分子在基板表面反應(yīng) ， 形成所需化合物薄膜 。 ： 例： Al（ 蒸發(fā) ） +O2（ 活性氣體 ） → Al2O3 Sn（ 蒸發(fā) ） +O2（ 活性氣體 ） → SnO2 Si（ 蒸發(fā)） +C2H2（ 活性氣體） → SiC 反應(yīng)的位置： A） 蒸發(fā)源表面 ， 會(huì)降低蒸發(fā)速率 ， 盡量避免 B） 源與基片之間 ， 由于氣壓為 102Pa， λ=50cm反應(yīng)的幾率很小 。 C） 基片表面，氣體的吸附時(shí)間比空間中氣體 原子與蒸發(fā)原子碰撞的馳豫時(shí)間長得多。在 安裝上將氣體直接噴到基片表面。 參見 P45 表 27 三）特殊的蒸發(fā)法 （ 1）電弧蒸發(fā)法 在 高真空下 ，將
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