薄膜的蒸发沉积原理与技术VIP免费

真空中的薄膜热蒸发沉积---原理、技术、厚度控制刘定权编写2010年12月18日上海主要内容1.关于薄膜的一些基本概念2.材料在真空中的热蒸发3.薄膜在真空中的沉积生长4.膜层厚度控制与均匀性5.热蒸发薄膜的一些应用SITP-CASDINGQUANLIU1关于薄膜的一些基本概念不同的用途有不同的概念:(1)光学的人讲,能够产生干涉的薄层;(2)电子学认为,厚度不能超过1μm;(3)物理学认为,是2维结构的材料;(4)生物学认为,细胞等组织的保护层;(5)农业生产中,甚至厚度到100μm以上的塑料纸也称薄膜;------1.1什么是薄膜?SITP-CASDINGQUANLIU1关于薄膜的一些基本概念(1)空气态的薄膜,入牛顿环;(2)液体态的薄膜;(3)固体态的薄膜,是2维结构的材料;------我们经常使用和概念中的薄膜,就是固体态的薄膜,而且指由无机材料组成、厚度在微米量级以下的两维结构，薄膜应该具有连续的形态。1.2薄膜的一些基本形态SITP-CASDINGQUANLIU1关于薄膜的一些基本概念(1)薄膜以非晶态结构居多;(2)有的薄膜以多晶态形式出现，含有非晶成分;(3)单晶体的薄膜难以得到，通常需要很高的沉积温度、好的真空度、严格的材料选择;如果单从薄膜的使用强度考虑，非晶态薄膜可能更好。1.3薄膜的晶体结构SITP-CASDINGQUANLIU1关于薄膜的一些基本概念(1)薄膜的聚集密度：指膜层中材料体积占有总体积的比值，常以小于1的两位小数表示。越接近于1，膜层越致密，质量越好；有的膜层甚至低于0.50。(2)薄膜的MDT模型图：1.4薄膜的聚集情况SITP-CASDINGQUANLIU1关于薄膜的一些基本概念(3)真空度的影响：残余气体分子与沉积粒子(原子、分子、团粒等)碰撞，影响沉积动能和方向，易形成松散结构。真空度对蒸发镀金属膜层微结构的影响：1.4薄膜的聚集情况SITP-CASDINGQUANLIU1关于薄膜的一些基本概念(1)薄膜中的压应力：膜层中聚集密度较大时，膜层中“柱状结构”相互排斥，它们受到挤压的作用。(2)薄膜中的张应力：膜层中聚集密度较小时，膜层中“柱状结构”相互吸引，它们受到拉伸的作用。1.5薄膜的应力SITP-CASDINGQUANLIU1关于薄膜的一些基本概念(1)牢固度用附着力来表述：基片与膜层之间存在相互作用的附着能，附着能对两者之间的距离微分，微分最大值就是附着力。(2)薄膜牢固度的增加：洁净的基片；膜层与基片良好的接触；较高的沉积温度增加扩散；高真空让沉积粒子直接到达；适当的应力控制，等等。1.6薄膜的牢固度SITP-CASDINGQUANLIU2材料在真空中的热蒸发(1)材料在真空中出气；(2)某些镀膜材料在高真空中有微量的质量损失。这些对镀膜工艺和薄膜质量有影响。2.1材料在高真空中的表现DINGQUANLIUSITP-CAS2材料在真空中的热蒸发(1)加热蒸发固体—液体—气体(2)受热升华固体—----—气体因材料而异。2.2材料在真空中的转变DINGQUANLIUSITP-CAS2材料在真空中的热蒸发(1)电阻加热方式适合低熔点材料。能量相对较小。(2)电子枪加热方式能量更大，更集中，适合高熔点材料，非升华材料。2.3材料在真空中的热蒸发DINGQUANLIUSITP-CAS2材料在真空中的热蒸发(1)材料的熔点材料开始转化为液体的温度。蒸汽压较小，还不能实现有效的薄膜沉积。(2)蒸发温度能够实现有效蒸发的温度。通常认为是对应材料产生1.33Pa蒸汽压（材料表面）的温度。2.4材料的熔点与蒸发温度DINGQUANLIUSITP-CAS2材料在真空中的热蒸发(1)点源尺寸很小，向各个方向放射蒸发，仅考虑立体视场角。(2)面源本身尺寸需要考虑，仅向半球面视场内蒸发。(3)一般以自由面源形式出现2.5电阻热蒸发沉积的点源与面源DINGQUANLIUSITP-CAS2材料在真空中的热蒸发(1)克努增源准分子流，沉积慢。(2)自由面源无定向，沉积快。(3)定向坩埚有定向，沉积更快。2.6面源的三种形式DINGQUANLIUSITP-CAS2材料在真空中的热蒸发2.7自由面源蒸发的膜厚分布DINGQUANLIUSITP-CAS膜厚分布的参考曲线平面夹具与球面夹具有差异，数学推导和实际状况有差异，但趋势是一致的。仅供参考。2材料在真空中的热蒸发(1)选用高熔点低蒸汽压的蒸发源避免来自蒸发源的污染。(2)蒸发时产生大量的热，难以带走(3)一般以自由面源形式出现(4)膜层比较疏松。2.8电阻热蒸发沉积的一些特点DINGQUANLIUSITP-CAS3薄膜在真空中的沉积生长(1)表面...