薄膜的物理氣相沉積-文檔資料

1、1第二章第二章 薄膜的物理氣相沉積薄膜的物理氣相沉積（）-蒸發(fā)法蒸發(fā)法2本章內(nèi)容引言引言 第一節(jié)第一節(jié) 物質(zhì)的熱蒸發(fā)物質(zhì)的熱蒸發(fā) 第二節(jié)第二節(jié) 薄膜沉積的厚度均勻性和純度薄膜沉積的厚度均勻性和純度 第三節(jié)第三節(jié) 真空蒸發(fā)裝置真空蒸發(fā)裝置3 一、定義一、定義 物理氣相沉積（物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition， PVD ） 利用某種物理過程，如利用某種物理過程，如物質(zhì)的熱蒸發(fā)物質(zhì)的熱蒸發(fā)或受到離子轟擊時或受到離子轟擊時物質(zhì)物質(zhì)表面原子的濺射現(xiàn)象表面原子的濺射現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)原子從源物質(zhì)到薄膜的可控，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)原子從源物質(zhì)到薄膜的可控轉(zhuǎn)移的過程。轉(zhuǎn)移的過程。二、特點(diǎn)二、特點(diǎn)

2、（相對于化學(xué)氣相沉積而言）：（相對于化學(xué)氣相沉積而言）：（1 1）需要使用固態(tài)的或熔融態(tài)物質(zhì)作為沉積過程的源物質(zhì)；）需要使用固態(tài)的或熔融態(tài)物質(zhì)作為沉積過程的源物質(zhì)；（2 2）源物質(zhì)經(jīng)過物理過程而進(jìn)入氣相；）源物質(zhì)經(jīng)過物理過程而進(jìn)入氣相；（3 3）需要相對較低的氣體壓力環(huán)境；）需要相對較低的氣體壓力環(huán)境；（4 4）在氣相中及沉底表面并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。）在氣相中及沉底表面并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。引引 言言4蒸發(fā)法：蒸發(fā)法：把裝有基片的真空室抽成真空，使氣體壓強(qiáng)達(dá)到把裝有基片的真空室抽成真空，使氣體壓強(qiáng)達(dá)到10-2Pa以下，然后加熱鍍料，使其原子或分子從表面逸出，形成蒸汽流以下，然后加熱鍍料，使其原子或分

3、子從表面逸出，形成蒸汽流，入射到基片表面，凝結(jié)形成固態(tài)薄膜。具有較高的沉積速率、，入射到基片表面，凝結(jié)形成固態(tài)薄膜。具有較高的沉積速率、相對較高的真空度，以及由此導(dǎo)致的較高的薄膜純度等優(yōu)點(diǎn)。相對較高的真空度，以及由此導(dǎo)致的較高的薄膜純度等優(yōu)點(diǎn)。濺射法：濺射法：具有自己的特點(diǎn)，如在沉積多元合金薄膜時化學(xué)成分具有自己的特點(diǎn)，如在沉積多元合金薄膜時化學(xué)成分容易控制、沉積層對沉底的附著力較好。容易控制、沉積層對沉底的附著力較好。三、分類三、分類引引 言言5第一節(jié)第一節(jié) 物質(zhì)的熱蒸發(fā)物質(zhì)的熱蒸發(fā)利用物質(zhì)在高溫下的蒸發(fā)現(xiàn)象利用物質(zhì)在高溫下的蒸發(fā)現(xiàn)象，可以制備各種薄膜材料。蒸，可以制備各種薄膜材料。蒸發(fā)法具

4、有較高的背底真空度。發(fā)法具有較高的背底真空度。在較高的真空條件下，不僅蒸在較高的真空條件下，不僅蒸發(fā)出來的物質(zhì)原子或分子具有發(fā)出來的物質(zhì)原子或分子具有較長的平均自由程，可以直接較長的平均自由程，可以直接沉積在沉底表面上，而且還可沉積在沉底表面上，而且還可以確保所制備的薄膜具有較高以確保所制備的薄膜具有較高的純凈程度。的純凈程度。6 要實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)法鍍膜，需要三個最基本條件：要實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)法鍍膜，需要三個最基本條件：加熱，使鍍料加熱，使鍍料蒸發(fā)；處于真空環(huán)境，以便于氣相鍍料向基片運(yùn)輸；采用溫蒸發(fā)；處于真空環(huán)境，以便于氣相鍍料向基片運(yùn)輸；采用溫度較低的基片，以便于氣體鍍料凝結(jié)成膜。度較低的基片，以便于氣體

5、鍍料凝結(jié)成膜。 蒸發(fā)材料在真空中被加熱時，其原子或分子就會從表面蒸發(fā)材料在真空中被加熱時，其原子或分子就會從表面逸出，這種現(xiàn)象叫逸出，這種現(xiàn)象叫熱蒸發(fā)熱蒸發(fā)。7（1 1）元素的蒸發(fā)速率）元素的蒸發(fā)速率 - - 蒸發(fā)現(xiàn)象：蒸發(fā)現(xiàn)象： 蒸發(fā)與溫度有關(guān)，但不完全受熔體表面的受熱多少所決定；蒸發(fā)與溫度有關(guān)，但不完全受熔體表面的受熱多少所決定； 蒸發(fā)速率正比于物質(zhì)的平衡蒸氣壓蒸發(fā)速率正比于物質(zhì)的平衡蒸氣壓( (P Pe e) )與實(shí)際蒸氣壓力與實(shí)際蒸氣壓力( (P Ph h) )之之差；差； - - 蒸發(fā)速率（兩種表達(dá)）：蒸發(fā)速率（兩種表達(dá)）： 元素的凈蒸發(fā)速率元素的凈蒸發(fā)速率：在一定的溫度下，處于液態(tài)

6、或固態(tài)的元：在一定的溫度下，處于液態(tài)或固態(tài)的元素都具有一定的平衡蒸汽壓。因此，當(dāng)環(huán)境中的分壓降低到了素都具有一定的平衡蒸汽壓。因此，當(dāng)環(huán)境中的分壓降低到了其平衡蒸汽壓之下時，就會發(fā)生元素的凈蒸發(fā)。其平衡蒸汽壓之下時，就會發(fā)生元素的凈蒸發(fā)。8其中其中蒸發(fā)系數(shù)蒸發(fā)系數(shù)(01)，Pe元素的平衡蒸汽壓，元素的平衡蒸汽壓，Ph元素的實(shí)元素的實(shí)際分壓；際分壓； 最大蒸發(fā)速率最大蒸發(fā)速率(分子分子/cm2s)： 1， Ph= 0由氣體分子通量的表達(dá)式，單位表面上元素的凈蒸發(fā)速率等于：由氣體分子通量的表達(dá)式，單位表面上元素的凈蒸發(fā)速率等于：()2AehNppMRTN pMRTA29影響蒸發(fā)速率的因素：影響蒸發(fā)

7、速率的因素：由于元素的平衡蒸汽壓隨著溫度的上升增加很快，因而對元由于元素的平衡蒸汽壓隨著溫度的上升增加很快，因而對元素的蒸發(fā)速率影響最大的因素是素的蒸發(fā)速率影響最大的因素是蒸發(fā)源所處的溫度蒸發(fā)源所處的溫度。單位表面上元素的質(zhì)量蒸發(fā)速率：單位表面上元素的質(zhì)量蒸發(fā)速率：()2ehMppRT 10（2）元素的平衡蒸氣壓）元素的平衡蒸氣壓 - 元素的蒸氣壓：元素的蒸氣壓：Clausius-Clapyeron(克勞修斯克勞修斯-克萊普朗）方程克萊普朗）方程H為蒸發(fā)過程中每摩爾元素的熱焓變化，它隨溫度的不為蒸發(fā)過程中每摩爾元素的熱焓變化，它隨溫度的不同而變化同而變化V為在相應(yīng)蒸發(fā)過程中物質(zhì)所擁有的體積的變

8、化，對于為在相應(yīng)蒸發(fā)過程中物質(zhì)所擁有的體積的變化，對于氣相物質(zhì)的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于液相和固相，因而近似的等于氣相物質(zhì)的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于液相和固相，因而近似的等于氣相元素所占體積氣相元素所占體積11元素蒸氣壓的近似表達(dá)式：元素蒸氣壓的近似表達(dá)式：I是積分常數(shù)，是積分常數(shù)，B是一個系數(shù)是一個系數(shù)HHe在一定的溫度區(qū)間內(nèi)嚴(yán)格成立在一定的溫度區(qū)間內(nèi)嚴(yán)格成立金屬金屬Al：理想氣體近似：理想氣體近似：RTHeeeeBPIRTHpeln2dRTHPdTPeTTTPPae61052. 3lg999. 0533.1415993)(lg1213根據(jù)物質(zhì)的蒸發(fā)特性，物質(zhì)的蒸發(fā)情況可被劃分為兩種類型：根據(jù)物質(zhì)的蒸發(fā)特性，物質(zhì)的

9、蒸發(fā)情況可被劃分為兩種類型：1. 將物質(zhì)加熱到其熔點(diǎn)以上（固液氣）。將物質(zhì)加熱到其熔點(diǎn)以上（固液氣）。例如：多數(shù)金屬例如：多數(shù)金屬2. 利用由固態(tài)物質(zhì)的升華，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的氣相沉積。利用由固態(tài)物質(zhì)的升華，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的氣相沉積。例如：例如：Cr、Ti、Mo、Fe、Si等等 石墨石墨C例外，沒有熔點(diǎn)，例外，沒有熔點(diǎn)，而其升華溫度又相當(dāng)高，因而實(shí)踐而其升華溫度又相當(dāng)高，因而實(shí)踐中多是利用石墨電極間的高溫放電過程來使碳原子發(fā)生升華。中多是利用石墨電極間的高溫放電過程來使碳原子發(fā)生升華。14 蒸發(fā)源的選擇：蒸發(fā)源的選擇： 固體源：熔點(diǎn)以下的飽和蒸氣壓可以達(dá)到固體源：熔點(diǎn)以下的飽和蒸氣壓可以達(dá)到0.1Pa; 液

10、體源：熔點(diǎn)以下的飽和蒸氣壓難以達(dá)到液體源：熔點(diǎn)以下的飽和蒸氣壓難以達(dá)到0.1Pa; 難熔材料：可以采用激光、電弧蒸發(fā)；難熔材料：可以采用激光、電弧蒸發(fā)；15（3）化合物與合金的熱蒸發(fā)）化合物與合金的熱蒸發(fā) 多組元材料的蒸發(fā)：多組元材料的蒸發(fā)： 合金的偏析合金的偏析：蒸氣成分一般與原始固體或液體成分不：蒸氣成分一般與原始固體或液體成分不同；同； 化合物的解離化合物的解離：蒸氣中分子的結(jié)合和解離發(fā)生頻率很：蒸氣中分子的結(jié)合和解離發(fā)生頻率很高；高； 蒸發(fā)蒸發(fā)不發(fā)生解離不發(fā)生解離的材料，可以得到成分匹配的薄膜的材料，可以得到成分匹配的薄膜：如：如 B2O3, GeO, SnO, AlN, CaF2,

11、MgF2, 16 蒸發(fā)發(fā)生解離的材料；沉積物中富金屬，需要分立的蒸發(fā)源；蒸發(fā)發(fā)生解離的材料；沉積物中富金屬，需要分立的蒸發(fā)源； 硫族化合物：硫族化合物：CdS, CdSe, CdTe, 氧化物：氧化物：SiO2, GeO2, TiO2, SnO2, 蒸發(fā)蒸發(fā)發(fā)生分解發(fā)生分解的材料，沉積物中富金屬，沉積物化學(xué)成分的材料，沉積物中富金屬，沉積物化學(xué)成分發(fā)生偏離，需要分別使用獨(dú)立的蒸發(fā)源；如：發(fā)生偏離，需要分別使用獨(dú)立的蒸發(fā)源；如：Ag2S, Ag2Se, III-V半導(dǎo)體等；半導(dǎo)體等；)(21)()()(21)()(2gasXliquidMsolidMXgasXsolidMsolidMXn)(21

12、)()()(21)gas()(222gasOgasMOsolidMOgasXMsolidMX171、化合物的蒸發(fā)、化合物的蒸發(fā)化合物蒸發(fā)中存在的問題：化合物蒸發(fā)中存在的問題：a）蒸發(fā)出來的蒸氣可能具有完全不同于其固態(tài)或液體的成分；）蒸發(fā)出來的蒸氣可能具有完全不同于其固態(tài)或液體的成分；（蒸氣組分變化）（蒸氣組分變化）b）氣態(tài)狀態(tài)下，還可能發(fā)生化合物個組員間的化合與分解過程）氣態(tài)狀態(tài)下，還可能發(fā)生化合物個組員間的化合與分解過程；后果是沉積后得到的薄膜成分可能偏離化合物的正確的化學(xué)組；后果是沉積后得到的薄膜成分可能偏離化合物的正確的化學(xué)組成。成。化合物蒸發(fā)過程中可能發(fā)生的各種物理化學(xué)反應(yīng)：化合物蒸發(fā)

13、過程中可能發(fā)生的各種物理化學(xué)反應(yīng)：無分解反應(yīng)；固態(tài)分解反應(yīng)；氣態(tài)分解蒸發(fā)無分解反應(yīng)；固態(tài)分解反應(yīng)；氣態(tài)分解蒸發(fā)182 2、合金的蒸發(fā)、合金的蒸發(fā)合金蒸發(fā)與化合物蒸發(fā)與化合物蒸發(fā)的區(qū)別與聯(lián)系合金蒸發(fā)與化合物蒸發(fā)與化合物蒸發(fā)的區(qū)別與聯(lián)系: :聯(lián)系：聯(lián)系：也會發(fā)生也會發(fā)生成分的偏差成分的偏差。區(qū)別：區(qū)別：合金中原子的結(jié)合力小于在化合物中不同原子的結(jié)合力合金中原子的結(jié)合力小于在化合物中不同原子的結(jié)合力，因而，合金中元素原子的蒸發(fā)過程實(shí)際上可以被看成是各自，因而，合金中元素原子的蒸發(fā)過程實(shí)際上可以被看成是各自相互獨(dú)立的過程，就像它們在純元素蒸發(fā)時的情況一樣。相互獨(dú)立的過程，就像它們在純元素蒸發(fā)時的情況一

14、樣。19合金的蒸發(fā)：合金的蒸發(fā)： 合金薄膜生長的特點(diǎn)：合金薄膜不同于化合物，其固相成分合金薄膜生長的特點(diǎn)：合金薄膜不同于化合物，其固相成分的范圍變化很大，其熔點(diǎn)由熱力學(xué)定律所決定；的范圍變化很大，其熔點(diǎn)由熱力學(xué)定律所決定； 合金元素的蒸氣壓：合金元素的蒸氣壓： 理想合金的蒸氣壓與合金比例理想合金的蒸氣壓與合金比例(XB)的關(guān)系的關(guān)系（拉烏爾定律）：（拉烏爾定律）： PB=XBPB(0) ; PB(0)為純元素的蒸氣壓；為純元素的蒸氣壓； 實(shí)際合金的蒸氣壓：實(shí)際合金的蒸氣壓：PB=BXBPB(0) = aBPB(0) 合金組元蒸發(fā)速率之比合金組元蒸發(fā)速率之比：ABBBBAAABAMPXMPX)0

15、()0(估算所需使用的合金蒸發(fā)源的成分估算所需使用的合金蒸發(fā)源的成分20定律的應(yīng)用定律的應(yīng)用: 假設(shè)所制備的假設(shè)所制備的Al-Cu合金薄膜要求蒸氣成分為合金薄膜要求蒸氣成分為Al-2wt%Cu：即：即：Al/ Cu=98MCu/2MAl，蒸發(fā)皿溫度：，蒸發(fā)皿溫度：T=1350K。求所。求所配制的配制的Al-Cu合金成分。合金成分。 PAl/PCu=110-3/2 10-4, 假設(shè)：假設(shè)：Al= Cu則：則：XAl/X Cu=15 (mol比比)6.4 (質(zhì)量比質(zhì)量比)注意注意： 計算只適用于初始的蒸發(fā)計算只適用于初始的蒸發(fā)蒸氣成分的穩(wěn)定性與蒸發(fā)工藝有關(guān)蒸氣成分的穩(wěn)定性與蒸發(fā)工藝有關(guān)；21蒸氣成

16、分穩(wěn)定性的控制蒸氣成分穩(wěn)定性的控制: 增加熔池內(nèi)蒸發(fā)物質(zhì)總量增加熔池內(nèi)蒸發(fā)物質(zhì)總量(V0) 減小組分變化減小組分變化(vr) ； 減少蒸發(fā)物質(zhì)總量，短時間完成蒸發(fā)，多次添加；減少蒸發(fā)物質(zhì)總量，短時間完成蒸發(fā)，多次添加； 分立純金屬源獨(dú)立蒸發(fā)控制：存在薄膜成分不均勻的可能；分立純金屬源獨(dú)立蒸發(fā)控制：存在薄膜成分不均勻的可能；蒸發(fā)方法的缺點(diǎn)蒸發(fā)方法的缺點(diǎn)： 不適合組元蒸氣壓差別比較大的合金薄膜；不適合組元蒸氣壓差別比較大的合金薄膜；1. 多元合金的成分控制比較困難：多元合金的成分控制比較困難：222.2 薄膜沉積厚度均勻性與純度薄膜沉積厚度均勻性與純度 蒸發(fā)源幾何類型蒸發(fā)源幾何類型:點(diǎn)源點(diǎn)源：蒸發(fā)

17、源的幾何尺寸遠(yuǎn)小于基片的尺寸；：蒸發(fā)源的幾何尺寸遠(yuǎn)小于基片的尺寸； 蒸發(fā)量蒸發(fā)量：Ae點(diǎn)源的表面積，點(diǎn)源的表面積，dAe為蒸發(fā)源的表面積元，為蒸發(fā)源的表面積元，為蒸發(fā)速度為蒸發(fā)速度 沉積量：沉積量：為襯底表面法線與空間角方向間的偏離角度，為襯底表面法線與空間角方向間的偏離角度，r為源與襯底的為源與襯底的距離距離（1）薄膜沉積的方向性和陰影效應(yīng)）薄膜沉積的方向性和陰影效應(yīng)tAdtdAMeee24cosdrMdAMess23 面源：面源：蒸發(fā)源的幾何尺寸與基片的尺寸相當(dāng)；蒸發(fā)源的幾何尺寸與基片的尺寸相當(dāng)； 沉積量：沉積量：為為基片某點(diǎn)的沉積量與蒸發(fā)源法向方向和基片法向基片某點(diǎn)的沉積量與蒸發(fā)源法向方

18、向和基片法向方向夾角有關(guān)；方向夾角有關(guān)；為為與該點(diǎn)和蒸發(fā)源連線與基片法向的夾角有關(guān)；與該點(diǎn)和蒸發(fā)源連線與基片法向的夾角有關(guān)；242526面源的高階效應(yīng)面源的高階效應(yīng): 實(shí)際的面源沉積量與蒸發(fā)源法向方向和基片法向方向夾角的實(shí)際的面源沉積量與蒸發(fā)源法向方向和基片法向方向夾角的余弦函數(shù)的高階冪有關(guān)；余弦函數(shù)的高階冪有關(guān)； n的大小取決于熔池的面積、深度的大小取決于熔池的面積、深度; 面積小、熔池深將導(dǎo)致面積小、熔池深將導(dǎo)致n的增加；但針對揮發(fā)性強(qiáng)的物質(zhì)的增加；但針對揮發(fā)性強(qiáng)的物質(zhì)，則有利于對真空室壁污染的保護(hù)；，則有利于對真空室壁污染的保護(hù)；2728薄膜厚度與位置的關(guān)系薄膜厚度與位置的關(guān)系:單蒸發(fā)源

19、情況單蒸發(fā)源情況點(diǎn)源：點(diǎn)源：面源：面源：（2）薄膜的均勻性）薄膜的均勻性2930改善薄膜均勻性的方法：改善薄膜均勻性的方法： 改變幾何配置改變幾何配置 添加靜態(tài)或旋轉(zhuǎn)擋板；添加靜態(tài)或旋轉(zhuǎn)擋板；3132 蒸發(fā)法沉積薄膜時，真空度較高，被蒸發(fā)的原子處于蒸發(fā)法沉積薄膜時，真空度較高，被蒸發(fā)的原子處于分子流狀態(tài)，因此沉積過程中遇到障礙物的時候有陰分子流狀態(tài)，因此沉積過程中遇到障礙物的時候有陰影效應(yīng)影效應(yīng) 結(jié)果導(dǎo)致蒸發(fā)的物質(zhì)被障礙物遮擋而不能沉積到襯底結(jié)果導(dǎo)致蒸發(fā)的物質(zhì)被障礙物遮擋而不能沉積到襯底上，破壞薄膜的均勻性上，破壞薄膜的均勻性 襯底表面不平，或有較大的表面浮突，薄膜沉積受到襯底表面不平，或有較

20、大的表面浮突，薄膜沉積受到蒸發(fā)源方向的限制，造成某些部位不能沉積蒸發(fā)源方向的限制，造成某些部位不能沉積33蒸發(fā)源純度的影響蒸發(fā)源純度的影響加熱器、坩堝、支撐材料等的污染加熱器、坩堝、支撐材料等的污染真空系統(tǒng)中殘余氣體的影響：真空系統(tǒng)中殘余氣體的影響：蒸氣物質(zhì)原子的沉積速率：蒸氣物質(zhì)原子的沉積速率：1.1.薄膜中雜質(zhì)的濃度：薄膜中雜質(zhì)的濃度：（2）蒸發(fā)沉積薄膜的純度）蒸發(fā)沉積薄膜的純度：AAN sGM 提高薄膜純度的方法：提高薄膜純度的方法：降低殘余氣體分壓；降低殘余氣體分壓；1.提高沉積速率；提高沉積速率；2AgpMcsM RT34假設(shè)運(yùn)動至襯底處的假設(shè)運(yùn)動至襯底處的O2分子分子均被均被沉積在

21、薄膜之中沉積在薄膜之中35 利用物質(zhì)在高溫下的蒸發(fā)現(xiàn)象，可以制備各種薄膜。利用物質(zhì)在高溫下的蒸發(fā)現(xiàn)象，可以制備各種薄膜。真空蒸發(fā)法所采用的設(shè)備根據(jù)其使用目的，可能有很大差真空蒸發(fā)法所采用的設(shè)備根據(jù)其使用目的，可能有很大差別，從最簡單的別，從最簡單的電阻加熱蒸鍍電阻加熱蒸鍍裝置到極為復(fù)雜的裝置到極為復(fù)雜的分子束外分子束外延設(shè)備延設(shè)備，都屬于真空蒸發(fā)沉積裝置的范疇。顯而易見，在，都屬于真空蒸發(fā)沉積裝置的范疇。顯而易見，在蒸發(fā)沉積裝置中，最重要的組成部分就是蒸發(fā)沉積裝置中，最重要的組成部分就是物質(zhì)的蒸發(fā)源物質(zhì)的蒸發(fā)源。根據(jù)其加熱原理，可以分為以下幾種。根據(jù)其加熱原理，可以分為以下幾種。2.3 真空蒸

22、發(fā)裝置真空蒸發(fā)裝置 36電加熱方法電加熱方法: 鎢絲熱源鎢絲熱源：主要用于塊狀材料的蒸發(fā)、可以在主要用于塊狀材料的蒸發(fā)、可以在 2200K下工作；下工作；有污染、簡單經(jīng)濟(jì)；有污染、簡單經(jīng)濟(jì)； 難熔金屬蒸發(fā)舟難熔金屬蒸發(fā)舟：W, Ta, Mo等材料制作；等材料制作； 可用于粉末、塊狀材料的蒸發(fā)可用于粉末、塊狀材料的蒸發(fā) 有污染、簡單經(jīng)濟(jì)；有污染、簡單經(jīng)濟(jì)；（1）電阻式蒸發(fā)裝置）電阻式蒸發(fā)裝置37 利用利用大電流大電流通過一個連接著靶通過一個連接著靶材材料的電阻器，將產(chǎn)生非常高的材材料的電阻器，將產(chǎn)生非常高的溫度，利用這個高溫來加熱靶材材溫度，利用這個高溫來加熱靶材材料。料。通常使用鎢通常使用鎢W

23、(Tm=3380), 鉭鉭Ta(Tm=2980), 鉬鉬Mo(Tm=2630) ，高熔點(diǎn)又能產(chǎn)生高熱的金屬，做成高熔點(diǎn)又能產(chǎn)生高熱的金屬，做成電阻器。電阻器。 38 電阻器可以依被鍍物工件形電阻器可以依被鍍物工件形狀、擺放方式、位置、腔體狀、擺放方式、位置、腔體大小、旋轉(zhuǎn)方式而作成不同大小、旋轉(zhuǎn)方式而作成不同的形狀。的形狀。以便使靶材的蒸發(fā)以便使靶材的蒸發(fā)分布均勻，沉積的薄膜厚度分布均勻，沉積的薄膜厚度均勻。均勻。 細(xì)絲狀的金屬靶材細(xì)絲狀的金屬靶材(Al, Ag, Au, Cr.)是最早被熱蒸鍍使是最早被熱蒸鍍使用的靶材形式，后來發(fā)展出用的靶材形式，后來發(fā)展出舟狀，籃狀等。舟狀，籃狀等。39注

24、意注意：避免被蒸發(fā)物質(zhì)與加熱材料之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的可能性，可以避免被蒸發(fā)物質(zhì)與加熱材料之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的可能性，可以考慮使用表面涂有一層考慮使用表面涂有一層Al2O3的加熱體。的加熱體。防止被加熱物質(zhì)的放氣過程可能引起的物質(zhì)飛濺防止被加熱物質(zhì)的放氣過程可能引起的物質(zhì)飛濺加熱方式加熱方式：對被蒸發(fā)的物質(zhì)可以采取兩種方法，即普通的對被蒸發(fā)的物質(zhì)可以采取兩種方法，即普通的電阻加熱法電阻加熱法和和高高頻感應(yīng)法頻感應(yīng)法。前者依靠纏于坩鍋外的電阻絲實(shí)現(xiàn)加熱，而后者依。前者依靠纏于坩鍋外的電阻絲實(shí)現(xiàn)加熱，而后者依靠感應(yīng)線圈在被加熱的物質(zhì)中或在坩鍋中產(chǎn)生出感應(yīng)電流來實(shí)靠感應(yīng)線圈在被加熱的物質(zhì)中或在坩鍋中產(chǎn)生出

25、感應(yīng)電流來實(shí)現(xiàn)對蒸發(fā)物質(zhì)的加熱。在后者情況下，需要被加熱的物質(zhì)或坩現(xiàn)對蒸發(fā)物質(zhì)的加熱。在后者情況下，需要被加熱的物質(zhì)或坩鍋本身具有一定的導(dǎo)電性。鍋本身具有一定的導(dǎo)電性。40優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):1.電阻式蒸鍍機(jī)設(shè)備價格便宜電阻式蒸鍍機(jī)設(shè)備價格便宜,構(gòu)造簡單容易維護(hù)。構(gòu)造簡單容易維護(hù)。2.靶材做成各種的形狀。靶材做成各種的形狀。缺點(diǎn)缺點(diǎn):1. 有些微的污染有些微的污染,造成蒸發(fā)膜層純度稍差，傷害膜層的質(zhì)量造成蒸發(fā)膜層純度稍差，傷害膜層的質(zhì)量 2. 適合金屬材料的靶材，光學(xué)鍍膜常用的介電質(zhì)材料大部適合金屬材料的靶材，光學(xué)鍍膜常用的介電質(zhì)材料大部分都無法使用電阻式加溫來蒸發(fā)。分都無法使用電阻式加溫來蒸發(fā)。3.

26、蒸鍍的速率比較慢蒸鍍的速率比較慢,且不易控制。且不易控制。4. 化合物的靶材化合物的靶材,可能會因為高溫而被分解可能會因為高溫而被分解5. 電阻式蒸鍍的膜層硬度比較差電阻式蒸鍍的膜層硬度比較差,密度比較低。密度比較低。41電子束蒸發(fā)裝置克服了電阻加熱法的不足，在電子束加熱電子束蒸發(fā)裝置克服了電阻加熱法的不足，在電子束加熱裝置中，被加熱的物質(zhì)被放置于水冷的坩堝中，裝置中，被加熱的物質(zhì)被放置于水冷的坩堝中，電子束只電子束只轟擊到其中很少的一部分物質(zhì)轟擊到其中很少的一部分物質(zhì)，其余大部分物質(zhì)在坩堝的，其余大部分物質(zhì)在坩堝的冷卻作用下一直處于很低的溫度。因此，電子束蒸發(fā)沉積冷卻作用下一直處于很低的溫度

27、。因此，電子束蒸發(fā)沉積裝置中可以安置多個坩堝，這使得人們可以同時分別蒸發(fā)裝置中可以安置多個坩堝，這使得人們可以同時分別蒸發(fā)和沉積多種不同的物質(zhì)。和沉積多種不同的物質(zhì)。 （2 2）電子束蒸發(fā)裝置）電子束蒸發(fā)裝置42結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 電子束加熱槍：燈絲電子束加熱槍：燈絲+加速電極加速電極+偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)磁場組成磁場組成 蒸發(fā)坩堝：陶瓷坩堝或水冷銅坩堝；蒸發(fā)坩堝：陶瓷坩堝或水冷銅坩堝；特點(diǎn)特點(diǎn)工作真空度比較高，可與離子源聯(lián)合使工作真空度比較高，可與離子源聯(lián)合使用；用；可用于粉末、塊狀材料的蒸發(fā)；可用于粉末、塊狀材料的蒸發(fā)；可以蒸發(fā)金屬和化合物；可以蒸發(fā)金屬和化合物；可以比較精確地控制蒸發(fā)速率；可以比較精確地控制蒸

28、發(fā)速率；1.電離率比較低。電離率比較低。43 電子束蒸發(fā)設(shè)備的核心是電子束蒸發(fā)設(shè)備的核心是偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)電子槍電子槍，偏轉(zhuǎn)電子槍是利用具有，偏轉(zhuǎn)電子槍是利用具有一定速度的帶點(diǎn)粒子在均勻磁場一定速度的帶點(diǎn)粒子在均勻磁場中受力做圓周運(yùn)動這一原理設(shè)計中受力做圓周運(yùn)動這一原理設(shè)計而成的。其結(jié)構(gòu)由兩部分組成：而成的。其結(jié)構(gòu)由兩部分組成：一是電子槍用來射高速運(yùn)動的電一是電子槍用來射高速運(yùn)動的電子；二是使電子做圓周運(yùn)動的均子；二是使電子做圓周運(yùn)動的均勻磁場。勻磁場。 44 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 電子束的絕大部分能量要被坩堝的水冷系統(tǒng)帶走，電子束的絕大部分能量要被坩堝的水冷系統(tǒng)帶走，因而其因而其熱效率較低熱效率較低。另外，

29、過高的加熱功率也會。另外，過高的加熱功率也會對整個薄膜沉積系統(tǒng)形成對整個薄膜沉積系統(tǒng)形成較強(qiáng)的熱輻射較強(qiáng)的熱輻射。45 電子束蒸發(fā)對源材料的要求電子束蒸發(fā)對源材料的要求、熔點(diǎn)要高、熔點(diǎn)要高。蒸發(fā)材料的蒸發(fā)溫度多數(shù)在。蒸發(fā)材料的蒸發(fā)溫度多數(shù)在10002000之之間，所以加熱源材料的熔點(diǎn)必須高于此溫度。間，所以加熱源材料的熔點(diǎn)必須高于此溫度。、飽和蒸汽壓要低、飽和蒸汽壓要低。為了防止或減少在高溫下加熱材料，。為了防止或減少在高溫下加熱材料，隨蒸發(fā)材料一起蒸發(fā)而成為雜質(zhì)進(jìn)入淀積膜，只有當(dāng)加熱材隨蒸發(fā)材料一起蒸發(fā)而成為雜質(zhì)進(jìn)入淀積膜，只有當(dāng)加熱材料的飽和蒸發(fā)氣壓足夠低，才能保證在蒸發(fā)過程中具有最小料的

30、飽和蒸發(fā)氣壓足夠低，才能保證在蒸發(fā)過程中具有最小的自蒸量，而不致于影響真空度，不產(chǎn)生對薄摸污染的蒸發(fā)。的自蒸量，而不致于影響真空度，不產(chǎn)生對薄摸污染的蒸發(fā)。、化學(xué)性能穩(wěn)定、化學(xué)性能穩(wěn)定。加熱材料在高溫下不應(yīng)與蒸發(fā)材料發(fā)生。加熱材料在高溫下不應(yīng)與蒸發(fā)材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，如果加熱材料和蒸發(fā)形成工熔點(diǎn)合金，則會降低化學(xué)反應(yīng)，如果加熱材料和蒸發(fā)形成工熔點(diǎn)合金，則會降低加熱材料的壽命。加熱材料的壽命。46 電弧蒸發(fā)裝置也具有能夠避免電阻加熱材料或坩堝材料的污電弧蒸發(fā)裝置也具有能夠避免電阻加熱材料或坩堝材料的污染，加熱溫度較高的特點(diǎn)，染，加熱溫度較高的特點(diǎn)，特別適用于熔點(diǎn)高，同時具有一定特別適用于熔點(diǎn)高，同

31、時具有一定導(dǎo)電性的難熔金屬、石墨等的蒸發(fā)。導(dǎo)電性的難熔金屬、石墨等的蒸發(fā)。同時，這一方法所用的設(shè)同時，這一方法所用的設(shè)備比電子束加熱裝置簡單，因此是一種較為廉價的蒸發(fā)裝置，備比電子束加熱裝置簡單，因此是一種較為廉價的蒸發(fā)裝置，現(xiàn)今很多蒸發(fā)鍍膜法均采用電弧蒸發(fā)裝置?，F(xiàn)今很多蒸發(fā)鍍膜法均采用電弧蒸發(fā)裝置。 （3）電弧蒸發(fā)裝置）電弧蒸發(fā)裝置47電弧離子鍍：電弧離子鍍： 以以金屬等離子體弧光放電金屬等離子體弧光放電為基礎(chǔ)的一種高效鍍膜技術(shù)；為基礎(chǔ)的一種高效鍍膜技術(shù)； 電弧源：靶電弧源：靶(導(dǎo)電材料導(dǎo)電材料)+約束磁場約束磁場+弧電極弧電極+觸發(fā)電極觸發(fā)電極等離子體的電離率高達(dá)等離子體的電離率高達(dá)70%

32、；可蒸發(fā)高熔點(diǎn)導(dǎo)電材料，如可蒸發(fā)高熔點(diǎn)導(dǎo)電材料，如C、Ta等；等；有部分金屬液滴；有部分金屬液滴；可在活性氣氛下工作；可在活性氣氛下工作；48原理：原理： 把將要蒸發(fā)的材料制成放電電極（陽極，位于蒸發(fā)靶靶頭把將要蒸發(fā)的材料制成放電電極（陽極，位于蒸發(fā)靶靶頭位置），薄膜沉積前，調(diào)節(jié)電極（被蒸發(fā)材料）和引弧針位置），薄膜沉積前，調(diào)節(jié)電極（被蒸發(fā)材料）和引弧針頭（陰極，常用直徑約頭（陰極，常用直徑約1mm的短銅條）之間的距離，至一的短銅條）之間的距離，至一合適范圍（通常不超過合適范圍（通常不超過0.8mm）。）。 薄膜沉積時，施加于放電電極和引弧針頭之上的工作電壓薄膜沉積時，施加于放電電極和引弧針頭

33、之上的工作電壓將兩者之間的空氣擊穿，產(chǎn)生電弧，而瞬間的高溫電弧使將兩者之間的空氣擊穿，產(chǎn)生電弧，而瞬間的高溫電弧使得電極端部（被蒸發(fā)材料）受熱產(chǎn)生蒸發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)得電極端部（被蒸發(fā)材料）受熱產(chǎn)生蒸發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的沉積?？刂齐娀↑c(diǎn)燃的次數(shù)或時間，即可以沉積出一定的沉積?？刂齐娀↑c(diǎn)燃的次數(shù)或時間，即可以沉積出一定厚度的薄膜。厚度的薄膜。49特點(diǎn)：特點(diǎn)：1、 沉積速率高沉積速率高, 高達(dá)高達(dá)0.1/min；2、 沉積能量可控、具有自清洗功能沉積能量可控、具有自清洗功能；可以通過改變基片的負(fù)偏壓控制沉積粒子的能量；可以通過改變基片的負(fù)偏壓控制沉積粒子的能量；偏壓比較大時，高能離子的濺射作用大于沉積

34、實(shí)現(xiàn)對表面的清洗偏壓比較大時，高能離子的濺射作用大于沉積實(shí)現(xiàn)對表面的清洗可以通過控制偏壓改變薄膜的生長、膜基結(jié)合強(qiáng)度和薄膜應(yīng)力；可以通過控制偏壓改變薄膜的生長、膜基結(jié)合強(qiáng)度和薄膜應(yīng)力；3、有大顆粒、粗糙度大有大顆粒、粗糙度大； 不利于精細(xì)薄膜制備、影響光潔度；不利于精細(xì)薄膜制備、影響光潔度；50 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 電弧加熱方法既可以采用直流加熱法，又可以采用交電弧加熱方法既可以采用直流加熱法，又可以采用交流加熱法。這種方法的缺點(diǎn)之一，是在流加熱法。這種方法的缺點(diǎn)之一，是在放電過程中容放電過程中容易產(chǎn)生微米量級大小的電極顆粒的飛濺，從而影響被易產(chǎn)生微米量級大小的電極顆粒的飛濺，從而影響被沉積薄膜的均勻性

35、沉積薄膜的均勻性。 51電弧蒸發(fā)法的改進(jìn)電弧蒸發(fā)法的改進(jìn)電弧過濾技術(shù)電弧過濾技術(shù): 磁鏡過濾方法磁鏡過濾方法 通過磁場對電子運(yùn)動的控制實(shí)現(xiàn)對等離子體的控制；通過磁場對電子運(yùn)動的控制實(shí)現(xiàn)對等離子體的控制； 可以顯著降低薄膜中的大顆粒；可以顯著降低薄膜中的大顆粒； 沉積效率降低明顯、束徑受磁鏡限制；沉積效率降低明顯、束徑受磁鏡限制； 磁場約束遮擋過濾磁場約束遮擋過濾 等離子體發(fā)射方向與鍍膜方向垂直等離子體發(fā)射方向與鍍膜方向垂直 束徑不受限制，但沉積率比較低；束徑不受限制，但沉積率比較低；52電弧蒸發(fā)法的改進(jìn)電弧蒸發(fā)法的改進(jìn) 脈沖偏壓技術(shù)脈沖偏壓技術(shù): 通過對基片施加脈沖偏壓減少等離子體中的顆粒沉積

36、；通過對基片施加脈沖偏壓減少等離子體中的顆粒沉積；原理原理：利用等離子體塵埃帶負(fù)電的特點(diǎn)，通過脈沖偏壓的動：利用等離子體塵埃帶負(fù)電的特點(diǎn)，通過脈沖偏壓的動態(tài)等離子體殼層控制塵埃顆粒沉積；態(tài)等離子體殼層控制塵埃顆粒沉積； 特點(diǎn)特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)化合物的低溫沉積可以實(shí)現(xiàn)化合物的低溫沉積(TiN，低于，低于200oC)；可以改善薄膜的力學(xué)性能；可以改善薄膜的力學(xué)性能；特別大的顆粒過濾效果不理想；特別大的顆粒過濾效果不理想；沉積效率降低比較??；沉積效率降低比較?。?3（4）激光蒸發(fā)裝置）激光蒸發(fā)裝置使用使用高功率的激光束高功率的激光束作為能源進(jìn)行薄膜的蒸發(fā)沉積的方法就作為能源進(jìn)行薄膜的蒸發(fā)沉積的方法就被稱為

37、激光蒸發(fā)沉積法。這種方法具有被稱為激光蒸發(fā)沉積法。這種方法具有加熱溫度高，可避免坩加熱溫度高，可避免坩堝污染，材料的蒸發(fā)速率高，蒸發(fā)過程容易控制堝污染，材料的蒸發(fā)速率高，蒸發(fā)過程容易控制等優(yōu)點(diǎn)。等優(yōu)點(diǎn)。使用位于使用位于紫外波段的脈沖激光器紫外波段的脈沖激光器作為蒸發(fā)的光源，如波長為作為蒸發(fā)的光源，如波長為248nm、脈沖寬度為、脈沖寬度為20ns的的KrF（氟化氪）準(zhǔn)分子激光等。由于（氟化氪）準(zhǔn)分子激光等。由于在蒸發(fā)過程中，高能激光光子可在瞬間將能量直接傳遞給被蒸在蒸發(fā)過程中，高能激光光子可在瞬間將能量直接傳遞給被蒸發(fā)物質(zhì)的原子，因而激光蒸發(fā)法產(chǎn)生的發(fā)物質(zhì)的原子，因而激光蒸發(fā)法產(chǎn)生的粒子能量一

38、般顯著高于粒子能量一般顯著高于普通的蒸發(fā)方法。普通的蒸發(fā)方法。54脈沖激光沉積脈沖激光沉積(PLD)方法方法:加熱源加熱源：脈沖激光：脈沖激光(準(zhǔn)分子激光器準(zhǔn)分子激光器)波長越短，光子能量越大，效率越高波長越短，光子能量越大，效率越高不要求高真空，但激光器價格昂貴不要求高真空，但激光器價格昂貴特點(diǎn)特點(diǎn)：蒸氣的成分與靶材料基本相同，蒸氣的成分與靶材料基本相同，沒有偏析現(xiàn)象沒有偏析現(xiàn)象；蒸發(fā)量可以由脈沖的數(shù)量蒸發(fā)量可以由脈沖的數(shù)量定量控制定量控制；有利于薄膜厚度控制；有利于薄膜厚度控制；沉積原子的沉積原子的能量比較高能量比較高，一般，一般10 20eV由于由于激光能量密度的限制激光能量密度的限制，

39、薄膜均勻性比較差；，薄膜均勻性比較差；55激光蒸發(fā)裝置激光蒸發(fā)裝置在激光加熱方法中，需要采在激光加熱方法中，需要采用特殊的窗口材料將激光束用特殊的窗口材料將激光束引入真空室中，并要使用引入真空室中，并要使用透透鏡或凹面鏡鏡或凹面鏡等將激光束聚焦等將激光束聚焦至被蒸發(fā)材料上。至被蒸發(fā)材料上。56 激光加熱法特別激光加熱法特別適用于蒸發(fā)那些成分比較復(fù)雜的合金或適用于蒸發(fā)那些成分比較復(fù)雜的合金或化合物材料化合物材料，例如近年來研究比較多的高溫超導(dǎo)材料，例如近年來研究比較多的高溫超導(dǎo)材料YBa2Cu3O7，以及鐵電陶瓷、鐵氧體薄膜等。這是因為，高，以及鐵電陶瓷、鐵氧體薄膜等。這是因為，高能量的激光束可

40、以在較短的時間內(nèi)將物質(zhì)的局部加熱至極能量的激光束可以在較短的時間內(nèi)將物質(zhì)的局部加熱至極高的溫度并產(chǎn)生物質(zhì)的蒸發(fā)，在此過程中被蒸發(fā)出來的物高的溫度并產(chǎn)生物質(zhì)的蒸發(fā)，在此過程中被蒸發(fā)出來的物質(zhì)仍能保持其原來的元素比例。質(zhì)仍能保持其原來的元素比例。 激光蒸發(fā)法也存在著激光蒸發(fā)法也存在著產(chǎn)生微小的物質(zhì)顆粒飛濺，影響薄產(chǎn)生微小的物質(zhì)顆粒飛濺，影響薄膜均勻性的問題膜均勻性的問題。57（5）空心陰極蒸發(fā)裝置）空心陰極蒸發(fā)裝置在中空金屬在中空金屬Ta管制成的陰極和被蒸發(fā)物質(zhì)制成的陽極之間加上一管制成的陰極和被蒸發(fā)物質(zhì)制成的陽極之間加上一定幅度的電壓，并在定幅度的電壓，并在Ta管內(nèi)通入少量的管內(nèi)通入少量的Ar氣

41、時，可在陰陽兩極氣時，可在陰陽兩極之間產(chǎn)生放電現(xiàn)象。這時，之間產(chǎn)生放電現(xiàn)象。這時，Ar離子的轟擊會使離子的轟擊會使Ta管的溫度升高管的溫度升高并維持在并維持在2000K以上的高溫下，從而能夠發(fā)射出大量的熱電子。以上的高溫下，從而能夠發(fā)射出大量的熱電子。將熱電子束從將熱電子束從Ta管內(nèi)引出并轟擊陽極，即可導(dǎo)致物質(zhì)的熱蒸發(fā)，管內(nèi)引出并轟擊陽極，即可導(dǎo)致物質(zhì)的熱蒸發(fā)，并在襯底上沉積出薄膜。并在襯底上沉積出薄膜。58特點(diǎn)特點(diǎn)一個是可以提供數(shù)安培至數(shù)百安培的一個是可以提供數(shù)安培至數(shù)百安培的高強(qiáng)度電子流高強(qiáng)度電子流，因而可以提，因而可以提高薄膜的沉積速度。另一方面，大電流蒸發(fā)使蒸發(fā)出來的物質(zhì)原高薄膜的沉積

42、速度。另一方面，大電流蒸發(fā)使蒸發(fā)出來的物質(zhì)原子進(jìn)一步發(fā)生子進(jìn)一步發(fā)生部分的離化部分的離化，從而生成大量的被蒸發(fā)物質(zhì)的離子。，從而生成大量的被蒸發(fā)物質(zhì)的離子。這樣，若在陽極與襯底之間加上一定幅度的偏置電壓的話，即可這樣，若在陽極與襯底之間加上一定幅度的偏置電壓的話，即可以使被蒸發(fā)物質(zhì)的離子轟擊襯底，從而影響薄膜的沉積過程，改以使被蒸發(fā)物質(zhì)的離子轟擊襯底，從而影響薄膜的沉積過程，改善薄膜的微觀組織。善薄膜的微觀組織。 其次，與上述多種蒸發(fā)方法不同，空心陰極在工作時需要維持其次，與上述多種蒸發(fā)方法不同，空心陰極在工作時需要維持有有110-2Pa的氣壓條件?？招年帢O在產(chǎn)生高強(qiáng)度電子流的同時，的氣壓條件

43、?？招年帢O在產(chǎn)生高強(qiáng)度電子流的同時，也容易產(chǎn)生陰極的損耗和蒸發(fā)物質(zhì)的飛濺。也容易產(chǎn)生陰極的損耗和蒸發(fā)物質(zhì)的飛濺。59 除激光法、電壓偏置情況下的空心陰極之外，多數(shù)蒸發(fā)方除激光法、電壓偏置情況下的空心陰極之外，多數(shù)蒸發(fā)方法的共同特點(diǎn)之一，是法的共同特點(diǎn)之一，是其蒸發(fā)和參與沉積的物質(zhì)粒子只具有其蒸發(fā)和參與沉積的物質(zhì)粒子只具有較低的能量較低的能量。下面列出了蒸發(fā)法涉及到的粒子能量的典型值下面列出了蒸發(fā)法涉及到的粒子能量的典型值以及其與物質(zhì)鍵合能之間的比較。顯然，與物質(zhì)鍵合能相比，以及其與物質(zhì)鍵合能之間的比較。顯然，與物質(zhì)鍵合能相比，一般蒸發(fā)法獲得的粒子能量較低，在薄膜沉積過程中所起的一般蒸發(fā)法獲得的

44、粒子能量較低，在薄膜沉積過程中所起的作用較小。因此在許多情況下，作用較小。因此在許多情況下，需要采用某些方法提高入射需要采用某些方法提高入射到襯底表面的粒子的能量到襯底表面的粒子的能量。60（1）LaB6 薄膜的制備工藝研究薄膜的制備工藝研究 LaB6 材料具有熔點(diǎn)高、導(dǎo)電性好、化學(xué)活性低、熱穩(wěn)定材料具有熔點(diǎn)高、導(dǎo)電性好、化學(xué)活性低、熱穩(wěn)定性高、對發(fā)射環(huán)境要求低等特殊的物理、化學(xué)性能性高、對發(fā)射環(huán)境要求低等特殊的物理、化學(xué)性能, 被公認(rèn)為被公認(rèn)為是種理想的冷、熱陰極電子發(fā)射材料。是種理想的冷、熱陰極電子發(fā)射材料。 由于制備大尺寸的由于制備大尺寸的LaB6 單晶棒在工藝上比較困難單晶棒在工藝上比

45、較困難, 在金屬在金屬上沉積上沉積LaB6 薄膜制作容易、消耗功率低、易于安裝薄膜制作容易、消耗功率低、易于安裝, 因此人因此人們將研究的方向指向六硼化鑭薄膜的制備。們將研究的方向指向六硼化鑭薄膜的制備。蒸發(fā)法制備薄膜舉例蒸發(fā)法制備薄膜舉例61薄膜的制備薄膜的制備 由于六硼化鑭材料的清潔度直接影響著制備的薄膜的特性由于六硼化鑭材料的清潔度直接影響著制備的薄膜的特性, 因因此對于六硼化鑭材料首先要進(jìn)行清洗。將選取的多晶此對于六硼化鑭材料首先要進(jìn)行清洗。將選取的多晶LaB6 材料材料, 按照以下步驟進(jìn)行清洗、處理：按照以下步驟進(jìn)行清洗、處理：(1) 用用NaOH 的飽和溶液煮沸的飽和溶液煮沸10

46、min, 去除線切割殘留的油污。去除線切割殘留的油污。(2) 用稀用稀HCL 清洗清洗, 以中和殘余的堿液并去除其他金屬原子。以中和殘余的堿液并去除其他金屬原子。(3) 用無水乙醇去除水分用無水乙醇去除水分, 并烘干。并烘干。(4) 將清洗完畢的材料將清洗完畢的材料, 在真空條件下進(jìn)行中頻加熱處理。真空在真空條件下進(jìn)行中頻加熱處理。真空度為度為Pa, 溫度溫度1700。62 基底選用玻璃和鉭片基底選用玻璃和鉭片, 使用的設(shè)備為南光使用的設(shè)備為南光H44500-3 型超高真型超高真空鍍膜機(jī)?；坠潭ㄔ谝粋€不銹鋼底座上，空鍍膜機(jī)?；坠潭ㄔ谝粋€不銹鋼底座上， e型電子槍為加工型電子槍為加工的塊狀的

47、塊狀LaB6 ，用來代替原設(shè)備中的鎢陰極，用來代替原設(shè)備中的鎢陰極, 試驗裝置的基本結(jié)試驗裝置的基本結(jié)構(gòu)如圖構(gòu)如圖1 所示。實(shí)驗過程中冷阱中持續(xù)添加液氮，真空度控制所示。實(shí)驗過程中冷阱中持續(xù)添加液氮，真空度控制在在810- 5310- 4Pa 之間，電子束加速級電壓控制在之間，電子束加速級電壓控制在4500V 左左右右, 電流為電流為80mA, 蒸發(fā)時間為蒸發(fā)時間為15min 。蒸發(fā)過程中通過控制。蒸發(fā)過程中通過控制電子電子束能量束能量來實(shí)現(xiàn)對多晶材料蒸發(fā)速率的控制來實(shí)現(xiàn)對多晶材料蒸發(fā)速率的控制, 通過通過蒸發(fā)時間蒸發(fā)時間來控制來控制蒸發(fā)薄膜的厚度。蒸發(fā)薄膜的厚度。6364薄膜分析薄膜分析SE

48、M 分析分析薄膜表面非常的致密薄膜表面非常的致密, 與基底有十分良好的附著力與基底有十分良好的附著力。 圖圖4 為為800退火退火20min 后樣品的后樣品的SEM 圖像圖像, 可以看出可以看出, 退火后的退火后的薄膜樣品由尺寸分布比較均勻的晶粒組成薄膜樣品由尺寸分布比較均勻的晶粒組成, 平均晶粒尺寸約為平均晶粒尺寸約為3m左右。薄膜表面相對比較平整左右。薄膜表面相對比較平整, 但存在少量的微孔和塊狀晶體。但存在少量的微孔和塊狀晶體。65圖圖6 中中( 1)( 2)( 3) 分別代表基底溫度為分別代表基底溫度為150 、350、600的衍射圖譜。的衍射圖譜。66（2）Cd1- xZnxTe 多

49、晶薄膜的制備、性能與光伏應(yīng)用多晶薄膜的制備、性能與光伏應(yīng)用 Cd1- xZnxTe (簡稱簡稱CZT ) 是一種性能優(yōu)異的是一種性能優(yōu)異的IIIV族三族三元化合物半導(dǎo)體材料，具有閃鋅礦立方結(jié)構(gòu)。它可以被看元化合物半導(dǎo)體材料，具有閃鋅礦立方結(jié)構(gòu)。它可以被看作兩種二元材料作兩種二元材料ZnTe和和CdTe的固溶體的固溶體, 改變改變Cd1- xZnxTe 中中Zn含量含量(x 值或稱組分值或稱組分) , 它的一些重要的物理性質(zhì)可以在預(yù)它的一些重要的物理性質(zhì)可以在預(yù)想的范圍內(nèi)變化。其禁帶寬度隨想的范圍內(nèi)變化。其禁帶寬度隨x 值變化在值變化在1149eV 到到2126eV 間連續(xù)可調(diào)。間連續(xù)可調(diào)。67

50、 正是由于正是由于Cd1- xZnxTe 材料具備這些優(yōu)異性質(zhì)材料具備這些優(yōu)異性質(zhì),使它在很多領(lǐng)域使它在很多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。如用有著廣泛的應(yīng)用。如用Cd1- xZnxTe制成的探測器能在常溫下工作制成的探測器能在常溫下工作, 性能優(yōu)異性能優(yōu)異, 是現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)是現(xiàn)在研究的熱點(diǎn); 它也是其他許多它也是其他許多IIIV族化合物半族化合物半導(dǎo)體材料理想的外延襯底導(dǎo)體材料理想的外延襯底; 而能隙寬度在而能隙寬度在1165 1175eV間的間的Cd1- x ZnxTe 薄膜材料作為高效級聯(lián)電池的頂層材料特別引人注目。還薄膜材料作為高效級聯(lián)電池的頂層材料特別引人注目。還有有, 在在CdTe 電池中電

51、池中, Cd1- xZnxTe是一種有望代替是一種有望代替ZnTe 材料來作為材料來作為與與CdTe 形成歐姆接觸的背接觸層材料。形成歐姆接觸的背接觸層材料。 用共蒸發(fā)法制備用共蒸發(fā)法制備Cd1- xZnxTe 多晶薄膜多晶薄膜, 能簡單控制所制備能簡單控制所制備薄膜的組分薄膜的組分, 也從實(shí)驗上得到了能隙與組分的關(guān)系。也從實(shí)驗上得到了能隙與組分的關(guān)系。68 使用下圖使用下圖 的共蒸發(fā)裝置來制備的共蒸發(fā)裝置來制備Cd1- x2ZnxTe 多晶薄膜。多晶薄膜。 真空室真空室(真空度真空度110- 3Pa) 中中, 兩個獨(dú)立的蒸發(fā)源分別兩個獨(dú)立的蒸發(fā)源分別加熱加熱ZnTe (99.998% ) 粉

52、末和粉末和CdTe (99.999% ) 粉末粉末, 蒸發(fā)蒸發(fā)ZnTe 的蒸發(fā)器的蒸發(fā)器用石英容器用石英容器, 外面繞上加熱鎢絲外面繞上加熱鎢絲, CdTe 粉末則用鉬舟加熱。兩個蒸發(fā)源之間粉末則用鉬舟加熱。兩個蒸發(fā)源之間隔有擋板隔有擋板, 以免互相間對探頭有干擾。以免互相間對探頭有干擾。用兩臺用兩臺LHC22 膜厚監(jiān)控儀對兩個蒸發(fā)膜厚監(jiān)控儀對兩個蒸發(fā)源各自進(jìn)行薄膜厚度和沉積速率的在源各自進(jìn)行薄膜厚度和沉積速率的在線監(jiān)控。實(shí)驗中襯底為普通顯微鏡用線監(jiān)控。實(shí)驗中襯底為普通顯微鏡用載玻片。載玻片。69 所有在玻璃襯底上用所有在玻璃襯底上用上述共蒸發(fā)法制備的上述共蒸發(fā)法制備的Cd1- x ZnxTe

53、 多晶薄膜的多晶薄膜的XRD 圖譜中圖譜中, 都只有一個峰都只有一個峰,它它就是就是CdTe 和和ZnTe的合金的合金碲鋅鎘碲鋅鎘.70 電池中碲化鎘是多晶薄膜電池中碲化鎘是多晶薄膜, 具有大量的晶粒間界和局部微孔具有大量的晶粒間界和局部微孔。這會形成微小的漏電通道而降低了電池的旁路電阻。這會形成微小的漏電通道而降低了電池的旁路電阻。71 Cd0.4Zn0.6Te 過渡層本身電阻率很高過渡層本身電阻率很高, 而且膜層很致密而且膜層很致密, 因此它能很好地起著堵塞碲化鎘中漏電通道的作用因此它能很好地起著堵塞碲化鎘中漏電通道的作用, 使電使電池的旁路電阻增加了池的旁路電阻增加了1212%。72 電

54、弧離子鍍是將電弧技術(shù)應(yīng)用于離子鍍中電弧離子鍍是將電弧技術(shù)應(yīng)用于離子鍍中,在真空環(huán)境下利用在真空環(huán)境下利用電弧蒸發(fā)作為鍍料粒子源實(shí)現(xiàn)離子鍍的過程電弧蒸發(fā)作為鍍料粒子源實(shí)現(xiàn)離子鍍的過程. 電弧離子鍍是物理電弧離子鍍是物理氣相沉積技術(shù)中應(yīng)用最廣氣相沉積技術(shù)中應(yīng)用最廣,同時也是進(jìn)行硬質(zhì)膜制備的唯一產(chǎn)業(yè)化同時也是進(jìn)行硬質(zhì)膜制備的唯一產(chǎn)業(yè)化方法方法. 同磁控濺射相比具有沉積速率高、附著力好、膜層致密、同磁控濺射相比具有沉積速率高、附著力好、膜層致密、易于控制、適應(yīng)性寬等特點(diǎn)易于控制、適應(yīng)性寬等特點(diǎn).電弧離子鍍技術(shù)制備的電弧離子鍍技術(shù)制備的TiAlN膜層具膜層具有較高的硬度有較高的硬度(HV16003500

55、) 、耐磨性、抗高溫氧化性、與基、耐磨性、抗高溫氧化性、與基體之間的結(jié)合力強(qiáng)以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)異的化學(xué)性能體之間的結(jié)合力強(qiáng)以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)異的化學(xué)性能,成為成為替代替代TiC、TiN等單一膜層的新一代膜系。等單一膜層的新一代膜系。（3）電弧離子鍍制備）電弧離子鍍制備TiAlN膜工藝研究膜工藝研究73 目前目前, 電弧離子鍍制備電弧離子鍍制備TiAlN 膜層的熱點(diǎn)是膜層的熱點(diǎn)是: (1)尋求制備納米顆粒尺度的膜層結(jié)構(gòu)工藝尋求制備納米顆粒尺度的膜層結(jié)構(gòu)工藝,進(jìn)一步提高進(jìn)一步提高膜層的性能膜層的性能; (2)消除液態(tài)金屬大顆粒，提高鍍膜質(zhì)量消除液態(tài)金屬大顆粒，提高鍍膜質(zhì)量; (3)改進(jìn)

56、制備工藝改進(jìn)制備工藝,提高膜層結(jié)合力。提高膜層結(jié)合力。如進(jìn)行膜層梯度設(shè)計、負(fù)偏壓控制、引入輔助沉積手段如進(jìn)行膜層梯度設(shè)計、負(fù)偏壓控制、引入輔助沉積手段以及進(jìn)行膜層沉積過程的熱處理等。以及進(jìn)行膜層沉積過程的熱處理等。74 在沉積時間為在沉積時間為30min ,弧流分別為弧流分別為60A、70A和和80A,其它沉積條其它沉積條件不變的條件下實(shí)驗結(jié)果表明件不變的條件下實(shí)驗結(jié)果表明:在在70A和和80A的條件下的條件下,膜層表面形膜層表面形貌沒有明顯改變貌沒有明顯改變,在在60A的弧流下的弧流下,膜層的顆粒密度和直徑明顯減小膜層的顆粒密度和直徑明顯減小.7576（4）氧化鎳薄膜的制備及電化學(xué)性質(zhì)）氧化

57、鎳薄膜的制備及電化學(xué)性質(zhì) 電子器件的微型化及微電機(jī)械系統(tǒng)的不斷進(jìn)步迫切要求微電子器件的微型化及微電機(jī)械系統(tǒng)的不斷進(jìn)步迫切要求微電池與之匹配電池與之匹配,全固態(tài)薄膜鋰離子電池全固態(tài)薄膜鋰離子電池因高能量密度、高電壓、因高能量密度、高電壓、長循環(huán)壽命、高安全性等優(yōu)點(diǎn)受到人們的重視。納米結(jié)構(gòu)電極長循環(huán)壽命、高安全性等優(yōu)點(diǎn)受到人們的重視。納米結(jié)構(gòu)電極的充放電速率、比容量和循環(huán)性能與傳統(tǒng)的電極相比有顯著的的充放電速率、比容量和循環(huán)性能與傳統(tǒng)的電極相比有顯著的提高。近年來提高。近年來,用于全固態(tài)薄膜鋰離子電池的納米薄膜電極的制用于全固態(tài)薄膜鋰離子電池的納米薄膜電極的制備成為研究熱點(diǎn)。備成為研究熱點(diǎn)。 脈沖

58、激光沉積脈沖激光沉積(PLD , Pulsed Laser Deposition) 制備薄膜時沉制備薄膜時沉積、晶化、成型一次完成積、晶化、成型一次完成,沉積速率高沉積速率高,反應(yīng)室無殘余熱反應(yīng)室無殘余熱,薄膜厚薄膜厚度容易控制度容易控制,近幾年來已經(jīng)報道了多種采用近幾年來已經(jīng)報道了多種采用PLD 技術(shù)制備高質(zhì)技術(shù)制備高質(zhì)量的電極薄膜。量的電極薄膜。77 脈沖激光沉積薄膜在不銹鋼反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行。先將反應(yīng)室抽真脈沖激光沉積薄膜在不銹鋼反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行。先將反應(yīng)室抽真空空,然后持續(xù)通入一定氣壓的純氧然后持續(xù)通入一定氣壓的純氧,氣體流量由一微調(diào)針閥控制。氣體流量由一微調(diào)針閥控制。355nm 激光由激光由N

59、d :YAG(摻釹的釔鋁石榴石）激光器產(chǎn)生的基頻摻釹的釔鋁石榴石）激光器產(chǎn)生的基頻經(jīng)三倍頻后獲得經(jīng)三倍頻后獲得,頻率為頻率為10Hz ,脈寬為脈寬為6ns ,激光輸出的能量由能量激光輸出的能量由能量計計RJ7200 型測定。型測定。355nm 激光以激光以45入射角聚焦在可轉(zhuǎn)動的入射角聚焦在可轉(zhuǎn)動的NiO 靶上靶上,形成等離子體沉積在距靶形成等離子體沉積在距靶310cm 的基片上的基片上,基片溫度基片溫度600 ,沉積時間沉積時間210h。沉積后于。沉積后于300 下退火下退火210h。7879PLD 法制備的法制備的NiO 薄膜的表面及剖面照片薄膜的表面及剖面照片80（5）電子束蒸發(fā)制備）電

60、子束蒸發(fā)制備ZnO Al透明導(dǎo)電膜及其性能研究透明導(dǎo)電膜及其性能研究 氧化鋅是一種新型的寬禁帶半導(dǎo)體材料氧化鋅是一種新型的寬禁帶半導(dǎo)體材料,具有和具有和GaN相同的六相同的六方晶格結(jié)構(gòu)方晶格結(jié)構(gòu),有相近的晶格常數(shù)和禁帶寬度。它在紫外激光器、平有相近的晶格常數(shù)和禁帶寬度。它在紫外激光器、平面顯示器、半導(dǎo)體器件、太陽電池、壓電材料、航天等領(lǐng)域有廣面顯示器、半導(dǎo)體器件、太陽電池、壓電材料、航天等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景闊的應(yīng)用前景,是目前半導(dǎo)體材料的研究熱點(diǎn)之一。是目前半導(dǎo)體材料的研究熱點(diǎn)之一。 摻鋁氧化鋅薄膜又稱氧化鋅鋁摻鋁氧化鋅薄膜又稱氧化鋅鋁(AZO)是一種重?fù)诫s、高兼并的是一種重?fù)诫s、高兼并的n