薄膜材料與薄膜技術(shù)3課件(PPT 160頁(yè))

1、薄膜與高新技術(shù) 材料、信息技術(shù)與能源稱為現(xiàn)代人類文明的三大支柱。國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各部門和高技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展都不可避免地受到材料發(fā)展的制約或推動(dòng)。新材料的發(fā)展水平成為了衡量國(guó)家技術(shù)水平和綜合實(shí)力的重要標(biāo)志。 何謂“新材料”？簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是那些新出現(xiàn)或已在發(fā)展中的，在成分、組織、結(jié)構(gòu)、形態(tài)等方面不同于普通材料，具有傳統(tǒng)材料所不具備的優(yōu)異性能和特殊功能的材料。 何謂“高技術(shù)”？簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是采用新材料、新工藝，產(chǎn)生更高效益，能促進(jìn)人類物質(zhì)文明和精神文明更快進(jìn)步的技術(shù)。 而薄膜，正是一種新型的材料，薄膜技術(shù)是一種新型的高技術(shù)。第1頁(yè)，共160頁(yè)。薄膜材料受到關(guān)注的理由：(1) 薄膜技術(shù)是實(shí)現(xiàn)器件輕薄短小化和系

2、統(tǒng)集成化的有效手段。(2) 隨著器件的尺寸減小乃至粒子量子化運(yùn)動(dòng)的尺度，薄膜材料或其器件將顯示出許多全新的物理現(xiàn)象。薄膜技術(shù)是制備這類新型功能器件的有效手段。(3) 薄膜氣相沉積涉及從氣相到固相的超急冷過(guò)程，易于形成非穩(wěn)態(tài)物質(zhì)及非化學(xué)計(jì)量的化合物膜層。(4) 由于鍍料的氣化方式很多，通過(guò)控制氣氛還可以進(jìn)行反應(yīng)沉積，因此，可以得到各種材料的膜層；可以較方便地采用光、等離子體等激發(fā)手段，在一般條件下，即可獲得在高溫、高壓、高能量密度下才能獲得的物質(zhì)。(5) 通過(guò)基板、鍍料、反應(yīng)氣氛、沉積條件的選擇，可對(duì)界面結(jié)構(gòu)、結(jié)晶狀態(tài)，膜厚等進(jìn)行控制；表面精細(xì)，便于光刻制電路圖形；有成熟經(jīng)驗(yàn)，易于在其他應(yīng)用領(lǐng)域

3、中推廣。第2頁(yè)，共160頁(yè)。市場(chǎng)份額由2004年的71億美元增長(zhǎng)到2009年的135億美元年平均增長(zhǎng)幅度達(dá)到13.7%。采用薄膜技術(shù)材料在世界范圍內(nèi)所占的市場(chǎng)第3頁(yè)，共160頁(yè)。薄膜與工作、生活的聯(lián)系 互聯(lián)網(wǎng)與薄膜技術(shù)等離子壁掛電視 發(fā)展迅猛的TFT-LCD 生物計(jì)算機(jī)與薄膜技術(shù) 正在進(jìn)展中的人造大腦 微機(jī)械使重癥患者起死回生 加速度傳感器 實(shí)現(xiàn)MEMS的薄膜與微細(xì)加工技術(shù) 原子的人工組裝 碳納米管和富勒烯第4頁(yè)，共160頁(yè)?；ヂ?lián)網(wǎng)與薄膜技術(shù) 當(dāng)今信息社會(huì)，人們通過(guò)電視機(jī)、收音機(jī)、手機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)等，可即時(shí)看到或聽(tīng)到世界上所發(fā)生的“鮮”、“活”新聞，如同人們長(zhǎng)上了千里眼、順風(fēng)耳。完成這一切，需要許

4、多采集、處理信息及通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，而這些設(shè)備都需要數(shù)量巨大的元器件、電子回路、集成電路等。薄膜技術(shù)是制作這些元器件、電子回路、集成電路的基礎(chǔ)。通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)可以按計(jì)劃、遠(yuǎn)距離、隨心所欲地操作自宅家電可代替人工作的機(jī)器人將出現(xiàn)在我們面前第5頁(yè)，共160頁(yè)。等離子壁掛電視 以等離子體平板顯示器、液晶顯示器為代表的平板顯示器。畫面對(duì)角線超過(guò)2.5，厚度僅有幾厘米，圖像清晰、逼真的壁掛式PDP已在機(jī)場(chǎng)、車站、會(huì)議室乃至家庭中廣泛采用。 目前，可折疊卷曲的顯示器正在研究中，而且人們欣賞立體畫面的時(shí)代已為期不遠(yuǎn)。與此同時(shí)，發(fā)光二極管顯示器、有機(jī)電致發(fā)光顯示器等也在急速發(fā)展之中。畫面對(duì)角線106cm的等離子壁掛彩

5、電第6頁(yè)，共160頁(yè)。薄膜材料的簡(jiǎn)單分類薄膜材料涂層或厚膜薄膜(1um)(力,熱,磁,生物等)第7頁(yè)，共160頁(yè)。薄膜材料的制備技術(shù)薄膜材料的制備技術(shù)真空技術(shù)噴涂電鍍物理氣相沉積技術(shù)(PVD)化學(xué)氣相沉積技術(shù)(CVD)蒸發(fā)-機(jī)械-化學(xué)方法大于1um第8頁(yè)，共160頁(yè)。薄膜材料的表征薄膜材料的表征結(jié)構(gòu)物性組份電子結(jié)構(gòu)光學(xué)性質(zhì)電學(xué)性質(zhì)力,熱,磁,生物等性質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)第9頁(yè)，共160頁(yè)。真空區(qū)域的劃分粗真空：1105 1102 Pa。低真空： 1102 1101 Pa。高真空： 1101 1106 Pa。超高真空： 1106 Pa。第10頁(yè)，共160頁(yè)。11/40半導(dǎo)體薄膜：Si介質(zhì)薄膜：SiO2，S

6、i3N4, BPSG（硼磷硅玻璃），金屬薄膜：Al，Cu，W，Ti， 在集成電路制備中，很多薄膜材料由淀積工藝形成.單晶薄膜：Si, SiGe（外延）多晶薄膜：poly-Si第11頁(yè)，共160頁(yè)。12/401）化學(xué)氣相淀積 Chemical Vapor Deposition (CVD)所需固體薄膜一種或數(shù)種物質(zhì)的氣體，以某種方式激活后，在襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并淀積出所需固體薄膜的生長(zhǎng)技術(shù)。 例如：APCVD, LPCVD, PECVD, HDPCVD2）物理氣相淀積 Physical Vapor Deposition (PVD)利用某種物理過(guò)程實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，即將原子或分子轉(zhuǎn)移到襯底（硅）表

7、面上，并淀積成薄膜的技術(shù)。例如：蒸發(fā) evaporation，濺射sputtering兩類主要的淀積方式第12頁(yè)，共160頁(yè)。13/40除了CVD和PVD外，制備薄膜的方法還有:銅互連是由電鍍工藝制作旋涂Spin-on鍍/電鍍electroless plating/electroplating第13頁(yè)，共160頁(yè)。一、化學(xué)氣相沉積的基本原理化學(xué)氣相沉積: 通過(guò)氣相化學(xué)反應(yīng)的方式將 反應(yīng)物沉積在基片表面的一 種薄膜制備技術(shù). 三個(gè)基本過(guò)程化學(xué)反應(yīng)及沉積過(guò)程反應(yīng)物的輸運(yùn)過(guò)程去除反應(yīng)副產(chǎn)物過(guò)程第14頁(yè)，共160頁(yè)。15/40化學(xué)氣相淀積（CVD）單晶 (外延）、多晶、非晶（無(wú)定型）薄膜半導(dǎo)體、介質(zhì)、

8、金屬薄膜常壓化學(xué)氣相淀積（APCVD），低壓CVD (LPCVD)，等離子體增強(qiáng)淀積（PECVD）等CVD反應(yīng)必須滿足三個(gè)揮發(fā)性標(biāo)準(zhǔn)在淀積溫度下,反應(yīng)劑必須具備足夠高的蒸汽壓除淀積物質(zhì)外,反應(yīng)產(chǎn)物必須是揮發(fā)性的淀積物本身必須具有足夠低的蒸氣壓第15頁(yè)，共160頁(yè)。化學(xué)氣相沉積中的基本化學(xué)反應(yīng)1.熱分解反應(yīng)SiH4 (氣) Si (固) + 2H2 (氣)2.還原反應(yīng)SiCl2(氣) + 2H2 (氣) Si (固) + 4HCl (氣) 3.氧化反應(yīng)-制備氧化物SiH4(氣) + O2(氣) SiO2(固) + 2H2(氣) 4.氮化或碳化反應(yīng)-制備氮化物和碳化物3SiH4(氣) + 4NH3

9、(氣) Si3N4(固) + 12H2(氣)3TiCl4(氣) + CH4(氣) TiC(固) + 4HCl(氣)5.化合反應(yīng)-化合物制備Ga(CH3)2(氣) + AsH3(氣) GaAs(固) + 3CH4(氣) 第16頁(yè)，共160頁(yè)。化學(xué)氣相沉積的優(yōu)缺點(diǎn)可以準(zhǔn)確控制薄膜的組分及摻雜水平使其組分具有理想化學(xué)配比；可在復(fù)雜形狀的基片上沉積成膜；由于許多反應(yīng)可在大氣壓下進(jìn)行，系統(tǒng)不需要昂貴的真空設(shè)備；高沉積溫度會(huì)大幅度改善晶體的完整性；可以利用某些材料在熔點(diǎn)或蒸發(fā)時(shí)分解的特點(diǎn)而得到其他方法無(wú)法得到的材料；沉積過(guò)程可以在大尺寸基片或多基片上進(jìn)行。 化學(xué)氣相沉積是制備各種各樣薄膜材料的一種重要和普

10、遍使用的技術(shù)，利用這一技術(shù)可以在各種基片上制備元素及化合物薄膜。其優(yōu)點(diǎn)是：化學(xué)反應(yīng)需要高溫；反應(yīng)氣體會(huì)與基片或設(shè)備發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；在化學(xué)氣相沉積中所使用的設(shè)備可能較為復(fù)雜，且有許多變量需要控制。其缺點(diǎn)是：第17頁(yè)，共160頁(yè)。化學(xué)氣相沉積制備的薄膜材料第18頁(yè)，共160頁(yè)。第19頁(yè)，共160頁(yè)。1化學(xué)氣相沉積制備非晶BN薄膜Nakamura使用的沉積條件為：B10H14氣壓 2105NH3氣壓 2.71030.11PaNH3 / B10H14 1:40基片溫度 3001150沉積時(shí)間 30300min使用的基片 Ta、Si和SiO2第20頁(yè)，共160頁(yè)。2化學(xué)氣相沉積制備金屬氧化薄膜用此裝置，A

11、jayi等人制備了Al2O3、CuO、CuO/ Al2O3和In2O3金屬氧化膜。沉積條件：將Ar通入裝置，在保持420溫度2h下可長(zhǎng)成厚度為1020nm的氧化膜，最后經(jīng)退火處理12h,便可得到產(chǎn)物。第21頁(yè)，共160頁(yè)。3催化化學(xué)氣相沉積低溫沉積SiN膜沉積條件為：催化器溫度 12001390基片溫度 230380沉積過(guò)程氣壓 71000PaSiH4氣氣壓 724Pa（N2H4+N2)/SiH4 010SiH4流量 210sccm第22頁(yè)，共160頁(yè)。4激光化學(xué)氣相沉積 激光化學(xué)氣相沉積是通過(guò)使用激光源產(chǎn)生出來(lái)的激光束實(shí)現(xiàn)化學(xué)氣相沉積的一種方法。包括兩種機(jī)制：光致化學(xué)反應(yīng)、熱致化學(xué)反應(yīng)。 在

12、光致化學(xué)反應(yīng)中，具有足夠高能量的光子用于使分子分解并成膜，或與存在于反應(yīng)氣體中其他化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)并在鄰近的基片上形成化合物膜；在熱致化學(xué)反應(yīng)中，激光束用于加熱源實(shí)現(xiàn)熱致分解，在基片上引起的溫度升高控制著沉積。 應(yīng)用激光化學(xué)沉積，已經(jīng)制備出了Al、Ni、Au、Si、SiC、多晶Si和Al/Au膜。第23頁(yè)，共160頁(yè)。5 光化學(xué)氣相沉積 當(dāng)高能光子有選擇地激發(fā)表面吸附分子或氣體分子而導(dǎo)致斷裂、產(chǎn)生自由化學(xué)粒子形成膜或在鄰近地基片上形成化合物時(shí)，光化學(xué)沉積便發(fā)生了。這一過(guò)程強(qiáng)烈地依入射線地波長(zhǎng)，光化學(xué)沉積可由激光或紫外光燈來(lái)實(shí)現(xiàn)。除了直接的光致分解過(guò)程外，也可由汞敏化光化學(xué)氣相沉積獲得高質(zhì)量薄膜。

13、其優(yōu)點(diǎn)是：沉積在低溫下進(jìn)行、沉積速度快、可生長(zhǎng)亞穩(wěn)相和形成突變結(jié)。 應(yīng)用光化學(xué)氣相沉積，已經(jīng)得到許多膜材料：各種金屬、介電和絕緣體，化合物半導(dǎo)體非晶Si和其他的合金如a-SiGe。第24頁(yè)，共160頁(yè)。6 汞敏化學(xué)氣相沉積制備a-Si:H膜 實(shí)驗(yàn)條件 Ar作為攜載氣體將SiH4氣體導(dǎo)入真空室。使用的低壓汞燈的共振線分別2537nm184.9nm。基片溫度200350。氣體流速為（SiH4， 130sccm; Ar, 100700sccm)。汞敏化過(guò)程:Hg* + SiH4 (氣) Hg + Si (固) + 2H2 (氣)第25頁(yè)，共160頁(yè)。7 Si2H6直接光致分解沉積a-Si:H膜 實(shí)驗(yàn)

14、條件 由微波激發(fā)引起的H2放電管用作真空紫外線源，用He稀釋的Si2H6/He和He流量分別為50sccm和150sccm。壓強(qiáng)為267Pa,基片為玻璃或硅片，在基片溫度為50350時(shí)沉積持續(xù)5h。第26頁(yè)，共160頁(yè)。8 激光輔助制備a-SiOX膜的光致化學(xué)沉積 實(shí)驗(yàn)條件 Si2H6和N2O的混合氣體通過(guò)多孔盤噴射到幾片表面，基片溫度保持在300，當(dāng)N2O/ Si2H6流量比大于200時(shí)可以得到產(chǎn)物。第27頁(yè)，共160頁(yè)。9 用激光光化學(xué)沉積制備具有高擊穿電場(chǎng)的SiN薄膜 實(shí)驗(yàn)條件 使用ArF激光器，NH3和硅烷比為：5：1，總氣壓為33Pa，沉積溫度為225625。第28頁(yè)，共160頁(yè)。利

15、用光化學(xué)氣相沉積制備的薄膜第29頁(yè)，共160頁(yè)。第30頁(yè)，共160頁(yè)。10 等離子體化學(xué)氣相沉積 通過(guò)射頻場(chǎng),直流場(chǎng)或微波場(chǎng)使得反應(yīng)氣體呈等離子體態(tài),其中的電子運(yùn)動(dòng)(1-20eV)導(dǎo)致氣體分子的電離分解,形成自由原子,分子,離子團(tuán)簇,沉積在基片表面。 優(yōu)點(diǎn)：低溫沉積、沉積速度快、易生長(zhǎng)亞穩(wěn)相。 應(yīng)用等離子體化學(xué)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(dǎo)體,非晶態(tài)和其他的合金相。第31頁(yè)，共160頁(yè)。11 等離子體增化學(xué)氣相沉積第32頁(yè)，共160頁(yè)。第33頁(yè)，共160頁(yè)。12 交錯(cuò)立式電極沉積a-Si:H膜實(shí)驗(yàn)條件： 氣體混合比SiH4/(SiH4+H2) 10%100% 射

16、頻功率密度 1020mW/cm2 總氣壓 13267Pa SiH4流量 60sccm 基片溫度 200300第34頁(yè)，共160頁(yè)。13 遠(yuǎn)等離子體增強(qiáng)CVD沉積SiO2或Si3N4膜沉積步驟： 1、氣體或混合氣體的射頻受激； 2、受激N2 或O2 傳輸離開(kāi)等離子區(qū)； 3、受激N2 或O2 與SiH4 或Si2H6 反應(yīng)； 4、在加熱基片處，實(shí)現(xiàn)最后的化學(xué)氣相 沉積反應(yīng)過(guò)程。第35頁(yè)，共160頁(yè)。遠(yuǎn)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積參數(shù)第36頁(yè)，共160頁(yè)。14 感應(yīng)加熱等離子體助化學(xué)氣相沉積SiN膜實(shí)驗(yàn)條件： 感應(yīng)加熱等離子體在感應(yīng)耦合石英管中產(chǎn)生，N2引入這個(gè)石英管中，氣壓保持在133Pa, 所施加的

17、射頻功率為34K。第37頁(yè)，共160頁(yè)。沉積SiNX介電薄膜的微波受激等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積實(shí)驗(yàn)條件： 射頻為2.45GHz的微波通過(guò)長(zhǎng)方形波導(dǎo)管導(dǎo)入石英管中。基片放在沉積室中，并由基片加熱器加熱到600。真空室的真空度為1.33105Pa。第38頁(yè)，共160頁(yè)。電子回旋共振等離子體系統(tǒng) 等離子體室接受頻率為2.45GHz的微波，微波由微波源通過(guò)波導(dǎo)和石英窗導(dǎo)入，電子回旋共振在875G磁場(chǎng)下發(fā)生，從而獲得高度激活的等離子體。第39頁(yè)，共160頁(yè)。制備金剛石膜的直流等離子體化學(xué)氣相沉積 由直流等離子體化學(xué)氣相沉積，使用CH4,H2作為反應(yīng)氣體，在Si和a-Al2O3基片上，成功生長(zhǎng)出了金剛石薄

18、膜。第40頁(yè)，共160頁(yè)。中空陰極沉積a-Si: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。從中空陰極到垂直陰極筒40mm處放置基片，薄膜沉積在接地且溫度保持在230的基片上。放電功率通過(guò)改變直流電流（2515mA)來(lái)改變。第41頁(yè)，共160頁(yè)。沉積a-Si的脈沖電磁感應(yīng)系統(tǒng) 脈沖等離子體由通入70kA的電流的螺線管線圈激發(fā)所產(chǎn)生，放電管充滿SiH4/Ar氣，薄膜沉積在與放電管相垂直的基片上。第42頁(yè)，共160頁(yè)。制備a-SiC:H的電場(chǎng)增強(qiáng)的 PECVD 頻率為13.56MHz的射頻源感應(yīng)耦合到感應(yīng)器上。源氣體SiH4和CH4用H2稀釋保持CH4/(SiH

19、4+H2)的流量比在075之間，反應(yīng)器的壓強(qiáng)為67Pa，基片溫度為200500之間，射頻功率固定在50W,直流電壓從300變到250V。第43頁(yè)，共160頁(yè)。二、電鍍電鍍:通過(guò)電流在導(dǎo)電液中的流動(dòng)而產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),最終在陰極上沉積某一物質(zhì)的過(guò)程。電鍍方法只適用于在導(dǎo)電的基片上沉積金屬或合金。在70多種金屬中只有33種金屬可以用電鍍法來(lái)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(diǎn):生長(zhǎng)速度快,基片形狀可以是任意的.缺點(diǎn):生長(zhǎng)過(guò)程難以控制.第44頁(yè)，共160頁(yè)。電鍍第45頁(yè)，共160頁(yè)。2.1、化學(xué)鍍

20、 化學(xué)鍍:不加任何電場(chǎng)，直接通過(guò)化學(xué)反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)薄膜沉積的方法。它是一種非常簡(jiǎn)單的技術(shù)，不需要高溫，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。利用化學(xué)鍍方法制備的產(chǎn)物有：金屬膜（如Ni、Co、Pd、Au)；氧化物膜（如PbO2TlO3、In2O3、SnO2、Sb摻雜的SnO2膜、透明導(dǎo)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）。第46頁(yè)，共160頁(yè)。2.2、陽(yáng)極反應(yīng)沉積法陽(yáng)極反應(yīng)沉積法又稱陽(yáng)極氧化法,是通過(guò)陽(yáng)極反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的氧化物的沉積.在陽(yáng)極反應(yīng)中，金屬在適當(dāng)?shù)碾娊庖褐凶鳛殛?yáng)極，而金

21、屬或石墨作為陰極,當(dāng)電流通過(guò)時(shí)，金屬陽(yáng)極表面被消耗并形成氧化涂層,也就是在陽(yáng)極金屬表面生長(zhǎng)氧化物薄膜。主要用于金屬氧化物涂層的制備.第47頁(yè)，共160頁(yè)。第48頁(yè)，共160頁(yè)。2.3、LB技術(shù) Langmuir-Blodgett (LB)技術(shù):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。基本原理:一清潔親水基片在待沉積單層擴(kuò)散前浸入水中，然后單層擴(kuò)散并保持在一定的表面壓力狀態(tài)下，基片沿著水表面緩慢抽出，則在基片上形成一單層膜。三種LB膜:X型-基片下沉;Y型-基片下沉和抽出;Z型-基片抽出.第49頁(yè)，共160頁(yè)。 物理氣相沉積: 通過(guò)物理的方法使源材料發(fā)射氣相粒

22、子然后沉積在基片表面的一種薄膜制備技術(shù). 三個(gè)基本過(guò)程發(fā)射粒子的輸運(yùn)過(guò)程源材料粒子的發(fā)射過(guò)程粒子在基片表面沉積過(guò)程三、薄膜制備的物理方法第50頁(yè)，共160頁(yè)。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(zhǎng)技術(shù)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:第51頁(yè)，共160頁(yè)。3.1、真空蒸發(fā)沉積真空蒸發(fā)沉積薄膜具有簡(jiǎn)單便利、操作容易、成膜速度快、效率高等特點(diǎn)，是薄膜制備中最為廣泛使用的技術(shù)，缺點(diǎn)是形成的薄膜與基片結(jié)合較差，工藝重復(fù)性不好。大量材料都可以在真空中蒸發(fā)，最終在基片上凝結(jié)以形成薄膜。真空蒸發(fā)沉積技過(guò)程由三個(gè)步驟組成：1、蒸發(fā)源材料由凝聚相轉(zhuǎn)變成氣相；2、在蒸發(fā)源與

23、基片之間蒸發(fā)粒子的輸運(yùn)；3、蒸發(fā)粒子到達(dá)基片后凝結(jié)、成核、長(zhǎng)大、成膜。第52頁(yè)，共160頁(yè)。真空蒸發(fā)沉積的物理原理 在時(shí)間t內(nèi)，從表面A蒸發(fā)的最大粒子數(shù)dN為：dN/Adt=(2mkT)-1/2P如果d0是在距點(diǎn)源正上方中心h處的沉積厚度，d為偏離中心l處的厚度，則：d/d0=1/1+(l/h)23/2d/d0=1/1+(l/h)22如果是小平面蒸發(fā)源第53頁(yè)，共160頁(yè)。真空蒸發(fā)技術(shù)電阻加熱蒸發(fā)閃爍蒸發(fā)法電子束蒸發(fā)激光蒸發(fā)電弧蒸發(fā)射頻加熱真空蒸發(fā)系統(tǒng):真空室,蒸發(fā)源,基片第54頁(yè)，共160頁(yè)。電阻加熱蒸發(fā) 電阻加熱蒸發(fā)法是將待蒸發(fā)材料放置在電阻加熱裝置中，通過(guò)電路中的電阻加熱給待沉積材料提供

24、蒸發(fā)熱使其汽化。電阻加熱蒸發(fā)法是實(shí)驗(yàn)室和工亞生產(chǎn)制備單質(zhì)、氧化物、介電質(zhì)、半導(dǎo)體化合物薄膜的最常用方法。這類方法的主要缺點(diǎn)是： 1、支撐坩鍋及材料與蒸發(fā)物反應(yīng)； 2、難以獲得足夠高的溫度使介電材料如 Al2O3、Ta2O5、TiO2等蒸發(fā)； 3、蒸發(fā)率低； 4、加熱時(shí)合金或化合物會(huì)分解。第55頁(yè)，共160頁(yè)。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(shí)，應(yīng)用閃爍蒸發(fā)法可以克薄膜化學(xué)組分偏離蒸發(fā)物原有組分的困難。閃爍蒸發(fā)技術(shù)已用于制備III-V族化合物、半導(dǎo)體薄膜、金屬陶瓷薄膜、超導(dǎo)氧化物薄膜。其缺陷是待蒸發(fā)粉末的預(yù)排氣較困難；可能會(huì)釋放大量的氣體，膨脹的氣體可能會(huì)發(fā)生“飛濺”現(xiàn)象。

25、 第56頁(yè)，共160頁(yè)。電子束蒸發(fā) 在電子束蒸發(fā)技術(shù)中，一束電子通過(guò)電場(chǎng)后被加速，最后聚焦到待蒸發(fā)材料的表面。當(dāng)電子束打到待蒸發(fā)材料表面時(shí)，電子會(huì)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)。 在電子束蒸發(fā)系統(tǒng)中，電子束槍是其核心部分，電子束槍可分為熱陰極和等離子體電子兩種類型。第57頁(yè)，共160頁(yè)。電子束蒸發(fā)第58頁(yè)，共160頁(yè)。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)。其優(yōu)點(diǎn)是：1、減少來(lái)自熱源的污染；2、減少來(lái)自待蒸鍍材料支撐物的污染；3、可獲得高功率密度激光束，使高熔點(diǎn)材料也可以以較高的沉積速率被蒸發(fā)；4、由于光束發(fā)散性較小，激光及其相關(guān)設(shè)備可以相距較遠(yuǎn)；5

26、、容易實(shí)現(xiàn)同時(shí)或順序多源蒸發(fā)。應(yīng)用右圖所示裝置，F(xiàn)ujimor等人應(yīng)用連續(xù)波長(zhǎng)CO2激光器作為加熱源制備了碳膜。第59頁(yè)，共160頁(yè)。 Mineta等人用CO2激光器作為熱源可將Al2O3、Si3N4和其他陶瓷材料沉積到鉬基片上。Yang和Cheung利用脈沖激光技術(shù)在GaAs和玻璃基片上制備了SnO2薄膜。第60頁(yè)，共160頁(yè)。 Sankur和Cheung利用以上裝置在各種基片上制備了具有高度擇優(yōu)取向、透明的ZnO薄膜。 以上裝置用于制備Cd3As2薄膜。第61頁(yè)，共160頁(yè)。Baleva等人應(yīng)用以上裝置制備了Pb1-xCdxSe 薄膜。Scheibe等人應(yīng)用以上裝置蒸發(fā)沉積金和碳薄膜。第6

27、2頁(yè)，共160頁(yè)。Serbezov等人應(yīng)用以上裝置制備了YBa2Cu3O7-X薄膜。Russo 等人用以上裝置制備了金屬過(guò)渡層和YBCO薄膜。第63頁(yè)，共160頁(yè)。電弧蒸發(fā)真空電弧蒸發(fā)屬于物理氣相沉積，在這一方法中，所沉積的粒子：1、要被產(chǎn)生出來(lái)；2、要被輸運(yùn)到基片；3、最后凝聚在基片上以形成所需性質(zhì)的薄膜。等離子體的輸運(yùn)可由簡(jiǎn)單模型來(lái)描述，遠(yuǎn)離陰極的離子電流密度可寫成：Ji=FIG(,)/2r2沉積率可寫為：Vd=JiCsmi/eZ基片的熱通量可為：S=Jiuh第64頁(yè)，共160頁(yè)。電弧沉積設(shè)備第65頁(yè)，共160頁(yè)。射頻加熱通過(guò)射頻加熱的方式使源材料蒸發(fā).特點(diǎn):通過(guò)射頻線圈的適當(dāng)安置,可以使

28、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。例如:Thompson和Libsch使用氮化硼坩鍋，通過(guò)感應(yīng)加熱沉積了鋁膜。第66頁(yè)，共160頁(yè)。3.2、濺射在某一溫度下,如果固體或液體受到適當(dāng)?shù)母吣茈x子的轟擊,那么固體或液體中的原子通過(guò)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(lái)。第67頁(yè)，共160頁(yè)。濺射的基本原理 濺射是轟擊離子與靶粒子之間 動(dòng)量傳遞的結(jié)果.左圖可以證明 這一點(diǎn)：（a)濺射出來(lái)的粒子角分布取 決于入射粒子的方向；（b)從單晶靶濺射出來(lái)的粒子 顯

29、示擇優(yōu)取向； (c)濺射率不僅取決于入射粒子 的能量，也取決于其質(zhì)量。（d)濺射出來(lái)的粒子的平均速率 比熱蒸發(fā)粒子的平均速率高 的多。第68頁(yè)，共160頁(yè)。輝光放電系統(tǒng)(入射離子的產(chǎn)生)濺射區(qū)電弧區(qū)第69頁(yè)，共160頁(yè)。輝光放電區(qū)輝光放電時(shí)明暗光區(qū)分布示意圖靶基片第70頁(yè)，共160頁(yè)。濺射鍍膜的特點(diǎn)相對(duì)于真空蒸發(fā)鍍膜，濺射鍍膜具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、對(duì)于任何待鍍材料，只要能做成靶材，就可實(shí)現(xiàn)濺射；2、濺射所獲得的薄膜與基片結(jié)合較好；3、濺射所獲得的薄膜純度高，致密性好；4、濺射工藝可重復(fù)性好，膜厚可控制，同時(shí)可以在大面積 基片上獲得厚度均勻的薄膜。濺射存在的缺點(diǎn)是：沉積速率低，基片會(huì)受到等離子體的輻

30、 照等作用而產(chǎn)生溫升。第71頁(yè)，共160頁(yè)。濺射參數(shù)濺射閾值：將靶材原子濺射出來(lái)所需的最小能量值。濺射率：有稱濺射產(chǎn)額或?yàn)R射系數(shù),表示入射正離子轟擊靶陰極 時(shí),平均每個(gè)正離子能從靶陰極中打出的原子數(shù)。濺射粒子的速度和能量：濺射原子所獲得的能量值在110eV。 1.原子序數(shù)大的濺射原子逸出時(shí)能量較高，而原子序數(shù)小的濺射 原子濺射逸出的速度較高。 2.在相同的轟擊能量下，濺射原子逸出能量隨入射離子的質(zhì)量而 線性增加。 3.濺射原子平均逸出能量隨入射離子能量的增加而增大，擔(dān)當(dāng)入 射離子能量達(dá)到某一較高值時(shí)，平均逸出能量趨于恒定。第72頁(yè)，共160頁(yè)。濺射裝置根據(jù)濺射裝置中電極的特點(diǎn),其種類可以分為：

31、1. 直流濺射: 靶材是良導(dǎo)體.2. 射頻濺射: 靶材可以是導(dǎo)體,半導(dǎo)體和絕緣體.3. 磁控濺射: 通過(guò)磁場(chǎng)約束電子的運(yùn)動(dòng)以增強(qiáng)電子對(duì) 工作氣體的電離效率。4.離子束濺射第73頁(yè)，共160頁(yè)。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(duì)的基片則連接到電源的陽(yáng)極。通過(guò)電極加上15kV的直流電壓，充入到真空室的中性氣體如Ar便會(huì)開(kāi)始輝光放電。第74頁(yè)，共160頁(yè)。直流二級(jí)濺射制備薄膜實(shí)例第75頁(yè)，共160頁(yè)。三級(jí)濺射第76頁(yè)，共160頁(yè)。射頻濺射制備薄膜實(shí)例第77頁(yè)，共160頁(yè)。第78頁(yè)，共160頁(yè)。磁控濺射實(shí)例磁控濺射陰極特征Serikawa和Okamoto設(shè)計(jì)了左圖中所示的裝置，

32、并用其制備了硅膜。第79頁(yè)，共160頁(yè)。磁控濺射實(shí)例Kobayashi等人用以上裝置制備了具有高沉積率的難熔金屬硅酸鹽膜。Chang等人用以上系統(tǒng)可以獲得高沉積率濺射Ni。第80頁(yè)，共160頁(yè)。磁控濺射實(shí)例Yoshimoto等人用以上裝置制備了Bi-Sr-Ca-Cu-O膜。Cuomo和Rossuagel等人用以上裝置制備了Ta/Au膜。第81頁(yè)，共160頁(yè)。對(duì)靶濺射實(shí)例Hoshi等人研制出的這套系統(tǒng)可以獲得高沉積率的磁性膜且不必大幅升高基片溫度。第82頁(yè)，共160頁(yè)。磁控濺射制備薄膜實(shí)例第83頁(yè)，共160頁(yè)。第84頁(yè)，共160頁(yè)。3.3、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(guò)

33、引出電壓被引入到真空室，爾后直接達(dá)到靶上并將靶材原子濺射出來(lái)，最終沉積在附近的基片上。第85頁(yè)，共160頁(yè)。離子束濺射的特點(diǎn)相對(duì)于傳統(tǒng)濺射過(guò)程,離子束濺射具有如下優(yōu)點(diǎn)：1.離子束窄能量分布使得濺射率可以作為離子能量的函數(shù).2.離子束可以精確聚焦和掃描.3.離子束能量和電流的可控性.離子束濺射的主要缺點(diǎn)：濺射面太小導(dǎo)致沉積速率過(guò)低.第86頁(yè)，共160頁(yè)。離子束濺射(I)制備碳膜的濺射條件：Kitabatake和Wasa使用左圖中所示的裝置沉積了碳膜，也研究了氫離子轟擊效應(yīng)。第87頁(yè)，共160頁(yè)。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(duì)非晶碳性質(zhì)的影響。Ta

34、keuchi等人用上面裝置濺射沉積了Cu和RuO2膜。第88頁(yè)，共160頁(yè)。離子束濺射(III)Gulina使用Ar離子束通過(guò)濺射壓制粉末ZnTe做成的靶制備了ZnTe膜。離子束濺射沉積ZnTe的實(shí)驗(yàn)條件如下表所示。第89頁(yè)，共160頁(yè)。離子束濺射(IV)Krishnaswamy等人報(bào)道了在單晶CdTe基片上，離子束濺射外延生長(zhǎng)了CdTe和HgCdTe膜。實(shí)驗(yàn)裝置如左圖，實(shí)驗(yàn)條件如下表。第90頁(yè)，共160頁(yè)。離子束濺射(V)第91頁(yè)，共160頁(yè)。離子(束)輔助沉積離子(束)輔助沉積:離子(束)參與蒸發(fā)或?yàn)R射粒子的輸運(yùn)和沉積過(guò)程的物理氣相沉積.離子(束)輔助沉積主要優(yōu)點(diǎn)是：1.所制備薄膜與基片結(jié)

35、合好；2.沉積率高.第92頁(yè)，共160頁(yè)。離子與基片表面的相互作用1.離子轟擊導(dǎo)致基片表面雜質(zhì)吸附的脫附 和濺射.可以用于基片清洗.2.離子轟擊導(dǎo)致薄膜表層原子的混合,提 高薄膜與基片的結(jié)合力.3.離子轟擊導(dǎo)致表面擴(kuò)散的增強(qiáng),提高生長(zhǎng) 面的均勻性.第93頁(yè)，共160頁(yè)。特例：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(yīng)，最終將蒸發(fā)物或反應(yīng)物沉積在基片上。離子鍍集氣體輝光放電、等離子體技術(shù)、真空蒸發(fā)技術(shù)于一身，大大改善了薄膜的性能。優(yōu)點(diǎn)是：1、兼有真空蒸發(fā)鍍膜和濺射的優(yōu)點(diǎn)；2、所鍍薄膜與基片結(jié)合好；3、到達(dá)基片的沉積粒子繞射性好；4、可用于鍍膜的材料廣泛

36、；5、沉積率高；6、鍍膜前對(duì)鍍件清洗工序簡(jiǎn)單且對(duì)環(huán)境無(wú)污染。第94頁(yè)，共160頁(yè)。3.4、外延生長(zhǎng)外延是指生長(zhǎng)層與基片在結(jié)構(gòu)上有著嚴(yán)格的晶體學(xué)關(guān)系,外延生長(zhǎng)就是在基片上取向或單晶生長(zhǎng)確定的薄膜材料.同質(zhì)外延:生長(zhǎng)外延層和襯底是同一種材料異質(zhì)外延:外延生長(zhǎng)的薄膜材料和襯底材料不同， 或者說(shuō)生長(zhǎng)化學(xué)組分、甚至是物理結(jié)構(gòu)和襯底完全不同的外延層，相應(yīng)的工藝就叫做異質(zhì)外延主要的外延生長(zhǎng)技術(shù):分子束外延(MBE);液向外延(LPE);熱壁外延(HWE);金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD).第95頁(yè)，共160頁(yè)。第96頁(yè)，共160頁(yè)。第97頁(yè)，共160頁(yè)。第98頁(yè)，共160頁(yè)。第99頁(yè)，共160頁(yè)。第100

37、頁(yè)，共160頁(yè)。第101頁(yè)，共160頁(yè)。生長(zhǎng)指數(shù)第102頁(yè)，共160頁(yè)。第103頁(yè)，共160頁(yè)。第104頁(yè)，共160頁(yè)。第105頁(yè)，共160頁(yè)。分子束外延特點(diǎn)（MBE) 分子束外延是在超高真空條件下，精確控制原材料的中性 分子束強(qiáng)度，并使其在加熱的基片上進(jìn)行外延生長(zhǎng)的一種 技術(shù)。 分子束外延的特點(diǎn)是： 1.由于系統(tǒng)是超高真空，因此雜質(zhì)氣體不易進(jìn)入薄膜，薄 膜的純度高； 2.外延生長(zhǎng)一般可在低溫下進(jìn)行； 3.可嚴(yán)格控制薄膜成分及摻雜濃度； 4.對(duì)薄膜進(jìn)行原位檢測(cè)分析，從而可以嚴(yán)格控制薄膜的生 長(zhǎng)及結(jié)構(gòu)。第106頁(yè)，共160頁(yè)。分子束外延裝置第107頁(yè)，共160頁(yè)。液相外延生長(zhǎng)(LPE)第108頁(yè)

38、，共160頁(yè)。第109頁(yè)，共160頁(yè)。熱壁外延生長(zhǎng)(HWE)第110頁(yè)，共160頁(yè)。熱壁外延生長(zhǎng)裝置第111頁(yè)，共160頁(yè)。外延層缺陷及檢測(cè) 外延層質(zhì)量直接關(guān)系到做在它上面的各種器件的性能，所以應(yīng)檢測(cè)、分析外延層缺陷及產(chǎn)生原因，并對(duì)外延層特征量進(jìn)行測(cè)試：外延層缺陷分析圖形漂移和畸變層錯(cuò)法測(cè)外延層厚度檢測(cè)內(nèi)容電阻率測(cè)量第112頁(yè)，共160頁(yè)。外延層缺陷分析外延層中的缺陷有表面缺陷和內(nèi)部晶格結(jié)構(gòu)缺陷（體內(nèi)缺陷）。通常體內(nèi)缺陷會(huì)顯現(xiàn)在表面。表面缺陷：云霧狀表面、角錐體、表面突起、劃痕、星狀體、麻坑等。體內(nèi)缺陷： 層錯(cuò) 位錯(cuò)線缺陷外延層（111）襯底劃痕點(diǎn)缺陷角錐體層錯(cuò)第113頁(yè)，共160頁(yè)。霧狀表面

39、缺陷霧圈 白霧 殘跡 花霧霧圈 白霧 殘跡 花霧第114頁(yè)，共160頁(yè)。角錐體星形線（滑移線）劃痕：由機(jī)械損傷引起第115頁(yè)，共160頁(yè)。層錯(cuò)（堆積層錯(cuò)），它是外延層中最常見(jiàn)的內(nèi)部缺陷，層錯(cuò)本身是一種面缺陷，是由原子排列次序發(fā)生錯(cuò)亂所引起的。 第116頁(yè)，共160頁(yè)。層錯(cuò)法測(cè)外延層厚度 層錯(cuò)源于界面的圖形大于源于外延層內(nèi)部的，要選擇大的圖形。不能選擇靠近外延層邊緣的圖形。 化學(xué)腐蝕后，外延層要減薄一定厚度，在腐蝕時(shí)只要能顯示圖形就可以，時(shí)間不應(yīng)過(guò)長(zhǎng)。計(jì)算厚度時(shí)，應(yīng)考慮腐蝕對(duì)厚度的影響。lTl外延層襯底（111）方向硅的層錯(cuò)形狀第117頁(yè)，共160頁(yè)。圖形漂移和畸變 Si各向異性是出現(xiàn)漂移和畸變

40、的主要原因： (100)晶片，圖形漂移最小。對(duì)于(111)晶片取向25，影響最小第118頁(yè)，共160頁(yè)。檢測(cè)內(nèi)容鏡檢晶格完好性電阻率均勻性摻雜濃度、分布是否滿足要求第119頁(yè)，共160頁(yè)。擴(kuò)展電阻法測(cè)電阻率擴(kuò)展電阻法，可測(cè)量微區(qū)的電阻率或電阻率分布其他測(cè)電阻率方法：四探針?lè)ǎ珻-V法第120頁(yè)，共160頁(yè)。擴(kuò)展電阻法金屬探針嵌入一個(gè)半無(wú)限均勻的半導(dǎo)體，半導(dǎo)體和金屬電阻率相差幾個(gè)數(shù)量級(jí)，歐姆接觸，接觸點(diǎn)電流呈輻射狀擴(kuò)展，沿徑向電阻是不等的，接觸電阻R稱為擴(kuò)展電阻。第121頁(yè)，共160頁(yè)。 硅外延材料技術(shù)規(guī)范 序號(hào)特征參數(shù)測(cè)試方法1外延層摻雜劑P,P+:Boron N,N+:Phosphorus,

41、 Arsine2外延層晶向,3外延層電阻率外延爐直徑類型外延片電阻率均勻性ASTM F723 F1392批式100mm125mm150mmP/P+; N/N+N/N+,N/N+/N+N/P/P; P/N/N+410-3（P:110-2）-3 ohm.cm3%3-30 ohm.cm5%30-1000 ohm.cm8%單片150mm200mmP/P+; N/N+N/N+/N+0.3-3 ohm.cm2%3-30 ohm.cm4%4外延層厚度外延爐直徑類型外延片厚度均勻性FTIR ASTM F95批式100mm125mm150mmP/P+; N/N+N/N+, N/N+/N+N/P/P; P/N/N

42、+3-100m3%單片150mm200mmP/P+;N/N+N/N+/N+0.1-20m2%5堆垛層錯(cuò)密度性10/cm2ASTM F18106滑移線總長(zhǎng)5條，總長(zhǎng)度1/2圓片直徑ASTM F1725 F17267表面霧、劃傷、凹坑、桔皮、裂紋、鴉爪、崩邊、異物、背面沾污 無(wú)ASTM F5238冠狀邊緣表面上凸起物高度不超過(guò)1/3延層厚度9點(diǎn)缺陷SEMI標(biāo)準(zhǔn)ASTM F523第122頁(yè)，共160頁(yè)。四 薄膜的形成與生長(zhǎng)薄膜基本的形成過(guò)程:首先是來(lái)自于氣相的原子在基片表面的沉積,然后由于物理(化學(xué))吸附導(dǎo)致氣態(tài)原子吸附在基片表面成為吸附原子,接著表面熱運(yùn)動(dòng)使得吸附原子發(fā)生聚集形成吸附原子團(tuán)簇,而后

43、的吸附原子表面擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)又使得聚集的原子團(tuán)簇不斷長(zhǎng)大導(dǎo)致成核發(fā)生,最后,晶核的不斷長(zhǎng)大最終在基片表面形成連續(xù)膜.第123頁(yè)，共160頁(yè)。薄膜形成的基本過(guò)程一.成核 1.物理(化學(xué))吸附產(chǎn)生表面吸附原子; 2.表面熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生吸附原子聚集; 3.表面擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致成核發(fā)生.二.生長(zhǎng) 1.晶核的長(zhǎng)大; 2.晶核的合并; 3.連續(xù)膜的形成.第124頁(yè)，共160頁(yè)。成核的基本過(guò)程成核是一個(gè)氣(液)-固相變的過(guò)程,主要包括:1.氣相原子通過(guò)物理(化學(xué))吸附轉(zhuǎn)變?yōu)楸砻嫖皆?2.表面吸附原子通過(guò)表面熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生原子聚集;3.聚集原子團(tuán)通過(guò)捕獲表面擴(kuò)散的吸附原子長(zhǎng)大.4.當(dāng)聚集原子團(tuán)尺度達(dá)到臨界核條件時(shí)成核發(fā)生.

44、第125頁(yè)，共160頁(yè)。薄膜表征薄膜厚度控制及測(cè)量組分表征薄膜的結(jié)構(gòu)表征原子化學(xué)鍵合表征薄膜應(yīng)力表征第126頁(yè)，共160頁(yè)。薄膜厚度控制及測(cè)量沉積率和厚度監(jiān)測(cè)儀氣相密度測(cè)量平衡方法振動(dòng)石英方法光學(xué)監(jiān)測(cè)膜厚度測(cè)量光學(xué)膜厚度確定X射線干涉儀探針?lè)ǖ?27頁(yè)，共160頁(yè)。氣相密度測(cè)量方法如果蒸發(fā)原子密度的瞬時(shí)值在沉積過(guò)程中可測(cè)量，則可確定撞擊到基片上的原子速率，由于這一方法沒(méi)有累計(jì)性，因此必須通過(guò)積分運(yùn)算得到每單位面積上的膜質(zhì)量或膜厚。當(dāng)離化檢測(cè)計(jì)暴露于蒸氣中時(shí)，氣相原子首先由于熱離化產(chǎn)生電子，然后這些電子被加速到陽(yáng)極，離子移向收集極，在收集極離子被離化，相應(yīng)的電流正比于離子的數(shù)量和離化電子電流。第

45、128頁(yè)，共160頁(yè)。平衡方法這一方法具有累積效應(yīng)，在不同的裝置中皆使用微平衡測(cè)量得到膜的質(zhì)量。圖中所示的是一電流敏感儀，在其指針處安置很輕的基片。由凝聚物質(zhì)量給出的力可由穿過(guò)線圈的適當(dāng)電流來(lái)補(bǔ)償，它可以直接由沉積物的質(zhì)量來(lái)校準(zhǔn)。第129頁(yè)，共160頁(yè)。光學(xué)監(jiān)測(cè)圖1圖2這一方法是基于生長(zhǎng)膜會(huì)產(chǎn)生光學(xué)干涉現(xiàn)象，因此只用于透明膜的測(cè)量，用于濺射系統(tǒng)的光學(xué)監(jiān)測(cè)的例子如圖1所示。在膜生長(zhǎng)過(guò)程中干涉強(qiáng)度的變化如圖2所示。第130頁(yè)，共160頁(yè)。光學(xué)膜厚度確定干涉儀測(cè)量膜厚方法可以使用Fizeau盤來(lái)實(shí)現(xiàn)，F(xiàn)izeau盤能夠發(fā)生多種反射導(dǎo)致一尖銳的干涉現(xiàn)象，干涉強(qiáng)度為：上式給出總反射強(qiáng)度與膜表面和Fize

46、au盤間距離的相干性。膜厚可以通過(guò)在膜上形成階梯，從而從干涉條紋極小值的漂移來(lái)測(cè)定膜的厚度（圖2）。圖1圖2第131頁(yè)，共160頁(yè)。光學(xué)膜厚度確定第132頁(yè)，共160頁(yè)。X射線干涉儀當(dāng)掠入射時(shí)，X射線被平整表面反射和透過(guò)，Snell定律給出在進(jìn)行一些變換后，得：圖1 圖2第133頁(yè)，共160頁(yè)。探針?lè)ń饎偸结樠啬け砻嬉苿?dòng)，而探針在垂直方向上的位移通過(guò)電信號(hào)可以被放大1016倍并被記錄下來(lái)。從膜的邊緣可以直接通過(guò)探針針尖所檢測(cè)的階梯高度確定薄膜的厚度。第134頁(yè)，共160頁(yè)。薄膜組分表征薄膜組分表征的手段盧瑟福背散射(RBS)二次離子質(zhì)譜(SIMS)X射線光電子能譜(XPS)俄歇電子能譜(AE

47、S)電鏡中的顯微分析第135頁(yè)，共160頁(yè)。分析薄膜材料的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)第136頁(yè)，共160頁(yè)。盧瑟福背散射RBS是基于中心力場(chǎng)的經(jīng)典散射原理，除了為提供能量為兆電子伏特的粒子束準(zhǔn)值所需的加速器外，儀器本身非常簡(jiǎn)單。探測(cè)器使用半導(dǎo)體核粒子探測(cè)器，它的輸出電壓脈沖正比于從樣品散射到監(jiān)測(cè)器中的粒子能量。第137頁(yè)，共160頁(yè)。二次離子質(zhì)譜儀二次離子進(jìn)入能量過(guò)濾器，然后在質(zhì)譜儀中被收集和分析，這便是二次粒子質(zhì)譜儀。所有二次離子質(zhì)譜儀都具有表面和元素深度濃度分析能力。在一種操作模式中，濺射離子束穿過(guò)樣品并在樣品表面留下蝕刻坑。為確保來(lái)自蝕刻坑壁處的離子不被監(jiān)測(cè)。檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)于來(lái)自于蝕刻坑中心部位的離子設(shè)計(jì)了電

48、致入門。第138頁(yè)，共160頁(yè)。X射線光電子能譜光電子的動(dòng)能與靶原子中的電子結(jié)合能相關(guān)。在這一過(guò)程中，入射光子將整個(gè)能量轉(zhuǎn)移給束縛電子。只要能測(cè)量出從樣品中逃逸出來(lái)且沒(méi)有能量損失的電子能量，則可提供樣品中所含元素的標(biāo)識(shí)。如圖所示，光電子譜需要單色輻射源和電子譜儀。對(duì)于所有電子光譜，其共同點(diǎn)為電子的逃逸深度為12nm，因此樣品制備應(yīng)格外小心。同時(shí)也需要清潔真空系統(tǒng)。第139頁(yè)，共160頁(yè)。光電子能譜光譜顯示出在允許的能量范圍內(nèi)，具有典型的尖峰特征和延伸的能量尾。譜的尖峰對(duì)應(yīng)著從固體中逃逸出來(lái)的特征電子能量。較高的能量尾則對(duì)應(yīng)著電子經(jīng)受了非彈性散射，在電子出來(lái)的路徑上有能量損失，因此以較低動(dòng)能出現(xiàn)。第140頁(yè)，共160頁(yè)。電子顯微鏡顯微分析第141頁(yè)，共160頁(yè)。電子顯微探針原理由具有一定能量的電子所激發(fā)的特征X射線的檢測(cè)是電子顯微鏡分析組分的基礎(chǔ)。電子顯微探針的最基本特征是樣品的某一區(qū)域用精細(xì)聚焦電子束產(chǎn)生局域激發(fā)。由電子激發(fā)的樣品的體積為微米量級(jí)，因此分析技術(shù)經(jīng)常稱為電子探針顯微分析或電子顯微探針?lè)治觯娮邮梢匝乇砻鎾呙枰越o出電子組分的橫向分布圖樣。第142頁(yè)，共160頁(yè)。電子顯微探針:定量分析圖中顯示了NiLa和SiKa線、產(chǎn)額比和Si/Ni原子比關(guān)系，電子束