第2章薄膜物理制備方法3、離子鍍外延生長(zhǎng)

2020/11/14離子鍍膜技術(shù)在真空室中使氣體或被蒸發(fā)物質(zhì)電離，產(chǎn)生離子轟擊效應(yīng)，最終將將蒸發(fā)物或其反應(yīng)產(chǎn)物蒸鍍?cè)诨?。蒸發(fā)＋濺射相結(jié)合基片作陰極，加負(fù)高1.

真空室抽至10－7Torr的高真空后，通入惰性氣體（如氬氣），使真空度達(dá)到10-1

~10-2

Torr。壓坩堝或燈絲作陽(yáng)極2.接通高壓電源，在蒸發(fā)源與基片之間建立起一個(gè)低壓氣體放電的等離子區(qū)。3. 由于基片處于負(fù)高壓并被等離子體包圍，不斷受到正離子的轟擊，因此可有效地清除基片表面的氣體和污物，使成膜過膜層表面始終保持清潔狀態(tài)。4.隨后開始離子鍍。鍍材加熱蒸發(fā)后，蒸發(fā)粒子進(jìn)入等離子區(qū)，與等離子區(qū)中的正離子和被激活的惰性氣體原子以及電子發(fā)生碰撞，其中一部分蒸發(fā)粒子被電離成正離子，正離子在負(fù)高壓電場(chǎng)加速作用下，淀積到基片表面成膜。由此可見，離子鍍膜層的成核與生長(zhǎng)所需的能量，不是靠加熱方式獲得，而是由離子加速的方式來激勵(lì)的。12020/11/14

2離子鍍的特點(diǎn)膜層附著性好。在離子鍍過 ，利用輝光放電所產(chǎn)生的大量高能粒子對(duì)基片表面產(chǎn)生陰極濺射效應(yīng)，對(duì)基片表面吸附的氣體和油污進(jìn)行濺射 ，使基片表面凈化，直至整個(gè)鍍膜過程完成

。鍍膜初期，濺射與沉積并存，可在膜基界面形成組分過渡層或膜材與基材的成分混合層，稱之為“偽擴(kuò)散層”，能有效改善膜層附著性能。膜層的致密度高（通常與大塊材料密度相同）。離子鍍過 ，膜材離子和高能中性原子帶有較高的能量到達(dá)基片，可以在基片上擴(kuò)散、遷移。而且膜材原子在空間飛行過即使形成蒸汽團(tuán)，到達(dá)基片時(shí)也能被離子轟擊碎化，形成細(xì)小的

，生長(zhǎng)為細(xì)密的等軸晶體。繞射性能好。離子鍍過 ，部分膜材原子被離化成正離子后，沿著電場(chǎng)的電力線方向運(yùn)動(dòng)，

凡是電力線分布之處，膜材離子都能到達(dá)。膜材在較高壓強(qiáng)下被電離，平均 程小于源-基距，蒸氣分子或離子在到達(dá)基片前多次碰撞，產(chǎn)生非定向的氣體散射效應(yīng)，使膜材粒子散射在整個(gè)工件周圍。（4）可鍍材質(zhì)范圍廣泛。可在金屬或非金屬表面上鍍金屬或非金屬材料。（5）有利于化合物膜層的形成。在蒸發(fā)金屬的同時(shí)，向真空室通入某些反應(yīng)氣體，則可反應(yīng)生成化合物。輝光放電低溫等離子體中高能電子的作用，將電能變成金屬粒子的反應(yīng)活化能，可在較低溫下形成在高溫下靠熱激發(fā)才能形成的化合物。（6）淀積速率高，成膜速度快，可鍍較厚的膜。通常離子鍍淀積幾十納米至數(shù)微米厚膜層時(shí)，其速度較其他方鍍膜法快。與蒸發(fā)和濺射相比，離子鍍有如下幾個(gè)特點(diǎn)：定義：外延生長(zhǎng)就是指在某種起始單晶（襯底）上生長(zhǎng)具有相同或接近的結(jié)晶學(xué)取向的薄層單晶的過程。當(dāng)外延膜在同一種材料上生長(zhǎng)時(shí)，稱為同質(zhì)外延；1m）將當(dāng)外延膜在不同材料上生長(zhǎng)時(shí)，稱為異質(zhì)外延；分子束外延基本原理：在 真空系統(tǒng)中（真空度優(yōu)于10-11Pa，分子平均組成化合物的元素材料分別裝入噴射爐內(nèi)，對(duì)面噴射爐相隔一定距離放置襯底（加熱到600-700℃）。從噴射爐噴出的熱分子或熱原子束射到襯底表面并延表面移動(dòng)，與表面發(fā)生反應(yīng)生長(zhǎng)成單晶薄膜。液相外延液相外延：是指在某種飽和或過飽和溶液中，在單晶襯底上定向生長(zhǎng)單晶薄膜的方法。原理：液相外延時(shí)，首先在較高溫度下把加有溶質(zhì)的溶劑溶解成溶液，當(dāng)冷卻到較低溫度時(shí)，溶液就變成過飽和狀態(tài)。當(dāng)襯底與這種溶液接觸并逐漸降溫時(shí)，溶質(zhì)就將從溶劑里析出，在襯底上延伸出新的單晶層。MBE設(shè)備結(jié)構(gòu)MBE設(shè)備的典型結(jié)構(gòu)圖下圖所示。通常整個(gè)MBE系統(tǒng)有三個(gè)真空工作室。一個(gè)是樣品換取室。一個(gè)是樣品分析室，可對(duì)樣品進(jìn)行多種方法的表面分析研究。第三個(gè)是樣品生長(zhǎng)室。每個(gè)室都有真空系統(tǒng)抽成真空，各個(gè)室之間又用真空閥門隔開。分子束源由噴射爐，擋板和液氮冷凝套構(gòu)成。原位表面分析的儀器：分析殘余氣體成分的四極濾質(zhì)器；反射式高能電子衍射儀（RHEED），觀察晶體表面的原子層結(jié)構(gòu)在生長(zhǎng)前和生長(zhǎng)中隨生長(zhǎng)參數(shù)的變化，它可以提供表面結(jié)構(gòu)、清潔度和