物理氣相淀積

物理氣相淀積第1頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日第五章物理氣相淀積PVD：physicalvapordeposition淀積特點：物理過程；技術(shù)：①蒸發(fā)：早期工藝制備金屬薄膜；②濺射：已取代蒸發(fā)。第2頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日5.1真空蒸發(fā)的基本原理材料的三態(tài)：solid，liquid，gas；蒸氣：任何溫度下，材料表面都存在自身的氣體；蒸氣壓：平衡時的飽和蒸氣壓；升華：低于熔化溫度時，產(chǎn)生蒸氣的過程；蒸發(fā)：熔化時，產(chǎn)生蒸氣的過程；真空蒸發(fā)：利用蒸發(fā)材料熔化時產(chǎn)生的蒸氣進行薄膜淀積；優(yōu)點：工藝及設(shè)備簡單，淀積速率快；缺點：臺階覆蓋差。第3頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日5.1.1真空蒸發(fā)設(shè)備①真空系統(tǒng)②蒸發(fā)系統(tǒng)③基板及加熱系統(tǒng)基板蒸發(fā)源真空系統(tǒng)第4頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日蒸發(fā)淀積過程①加熱蒸發(fā)：加熱蒸發(fā)源（固態(tài)），產(chǎn)生蒸氣；②輸運：氣化的原子、分子擴散到基片表面；③淀積：氣化的原子、分子在表面凝聚、成核、成長、成膜；

第5頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日5.1.5多組分蒸發(fā)如，合金蒸發(fā)方法：（按蒸發(fā)源分類）①單源蒸發(fā)：具有薄膜組分比例的單一合金靶；靶源的要求：各組分蒸汽壓接近；②多源同時蒸發(fā)：多種靶源，不同溫度，同時蒸發(fā)；③多源順序蒸發(fā)：多種靶源，不同溫度，順序蒸發(fā)，最后高溫退火；工藝關(guān)鍵：根據(jù)薄膜組分控制各層厚度；

第6頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日5.1.5多組分蒸發(fā)第7頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日5.2蒸發(fā)源（按加熱方式分類）①電阻加熱源②電子束加熱源③高頻感應(yīng)加熱源④激光加熱源第8頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日5.2.1電阻加熱源直接加熱源：加熱體與蒸發(fā)源的載體是同一物體；加熱體-W、Mo、石墨。間接加熱源：坩堝盛放蒸發(fā)源；坩堝-高溫陶瓷、石墨。對加熱體材料的要求：不產(chǎn)生污染①熔點高：高于蒸發(fā)源的蒸發(fā)溫度；②飽和蒸汽壓低：低于蒸發(fā)源；③化學性能穩(wěn)定：不發(fā)生化學反應(yīng)，不形成合金。優(yōu)點：工藝簡單，蒸發(fā)速率快；缺點：難以制備高熔點、高純度薄膜。第9頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日5.2.2電子束蒸發(fā)源原理：電子轟擊蒸發(fā)材料，使其熔化蒸發(fā)。特點：淀積高熔點、高純薄膜；第10頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日5.2.2電子束蒸發(fā)源優(yōu)點：①蒸發(fā)溫度高：能量密度高于電阻源，可蒸發(fā)3000度以上的材料:W，Mo，Ge，SiO2，Al2O3；②高純度淀積：水冷坩堝可避免容器材料的蒸發(fā)；③熱效率高：熱傳導和熱輻射損失少。缺點：①一次電子和二次電子使蒸發(fā)原子電離，影響薄膜質(zhì)量；②設(shè)備及工藝復(fù)雜。第11頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日5.2.3激光加熱可蒸發(fā)任何高熔點的材料（聚焦激光束功率密度高達106W/cm2）；被蒸發(fā)材料局部受熱而汽化，高純度薄膜，（光斑很小，防止了坩鍋材料受熱的污染）；淀積含有不同熔點材料的化合物薄膜可保證成分比例（功率密度高）真空室內(nèi)裝置簡單，容易獲得高真空度第12頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日5.2.4高頻感應(yīng)加熱源優(yōu)點：①蒸發(fā)速率快：

蒸發(fā)面積大；②溫度控制精確、均勻；③工藝簡便；缺點：①成本高；②電磁干擾。第13頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日5.4濺射原理：氣體輝光放電產(chǎn)生等離子體→具有能量的離子轟擊靶材→靶材原子獲得能量從靶表面逸出-被濺射出→濺射原子淀積在表面。特點：被濺射出的原子動能很大，10-50eV（蒸發(fā)：

0.1-0.2eV）；還可實現(xiàn)離子注入。優(yōu)點：臺階覆蓋好（遷移能力強）。Ar+離子能量和動量轉(zhuǎn)移將使表面原子脫離化學鍵束縛第14頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日第15頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日5.4.3濺射方法直流、射頻、磁控、反應(yīng)、離子束、偏壓等濺射；1.直流濺射（又稱陰極濺射或直流二級濺射，常用Ar氣作為工作氣體。）濺射靶：陰極襯底：陽極（接地）工作氣體：Ar氣要求：靶材導電性好特點：只適于金屬靶材第16頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日5.4.3濺射方法2.RF濺射原理：高頻電場經(jīng)其他阻抗形式耦合進入淀積室；特點：適于各種金屬與非金屬靶材；第17頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日5.4.3濺射方法3.磁控濺射原理：磁場