第6章 真空蒸發(fā)鍍膜法20131022

第6章真空蒸發(fā)鍍膜法汪貴華南京理工大學2013.10何為薄膜？真空蒸發(fā)鍍膜是真空鍍膜技術中發(fā)展最早，應用最廣泛的一種。真空蒸發(fā)鍍膜方法：電阻加熱法蒸發(fā)鍍膜、高頻感應蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)、激光蒸發(fā)、反應蒸發(fā)法、瞬時蒸發(fā)法、連續(xù)或半連續(xù)蒸發(fā)法等。而且新的技術還在出現(xiàn).6.1真空蒸發(fā)的工作原理一般說來，真空蒸發(fā)設備簡單、操作容易、成膜速度快、效率高，薄膜的生長機理比較單純。但不容易獲得結晶結構的薄膜，所形成的薄膜在基板上的附著力較小，工藝重復性不夠好等。1.真空蒸發(fā)結構

真空室：為蒸發(fā)過程提供必要的真空環(huán)境;蒸發(fā)源:放置蒸發(fā)材料并對其加熱；基板：用于接收蒸發(fā)物質并在其表面形成固體物質；基板加熱器及測量器等。2.真空蒸發(fā)的基本過程真空蒸發(fā)鍍膜包括以下三個基本過程：加熱蒸發(fā)過程:由于每種物質在不同溫度下有不同的蒸汽壓，蒸汽壓與溫度成正比。加熱待蒸發(fā)的材料，使由凝聚相轉變?yōu)闅庀?，即固?/p>

液相

氣相，或固相

氣相。蒸汽原子或分子在蒸發(fā)源與基片之間輸運，在此輸運過程中與氣體分子發(fā)生碰撞，碰撞次數(shù)與真空度密切相關，與源—基距有關。蒸發(fā)分子或原子在基片表面上的淀積:即蒸汽凝聚、成核、核生長、形成連續(xù)薄膜，由于基板溫度遠小于蒸發(fā)源溫度，因此，淀積物分子在基板表面上將直接從氣相到固相，成為固態(tài)薄膜。3.飽和蒸汽壓

在一定溫度下，真空室內蒸發(fā)物質的蒸汽與固體或液體處于平衡過程中所表現(xiàn)出的壓力，稱為該物質在該溫度下的飽和蒸汽壓。蒸發(fā)物表面液相、汽相處于動態(tài)平衡，即到達液相表面的分子與從液相到汽相分子數(shù)相等。一般地，溫度T升高，飽和蒸汽壓Pv升高；一定T，一個Pv，具有恒定值，是對應關系。一個Pv一定T。

飽和蒸汽壓與溫度的關系曲線

飽和蒸汽壓與溫度的關系曲線

飽和蒸汽壓與溫度T之間的關系可以從克拉伯龍—克勞休斯方程推導出來：

Hv--摩爾氣化熱或蒸發(fā)熱（J/mol）；

Vg,VS.分別為氣相、固相（液相）的摩爾體積；T—絕對溫度。

因為Vg>>VS，并假設在低氣壓下蒸汽分子符合理想氣體狀態(tài)方程。式中，R為氣體常數(shù)

應是一條直線。表2.1一些常用材料的蒸氣壓與溫度關系單位：J×1017cm-2.s-1(P=1Pa,粘附系數(shù)α=1)表2.1一些常用材料的蒸氣壓與溫度關系金屬分子量不同蒸氣壓Pv(Pa)下的溫度T（K）熔點（K）蒸發(fā)速率*10-810-610-410-2100102Au1979641080122014051670204013366.1Ag107.975984795811051300160512349.4In114.86777618701015122015204299.4Al27860958108512451490183093218Ga69.7796892101511801405174530311Si28.1114512651420161019052330168515Zn65.435439645052061776069317Cd112.431034739245053866559414Te127.638542848255364779172312Se7930133638043751663649017As74.9340377423477550645109017C12176519302140241027303170413019Ta18120202230251028603330398032704.5W183.821502390268030303500418036504.4T升高，Pv近似直線升高。在真空條件下，物質的蒸發(fā)要比常壓下容易得多，所要蒸發(fā)溫度也大大降低，蒸發(fā)過程大大縮短，蒸發(fā)速率顯著提高。Pv~T關系曲線對于制作薄膜有重要的實際意義，它可以幫助我們合理地選擇蒸發(fā)材料及確定蒸發(fā)條件。規(guī)定：物質在飽和蒸汽壓為10-2托時對應的溫度稱為該物質的蒸發(fā)溫度。某些材料如Zn,Cd,Si,Ta,W等可從固態(tài)直接升華到氣態(tài)，而大多數(shù)金屬及電介質是先達到熔點，然后從液相中蒸發(fā)

一般地，除Sb以分子形式蒸發(fā)而外，其它金屬均以單原子進入汽相。4.蒸發(fā)速率單位時間蒸發(fā)到基板上的蒸發(fā)物質的量(分子數(shù)或質量)。根據(jù)氣體分子運動論，在處于熱平衡狀態(tài)時，壓強為P的氣體，單位時間內碰撞單位面積器壁的分子數(shù)。n是分子密度,Vd是分子平均速度，m是分子質量，k是玻爾茲曼常數(shù)。

在實際蒸發(fā)過程中，并非所有蒸發(fā)分子全部發(fā)生凝結，實際的蒸發(fā)速率，式中，α為冷凝系數(shù)，α<=1，Pv為飽和蒸汽壓。最大蒸發(fā)速率Jm，M—蒸發(fā)物質的摩爾質量。單位面積的質量蒸發(fā)速率G，此式描述了蒸發(fā)速率的關系，確定了蒸發(fā)速率、蒸汽壓和溫度之間的關系。

由于蒸汽壓與溫度密切相關，蒸發(fā)源溫度變化對蒸發(fā)速率影響很大，對于蒸發(fā)金屬，有可見，蒸發(fā)源溫度的微小變化即可引起蒸發(fā)速率發(fā)生很大的變化。因此在制膜過程中，要想控制蒸發(fā)速率，必須精確控制蒸發(fā)源的溫度，加熱時應盡量避免產生過大的溫度梯度。

例：蒸發(fā)鋁。當溫度變化1%時，B=3.586104（K）在蒸汽壓為1托時，蒸發(fā)溫度值為1830K，以上說明，蒸發(fā)源1%的溫度變化會引起蒸發(fā)速率有19%的變化。5.蒸發(fā)分子的平均自由程與碰撞幾率真空室內存在兩種粒子：一種是蒸發(fā)物質的原子或分子，另一種是殘余氣體分子。真空蒸發(fā)物質實際上都是在有一定壓強的殘余氣體中進行的。殘余氣體分子會對薄膜的形成過程和薄膜的性質產生影響。

影響之一：殘余氣體分子對薄膜形成的影響。蒸發(fā)材料分子在殘余氣體中飛行，這些粒子在不規(guī)則的運動狀態(tài)下，相互碰撞從而改變了原有的運動方向并降低其運動速度。粒子在兩次碰撞之間所飛行的平均距離稱為蒸發(fā)分子的平均自由程λ。式中，n是殘余氣體分子密度，d是碰撞截面，大約為幾個（?）2。例如，在10-2帕（）的氣體壓強下，蒸發(fā)分子在殘余氣體中的大約為50cm，這與普通真空鍍膜室的尺寸不相上下，因此可以說在高真空條件下大部分的蒸發(fā)分子幾乎不與氣體分子發(fā)生碰撞而直接到達基板表面。

顯然，平均自由程、蒸發(fā)分子與殘余氣體分子的碰撞都具有統(tǒng)計規(guī)律。設N0個蒸發(fā)分子飛行距離x后，未受到殘余氣體分子碰撞的數(shù)目：則被碰撞的分子百分數(shù)（2-15）蒸發(fā)分子在源—基之間渡越過程中，蒸發(fā)分子的碰撞百分數(shù)與實際行程(l)/平均自由程（λ)之比的曲線。當平均自由程λ等于源—基距l(xiāng)時，大約有63%的蒸發(fā)分子受到碰撞；如果平均自由程增加10倍(l/λ=0.1)，則碰撞幾率將減小到9%左右。由此可見，只有當為源—基距）時，即只有在平均自由程較源——基距大得多的情況下，才能有效減少蒸發(fā)分子在渡越過程中的碰撞現(xiàn)象。

如果真空度足夠高，平均自由程足夠大且滿足條件，將式1-19代入后得

由此則得出，為了保證鍍膜質量，在要求f<=0.1,若源——基距l(xiāng)=25cm,必須P<=3×10-3Pa。影響之二:殘余氣體分子對薄膜性質的影響。由于殘余氣體分子單位時間通過單位面積的氣體分子數(shù),即碰撞到單位面積的分子數(shù)上表顯示每秒鐘大約有1015個氣體分子到達單位基板表面，在10-5托時，氣體分子與蒸發(fā)物質原子幾乎按1：1的比例到達基板表面。表2氣體分子的碰撞次數(shù)物質分子量Ng（cm-2.s-1）

10-5Torr10-2ToorH221.4×10151.4×1018Ar403.2×10153.2×1018O2323.6×10153.6×1018N2283.8×10153.8×1018至于氣體分子對基板表面的粘附系數(shù)，決定于殘余氣體分子活性，基板表面溫度，基板表面的性質等因素，對于化學活性大的基板粘附系數(shù)大約為1，因此，要獲得高純度的薄膜，就必須要求殘余氣體壓強足夠低。同時，還要對殘余氣體的組成注意，不同氣體對薄膜性質影響不同。真空室內的殘余氣體：主要由氧、氮、水汽；擴散泵油蒸汽；真空室內支架、夾具所含的污染氣體等；蒸發(fā)源材料所含的污染氣體等。來源于：真空室內未被抽走的氣體；真空泵的回流擴散形成；真空支架、夾具所吸的氣體；蒸發(fā)源釋放的氣體。對于設計良好真空泵及其系統(tǒng)，泵的回流擴散作用并不嚴重，通過氣體放電，加以認真的清洗，支架、夾具吸附的氣體，可以有效地去除。蒸發(fā)源必須選取純度高的材料，或在蒸發(fā)前加上擋板。對于大多數(shù)真空系統(tǒng)，水汽是殘余氣體的主要成分，可以與新生態(tài)金屬發(fā)生反應，生成氯化物和氫等。6.2蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性及膜厚

在真空蒸發(fā)鍍膜過程中，需要在基板上獲得均勻膜厚?；搴苄r，膜厚均勻，當基板較大時獲得均勻膜厚比較困難,也是有很必要的,且需要知道薄膜厚度、沉積速率等?；迳系哪ず?，與蒸發(fā)源幾何形狀、位置，基板的形狀，位置，蒸發(fā)源的蒸發(fā)量等有關。1.蒸發(fā)源點蒸發(fā)源：通常將能夠從各個方向蒸發(fā)等量材料的球狀蒸發(fā)源稱為點蒸發(fā)源（點源）。

小平面蒸發(fā)源細長平面蒸發(fā)源環(huán)狀平面蒸發(fā)源（見教材）２.膜厚分布表示在使用4個蒸發(fā)源時，x方向膜厚的均勻性?？梢?，蒸發(fā)源的位置和蒸發(fā)速率對膜厚均勻性有較明顯的影響。6.3蒸發(fā)源及裝置

蒸發(fā)需要將要被蒸鍍材料加熱高溫下才可以蒸發(fā)。蒸發(fā)源是蒸發(fā)裝置,是關鍵部件，大多數(shù)金屬材料都要求在1000~2000℃的高溫下蒸發(fā)。因此，必須將蒸發(fā)材料加熱到很高的蒸發(fā)溫度。最常用的加熱方法有：電阻法、電子束法、高頻法、激光蒸發(fā)法等。1.電阻蒸發(fā)源采用鉭、鉬、鎢等高熔點金屬，做成適當形狀的蒸發(fā)源，其上裝入待蒸發(fā)的材料，讓電流通過，對蒸發(fā)材料進行直接加熱蒸發(fā)，或者將待蒸發(fā)材料放入坩堝中進行間接加熱蒸發(fā)，這便是電阻加熱蒸發(fā)法。由于電阻加熱蒸發(fā)法結構簡單、價廉易作，所以是一種應用很普通的蒸發(fā)源。電阻蒸發(fā)源材料

.通常對電阻蒸發(fā)源材料的要求是：(1)熔點要高。因為蒸發(fā)材料的蒸發(fā)溫度（飽和蒸汽壓為10-2托時的溫度）多數(shù)在1000~2000°C之間，所以蒸發(fā)源材料的熔點必須高于此溫度。(2)飽和蒸汽壓低。這主要是為防止或減少在高溫下蒸發(fā)源材料會隨蒸發(fā)材料蒸發(fā)而成為雜質進入蒸鍍膜層中。(3)化學性能穩(wěn)定，在高溫下不應與蒸發(fā)材料發(fā)生化學反應。（4）具有良好的耐熱性，熱源變化時，功率密度變化較?。唬?）原料豐富，經濟耐用。根據(jù)這些要求，在制膜工藝中，常用的蒸發(fā)源材料有W、Mo、Ta等，或耐高溫的金屬氧化物、陶瓷或石墨坩堝。表2-6列出了W、Mo、Ta的主要物理參數(shù)。蒸鍍材料對蒸發(fā)源材料的“濕潤性”。在選擇蒸發(fā)源材料時，還必須考慮蒸鍍材料與蒸發(fā)源材料的“濕潤性”問題。這種濕潤性與蒸發(fā)材料的表面能大小有關。高溫熔化的蒸鍍材料在蒸發(fā)源上有擴展傾向時，可以說是容易濕潤的；反之，如果在蒸發(fā)源上有凝聚而接近于形成球形的傾向時，就可以認為是難于濕潤的。在濕潤的情況下，由于材料的蒸發(fā)是從大的表面上發(fā)生的且比較穩(wěn)定，所以可認為是面蒸發(fā)源的蒸發(fā)；在濕潤小的時候，一般可認為是點蒸發(fā)源的蒸發(fā)。如果容易發(fā)生濕潤，蒸發(fā)材料與蒸發(fā)源十分親合，因而蒸發(fā)狀態(tài)穩(wěn)定；如果是難以濕潤的，在采用絲狀蒸發(fā)源時候，蒸發(fā)材料就容易從蒸發(fā)源上掉下來。例如Ag在鎢絲上熔化后就會脫落。2.電子束蒸發(fā)源隨著薄膜技術的廣泛應用，對膜的種類和質量提出了更多更嚴的要求。而只采用電阻加熱蒸發(fā)源已不能滿足蒸鍍某些難熔金屬和氧化物材料的需要，特別是要求制膜純度很高的需要。于是發(fā)展了將電子束作為蒸發(fā)源的方法。將蒸發(fā)材料放入水冷銅坩堝中，直接利用電子束加熱，使蒸發(fā)材料氣化蒸發(fā)后凝結在局部表面成膜，是真空蒸發(fā)鍍膜技術中的一種重要的加熱方法和發(fā)展方向。電子束蒸發(fā)克服了一般電阻加熱蒸發(fā)的許多缺點，特別適合制作高熔點薄膜材料和高純薄膜材料。電子束加熱原理是基于電子在電場作用下，獲得動能轟擊到處于陽極的蒸發(fā)材料上，使蒸發(fā)材料加熱氣化，而實現(xiàn)蒸發(fā)鍍膜。

電子束蒸發(fā)源的結構型式根據(jù)電子束蒸發(fā)源的型式不同，可分為環(huán)搶、直槍、e型槍、空心陰極槍，由于環(huán)搶、直槍固有缺點，近年來用的比較多的有e型槍、空心陰極槍。磁偏轉式電子束蒸發(fā)源所發(fā)射的電子軌跡與e相似，故有e型電子流，又稱為e槍。e型槍電子束的偏轉角度有180°、225°、270°.e偏轉225°、270°時，可使燈絲得到屏蔽，雜散電子混入到基片上去的數(shù)量大大減小，燈絲也不易受正離子轟擊，因此，設計時采用這兩種結構較好。陽極所加高壓10kV以上，電子束陽極加速后獲得能量，電子束軌跡在磁場偏轉，電子運動軌跡的全程可劃分為兩個大段：由燈絲到窗口的一段軌跡，偏轉90°，而且飛越于近似均勻磁場，從屏蔽口出來，電子束偏轉180°角，且是飛越于均勻磁場之中。電子束打到轟擊膜材時，將激發(fā)出許多有害的散射電子，諸如二次電子，反射電子，被散射電子等，其數(shù)量相當可觀，如蒸鋁，從蒸發(fā)源鋁表面所反射的二次電子量可達15%，這些電子飛到基板時，并積聚在基板表面上，由于靜電斥力作用，必將導致膜層的不均勻，甚至產生裂破。因此，在結構上采用了二次電子吸收板，加正壓，把這些有害電子吸收掉，有效地保護了基片及膜層。由于選用了電子束偏轉角大于180°的電子發(fā)射器，消除了燈絲直接照射到基片表面上所產生的一次電子，這在直槍中難以做到。而且保護了電子燈絲不受膜層蒸汽的污染。（直槍難做到）同理，由于入射電子與蒸汽云中性原子相碰撞而游離電離出來的正離子，在偏轉磁場的作用下，會沿著與入射電子相反的方向運動，不但會引起燈絲污染，縮短陰極壽命，而且會造成高壓短路，這樣設置離子收集極5所捕獲中性電離的正離子。電子槍、高壓電極需要水冷，應考慮水電阻的大小問題，應要求冷卻水管有足夠的長度，以保證出水口電位大大降低并處于零電位，同時冷卻水管不能與其它處于地電位的金屬體相碰，水管外壁應保持干燥。對冷卻水的質量也應有所要求。

電子束蒸發(fā)源的優(yōu)點：電子束轟擊熱源的束流密度高，能獲得遠比電阻加熱源更大的能量密度。可在一個不太小的面積上達到的功率密度，因此可以使高熔點（可高達3000°C以上）材料蒸發(fā)，并且能有較高的蒸發(fā)速率。如蒸發(fā)等。由于被蒸發(fā)材料是置于水冷坩堝內，因而可避免容器材料的蒸發(fā)，以及容器材料與蒸鍍材料之間的反應，這對提高鍍膜的純度極為重要。熱量可直接加到蒸鍍材料的表面，因而熱效率高，熱傳導和熱輻射的損失少。電子束加熱源的缺點：電子槍發(fā)出的一次電子和蒸發(fā)材料發(fā)出的二次電子會使蒸發(fā)原子和殘余氣體分子電離，會吸附在基板表面上，會影響膜層質量，多數(shù)化合物在受到電子轟擊會部分分解，膜料分子會部分電離，將產生組分發(fā)生偏離的薄膜，對薄膜的結構和性質產生影響；電子束加速電壓過高時會產生X射線對人體有一定的傷害，應予以注意。3.感應加熱式蒸發(fā)源

將裝有膜材的坩堝放在螺旋線圈的中央（不接觸），在線圈中通以高頻電流，膜材在高頻電磁場感應下產生強大的渦流，致使膜材升溫，直至蒸發(fā)。膜材體積越小，感應頻率越高。如對每塊僅有幾毫克重的材料則采用幾兆赫的感應電源頻率。感應線圈常用銅管制成并通以冷卻水。感應蒸發(fā)源的優(yōu)點是:(1)蒸發(fā)速率大。在鋁淀積厚度為40nm時，卷繞速度可達270m/min，比電阻熱源大10倍左右。(2)蒸發(fā)源溫度均勻穩(wěn)定，不易產生鋁滴飛濺現(xiàn)象?？杀苊怃X滴淀積在薄膜上產生針孔現(xiàn)象。所以采用感應加熱方法生產金銀絲的成品率亦相應提高。(3)蒸發(fā)源一次裝料，無需送絲機構，溫度控制比較容易，操作比較簡單。(4)對膜材純度要求略寬些。如一般真空感應加熱用99.9%純度的鋁即可，而電阻加熱要求鋁的純度為99.99%。所以生產成本亦可降低。其缺點：蒸發(fā)裝置必須屏蔽，并需要較復雜和昂貴的高頻發(fā)生器，如果線圈附近壓強超過10-2Pa，高頻場會使殘余氣體分子電離，使功耗增大。感應加熱式蒸發(fā)之儀器----------半連續(xù)式真空蒸發(fā)鍍膜機半連續(xù)式真空鍍膜機在結構上除了有一般鍍膜機所有的結構外，必須有一個為了實現(xiàn)連續(xù)鍍膜而設置的卷繞機構。由于被鍍的帶狀機體放氣量較大，因此在真空室的結構上又有單室和多室之分，半連續(xù)雙室真空鍍膜機的結構。卷繞機構一般由收卷、放卷的卷筒，引導棍水冷滾筒或水冷舟等構件組成該設備卷繞機構的主要特點是采用了力矩電機，它能夠在一定卷徑比（卷芯直徑與卷徑之比）下使基本張力保持恒定。在放卷時力矩電機起到了阻尼作用。同時由直流電機驅動的水冷滾筒本身也作為動力輸入。為了防止機體的跑偏，在導向輪中設置了兩個軸線位置可調的滾筒，通過調節(jié)軸端的彈簧來達到調偏的目的。這種設備由于選用了力矩電機，可以使收放卷的張力和線速度在一定范圍內恒定，并且具有防止跑偏的結構，因而可以用較高的速度進行鍍膜，而且由于收卷過程中是由力矩電機所控制。所以大大減少了設備的復雜性。4.激光蒸發(fā)源利用高能激光作為熱源來蒸鍍薄膜是一種新技術。激光光源可采用CO2激光、Ar激光、釹玻璃激光、紅寶石激光及釔鋁石榴石激光等大功率激光器，并置于真空室之外。高能量的激光束進入真空室中，經棱鏡或凹鏡聚焦，照射到蒸發(fā)材料上，使之加熱氣化蒸發(fā)。聚焦后的幾個束功率密度很高，可達106W/cm2以上。

激光蒸發(fā)的優(yōu)點：激光加熱可達到極高的溫度，可蒸發(fā)任何高熔點材料，且獲得很高的蒸發(fā)速率，由于采用了非接觸式加熱，激光器可安裝在真空室之外，既完全避免了來自蒸發(fā)源的污染，又簡化了真空室，非常適宜在超高真空下制備高純薄膜。利用激光束加熱能夠對某些化合物或合金進行“閃爍蒸發(fā)”，有利于保證膜成分的化學比或防止分解；又由于材料氣化時間短促，不足以使四周材料達到蒸發(fā)溫度，所以激光蒸發(fā)不易出現(xiàn)分餾現(xiàn)象。因此，是淀積介質膜、半導體膜和無機化合物膜的好方法。激光蒸發(fā)的缺點：激光蒸發(fā)器較昂貴，且并非對所有材料都顯示其優(yōu)越性。另外，由于蒸發(fā)材料溫度太高，蒸發(fā)粒子（原子、分子、簇團等）多易離子化，從而對膜結構和特性產生一定影響。因此，還有不少問題有待進一步解決。6.4合金及化合物的蒸發(fā)蒸發(fā)二元以上的合金及化合物的主要問題，是蒸發(fā)材料在氣化過程中，由于各成分的飽和蒸氣壓不同，使得其蒸發(fā)速率也不同，會發(fā)生分解和分餾，從而引起薄膜成分的偏離。合金中組元金屬A、B的蒸發(fā)速率之比為

例如處于1527°C下的鎳鉻合金（摩爾比4:1）()時，則它們的蒸發(fā)速率之比兩種元素的克分子量MNi=58.7，MCr=52.0。這說明該合金在1527°C下開始蒸發(fā)時，鉻的初始蒸發(fā)速率為鎳的2.8倍。隨著鉻的迅速蒸發(fā),基材Cr成分，Cr蒸發(fā)會逐漸減小，最終會小于1。這種分餾現(xiàn)象使得靠近基板的膜是富鉻的。1.瞬時蒸發(fā)法

瞬時蒸發(fā)法又稱“閃爍”蒸發(fā)法。它是將細小的合金顆粒，逐次送到非常熾熱的蒸發(fā)器或坩堝中，使一個一個的顆粒實現(xiàn)瞬間完全蒸發(fā)。如果顆粒尺寸很小，幾乎能對任何成分進行同時蒸發(fā)，故瞬時蒸發(fā)法常用于合金中元素的蒸發(fā)速率相差很大的場合。閃爍蒸發(fā)法的優(yōu)點是能獲得成分均勻的薄膜，可以進行摻雜蒸發(fā)法等。缺點是蒸發(fā)速率難于控制，且蒸發(fā)速率不能太快。采用這種方法的關鍵是要求以均勻的速率將蒸發(fā)材料供給蒸發(fā)源，以及選擇合適的粉末粒度、蒸發(fā)溫度和落下粉末料的比率。鎢絲錐形筐是用作蒸發(fā)源的最好結構。如果使用蒸發(fā)舟和坩堝，瞬間未蒸發(fā)粉末顆粒就會殘存下來，變?yōu)槠胀ㄕ舭l(fā)，這是不太理想的。2.雙源或多源蒸發(fā)法這種蒸發(fā)法是將要形成合金的每一個成分，分別裝入各自的蒸發(fā)源中，然后獨立地控制各蒸發(fā)源的蒸發(fā)速率，使到達基板的各種原子與所需合金薄膜的組成相對應。為使薄膜厚度分布均勻，基板常需要進行轉動。采用雙源蒸發(fā)法還有利于提高膜厚分布的均勻性。3.反應蒸發(fā)法許多化合物在高溫蒸發(fā)過程中會產生分解，例如直接蒸發(fā)Al2O3,TiO2等都會產生失氧，為此宜采用反應蒸發(fā)法。所謂的反應蒸發(fā)法就是將活性氣體導入真空室，使活性氣體的原子、分子和從蒸發(fā)源逸出的蒸發(fā)金屬原子、低價化合物分子在基板表面淀積過程中發(fā)生反應，從而形成所需高價化合物薄膜的方法。反應蒸發(fā)不僅用于熱分解嚴重，而且用于因飽和蒸氣壓較低而難以采用電阻加熱蒸發(fā)的材料。經常被用來制作高熔點的化合物薄膜。例如在空氣或O2氣氛中蒸發(fā)SiO制得SiO2薄膜，在N2氣氛中中蒸發(fā)Zr得到ZrN薄膜，在Ar-N2氣氛中得到AIN薄膜，在CH4中得到SiC薄膜等。Al(激活蒸氣)+O2(活性氣體)

Al2O3(固相沉積)Sn(激活蒸氣)+O2(活性氣體)

SnO2(固相沉積)

在反應蒸發(fā)中，蒸發(fā)原子或低價化合物分子與活性氣體反應的地方有三種可能，即蒸發(fā)源表面、蒸發(fā)源到基板的空間和基板表面。對于蒸發(fā)源表面的反應要盡可能避免，因為它會導致蒸發(fā)速率降低?？臻g氣相反應的幾率通常很低，因為活性反應氣體壓強10-2Pa所對應的平均自由程約為50cm，這個值大于源—基距，盡管氣相碰撞幾率此時可達50%左右，但反應的可能性卻很小。實際上，反應主要發(fā)生在基板表面，反應氣體分子碰撞在基板上的速率約為個4×1016個/cm2.s。反應過程中，吸附著的反應氣體分子或原子滲透到膜層表面并擴散到低勢能的晶格處與入射到基板并被吸附的蒸發(fā)原子通過擴散、遷移發(fā)生化學反應形成氧化物或化合物薄膜。

反應蒸發(fā)法制備薄膜由于是利用在基板表面上析出的或吸附的活性氣體分子或原子之間的反應。因此反應能在較低溫度下完成。因為在反應過程中并不太強化析出或凝聚作用，因此容易得到均勻分散的化合物薄膜。為了加速反應，可采用蒸發(fā)金屬和部分活性氣體放電的方法使其電離。這種方法稱為活性反應蒸發(fā)法，其原理與活性反應離子鍍相同。反應蒸發(fā)制作的薄膜其組成和結構主要取決于反應材料的化學性質、反應氣體的穩(wěn)定性、形成化合物