薄膜制備技術(shù)

1、7. 薄膜制備技術(shù),7.1 薄膜材料基礎(chǔ),7.1.1 薄膜的概念與分類,1. 薄膜材料的概念,采用一定方法，使處于某種狀態(tài)的一種或幾種物質(zhì)（原材料)的基團(tuán)以物理或化學(xué)方式附著于襯底材料表面，在襯底材料表面形成一層新的物質(zhì)，這層新物質(zhì)就是薄膜。,簡而言之，薄膜是由離子、原子或分子的沉積過程形成的二維材料。,1,PPT學(xué)習(xí)交流,2. 薄膜分類,（1）物態(tài),（2）結(jié)晶態(tài)：,（3）化學(xué)角度,2,PPT學(xué)習(xí)交流,（4）組成,（5）物性,厚度，決定薄膜性能、質(zhì)量 通常，膜厚 數(shù)十um， 一般在1um 以下。,薄膜的一個(gè)重要參數(shù),3,PPT學(xué)習(xí)交流,薄膜材料與器件結(jié)合，成為電子、信息、傳感器、光學(xué)、太陽能等

2、技術(shù)的核心基礎(chǔ)。,6 薄膜應(yīng)用,薄膜材料及相關(guān)薄膜器件興起于20世紀(jì)60年代。是新理論、高技術(shù)高度結(jié)晶的產(chǎn)物。,主要的薄膜產(chǎn)品,光學(xué)薄膜、集成電路、太陽能電池、液晶顯示膜、光盤、磁盤、刀具硬化膜、建筑鍍膜制品、塑料金屬化制品,薄膜是現(xiàn)代信息技術(shù)的核心要素之一,4,PPT學(xué)習(xí)交流,7.1.2 薄膜的制備方法,5,PPT學(xué)習(xí)交流,代表性的制備方法按物理、化學(xué)角度來分，有：,物理成膜 PVD 化學(xué)成膜 CVD,6,PPT學(xué)習(xí)交流,利用蒸發(fā)、濺射沉積或復(fù)合的技術(shù)，不涉及到化學(xué)反應(yīng),成膜過程基本是一個(gè)物理過程而完成薄膜生長過程的技術(shù),以PVD為代表。,7.2 物理成膜,1. 定義,2. 成膜方法與工藝,

3、7.2.1 概述,真空蒸發(fā)鍍膜（包括脈沖激光沉積、分子束外延） 濺射鍍膜 離子成膜,7,PPT學(xué)習(xí)交流,材料及試驗(yàn)方法,磁控濺射設(shè)備,激光分子束外延設(shè)備,濺射進(jìn)樣真空室,Methods of film preparation include laser deposition, sputtering, MOCVD, and sol-gel techniques. The composition and crystal structure of films depend on material quality, fabriccation method, synthesis condition, a

4、nd post-annealing.,8,PPT學(xué)習(xí)交流,Natural World “Atomic-World”,Target/evaporated source Substrate surface Atomic rain Clusters Particles Discharge Impurity, Contamination Vacuum,Cloud Earth surface - ground Natural rain Snow Hail Thunder storm Dust, Pollution Environmental protection,Cloud,原子層的晶體生長“世界”與自

5、然世界的比擬,9,PPT學(xué)習(xí)交流,7.2.2 真空蒸發(fā)鍍膜,真空室內(nèi)加熱的固體材料被蒸發(fā)汽化或升華后，凝結(jié)沉積到一定溫度的襯底材料表面。形成薄膜經(jīng)歷三個(gè)過程：,蒸發(fā)或升華。通過一定加熱方式使被蒸發(fā)材料受熱蒸發(fā)或升華，由固態(tài)或液態(tài)變成氣態(tài)。 輸運(yùn)到襯底。氣態(tài)原子或分子在真空狀態(tài)及一定蒸氣壓條件下由蒸發(fā)源輸運(yùn)到襯底。 吸附、成核與生長。通過粒子對(duì)襯底表面的碰撞，襯底表面對(duì)粒子的吸附以及在表面的遷移完成成核與生長過程。是一個(gè)以能量轉(zhuǎn)換為主的過程。,工藝原理演示,1. 工藝原理,10,PPT學(xué)習(xí)交流,11,PPT學(xué)習(xí)交流,2. 工藝方法,（1）對(duì)于單質(zhì)材料，按常見加熱方式有電阻加熱、電子束加熱、高頻感

6、應(yīng)加熱、電弧加熱和激光加熱。,1）電阻加熱,電阻作為蒸發(fā)源，通過電流受熱后蒸發(fā)成膜。 使用的材料有：Al、W、Mo、Nb、Ta及石墨等。,12,PPT學(xué)習(xí)交流,2）電子束加熱,利用電子槍（熱陰極）產(chǎn)生的電子束，轟擊欲蒸發(fā)的材料（陽極）使之受熱蒸發(fā)，經(jīng)電子加速極后沉積到襯底材料表面。,13,PPT學(xué)習(xí)交流,3）高頻感應(yīng)加熱,高頻線圈通以高頻電流后，產(chǎn)生渦流電流，致內(nèi)置材料升溫，熔化成膜。,4）電弧加熱,高真空下，被蒸發(fā)材料作陰極、內(nèi)接銅桿作陽極，通電壓，移動(dòng)陽電極尖端與陰極接觸，陰極局部熔化發(fā)射熱電子，再分開電極，產(chǎn)生弧光放電，使陰極材料蒸發(fā)成膜。,5）激光加熱,非接觸加熱。用激光作熱源，使被蒸

7、發(fā)材料汽化成膜。常用CO2、Ar、YAG釹玻璃，紅寶石等大功率激光器。,14,PPT學(xué)習(xí)交流,（2）對(duì)于化合物和合成材料，常用各種蒸發(fā)法和熱壁法。,1）閃蒸蒸發(fā)（瞬間蒸發(fā)）：,呈細(xì)小顆?；蚍勰┑谋∧げ牧?，以極小流量逐漸進(jìn)入高溫蒸發(fā)源，使每個(gè)顆粒在瞬間全蒸發(fā)，成膜，以保證膜的組分比例與合金相同。,2）多源蒸發(fā)：,組成合金薄膜的各元素，各自在單獨(dú)的蒸發(fā)源中加熱，蒸發(fā)，并按薄膜材料組分比例成膜。,3）反應(yīng)蒸發(fā)：,真空室通入活性氣體后，其原子、分子與來自蒸發(fā)源的原子，分子，在襯底表面反應(yīng)生成所需化合物。一般用金屬或低價(jià)化合物反應(yīng)生成高價(jià)化合物。,15,PPT學(xué)習(xí)交流,16,PPT學(xué)習(xí)交流,4）三溫度蒸

8、發(fā)；,實(shí)際上是雙源蒸發(fā)。對(duì)不同蒸氣壓元素，對(duì)蒸發(fā)溫度，蒸發(fā)速率和襯底溫度分別控制，在襯底表面沉積成膜。,5）熱壁法：,利用加熱的石英管（熱壁），將蒸發(fā)源蒸發(fā)出的分子或原子，輸向襯底成膜。是外延薄膜生長的發(fā)展。,17,PPT學(xué)習(xí)交流,6）分子束外延(MBE),分子束外延是以蒸鍍?yōu)榛A(chǔ)發(fā)展起來的技術(shù)。,指在單晶基體上成長出位向相同的同類單晶體（同質(zhì)外延），或者成長出具有共格或半共格聯(lián)系的異類單晶體（異質(zhì)外延）。,外 延（epitaxial growth, epitaxy）,18,PPT學(xué)習(xí)交流,外延（Epitaxy）外延是指單晶襯底上形成單晶結(jié)構(gòu)的薄膜，而且薄膜的晶體結(jié)構(gòu)與取向和襯底的晶體結(jié)構(gòu)和取

9、向有關(guān)。外延方法很多，有氣相外延法、液相外延法、真空蒸發(fā)外延法、濺射外延法等。.,Commensurate Growth 同質(zhì)外延（homoepitaxy）,異質(zhì)外延（Heteroepitaxial Growth）,壓應(yīng)力,張應(yīng)力(拉應(yīng)力),19,PPT學(xué)習(xí)交流,壓應(yīng)變（ae as） 同質(zhì)外延（ae= as） 張應(yīng)變（ae as ） The presence of strain can modify the physical properties of epitaxial films.The cause of strain is primarily the difference between

10、 the lattice spacing of substrate and film parallel the surface, or the “l(fā)attice mismatch”.,20,PPT學(xué)習(xí)交流,Strain energy released,The strained film said: “We are all tired enough, please give us a break!”,Oh, it is more comfortable now, although a few of our colleagues are still suffering the pressure.,

11、應(yīng)變能釋放出現(xiàn)刃位錯(cuò),The single said: “It is OK, my effort is to make all of you happy!”,21,PPT學(xué)習(xí)交流,Strain alter d spacings, while alter values,22,PPT學(xué)習(xí)交流,原 理： 在超高真空條件下，將各組成元素的分子束流以一個(gè)個(gè)分子的形式噴射到襯底表面，在適當(dāng)?shù)臏囟认峦庋映练e成膜。,目前MBE的膜厚控制水平達(dá)到單原子層，可用于制備超晶格、量子點(diǎn)，及3-5族化合物的半導(dǎo)體器件。,應(yīng) 用,23,PPT學(xué)習(xí)交流,7） 脈沖激光沉積(PLD),利用脈沖聚焦激光燒蝕靶材，使靶的局部在瞬

12、間受高溫汽化，在真空室內(nèi)的惰性氣體羽輝等離子體作用下活化，并沉積到襯底的一種制膜方法。,24,PPT學(xué)習(xí)交流,2. 蒸鍍用途,適宜鍍制對(duì)結(jié)合強(qiáng)度要求不高的某些功能膜，如電極的導(dǎo)電膜、光學(xué)鏡頭用增透膜。 蒸鍍合金膜時(shí)，較濺射成分難保證。 鍍純金屬時(shí)速度快，90%為鋁膜。 鋁膜的用途廣泛，在制鏡業(yè)代替銀，在集成電路鍍鋁進(jìn)行金屬化后刻蝕出導(dǎo)線。,25,PPT學(xué)習(xí)交流,7.2.3 濺射鍍膜（sputtering deposition）,1. 工藝原理,濺射鍍膜：是指在真空室中，利用荷能粒子轟擊鍍料表面，使被轟擊出的粒子在基片上沉積的技術(shù)。,26,PPT學(xué)習(xí)交流,1. 工藝原理,濺射鍍膜有兩類,離子束由

13、特制的離子源產(chǎn)生 離子源結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴 用于分析技術(shù)和制取特殊薄膜,在真空室中，利用離子束轟擊靶表面，使濺射出的粒子在基片表面成膜。,離子束濺射：,離子束濺射： 氣體放電濺射,27,PPT學(xué)習(xí)交流,離子束與磁控濺射聯(lián)合鍍膜設(shè)備,28,PPT學(xué)習(xí)交流,利用低壓氣體放電現(xiàn)象，產(chǎn)生等離子體，產(chǎn)生的正離子，被電場加速為高能粒子，撞擊固體（靶）表面進(jìn)行能量和動(dòng)量交換后，將被轟擊固體表面的原子或分子濺射出來，沉積在襯底材料上成膜的過程。,氣體放電濺射,29,PPT學(xué)習(xí)交流,整個(gè)過程僅進(jìn)行動(dòng)量轉(zhuǎn)換，無相變 沉積粒子能量大，沉積過程帶有清洗作用，薄膜附著性好 薄膜密度高，雜質(zhì)少 膜厚可控性、重現(xiàn)性好 可制

14、備大面積薄膜 設(shè)備復(fù)雜，沉積速率低。,2. 工藝特點(diǎn),30,PPT學(xué)習(xí)交流,離子束與磁控濺射聯(lián)合鍍膜設(shè)備,31,PPT學(xué)習(xí)交流,3. 濺射的物理基礎(chǔ)輝光放電,濺射鍍膜基于高能粒子轟擊靶材時(shí)的濺射效應(yīng)。整個(gè)濺射過程是建立在輝光放電的基礎(chǔ)上，使氣體放電產(chǎn)生正離子，并被加速后轟擊靶材的離子離開靶，沉積成膜的過程。,不同的濺射技術(shù)采用不同的輝光放電方式，包括：,直流輝光放電直流濺射 射頻輝光放電射頻濺射 磁場中的氣體放電磁控濺射,32,PPT學(xué)習(xí)交流,（1）直流輝光放電,指在兩電極間加一定直流電壓時(shí)，兩電極間的稀薄氣體（真空度約為13.3-133Pa）產(chǎn)生的放電現(xiàn)象。,33,PPT學(xué)習(xí)交流,直流輝光放

15、電的伏安特性曲線,AB 無光放電區(qū) BC 湯森放電區(qū) CD 過渡區(qū) DE 正常輝光放電區(qū) EF 異常輝光放電區(qū) FG 弧光放電區(qū),34,PPT學(xué)習(xí)交流,（2）射頻輝光放電,指通過電容耦合在兩電極之間加上射頻電壓，而在電極之間產(chǎn)生的放電現(xiàn)象。電子在變化的電場中振蕩從而獲得能量，并且與原子碰撞產(chǎn)生離子和更多的電子。 射頻放電的頻率范圍：1-30MHz，工業(yè)用頻率為13.56MHz,其特點(diǎn)是：,輝光放電空間產(chǎn)生的電子，獲得足夠的能量，足以產(chǎn)生碰撞電離，減少對(duì)二次電子的依賴，降低擊穿電壓 射頻電壓能夠通過任何類型的阻抗耦合進(jìn)去，所以，電極無需是導(dǎo)體，可以濺射任何材料,35,PPT學(xué)習(xí)交流,（3）電磁場

16、中的氣體放電,在放電電場空間加上磁場，放電空間中的電子就要圍繞磁力線作回旋運(yùn)動(dòng)，其回旋半徑為eB/mv，磁場對(duì)放電的影響效果，因電場與磁場的相互位置不同而有很大的差別。,36,PPT學(xué)習(xí)交流,4. 濺射特性參數(shù),（1）濺射閾值 （2）濺射率 （3）濺射粒子的狀態(tài)、能量、速度 （4）濺射粒子的角分布,37,PPT學(xué)習(xí)交流,4. 濺射特性參數(shù),（1）濺射閾值：,使靶材料原子發(fā)生濺射所需的最小入射離子能量，低于該值不能發(fā)生濺射。大多數(shù)金屬該值為1020ev。,（2）濺射率：,正離子轟擊靶陰極時(shí)平均每個(gè)正離子能從靶材中打擊出的粒子數(shù)，又稱濺射產(chǎn)額或?yàn)R射系數(shù)，S。,S = Ns / Ni,Ni-入射到靶

17、表面的粒子數(shù) Ns-從靶表面濺射出來的粒子數(shù),定義,38,PPT學(xué)習(xí)交流,39,PPT學(xué)習(xí)交流,影響因素, 入射離子能量,40,PPT學(xué)習(xí)交流, 靶材種類, 入射離子種類,濺射率與靶材元素在周期表中的位置有關(guān)。,一般規(guī)律：濺射率隨靶材元素的原子序數(shù)增大而增大 Cu、Ag、Au 較大 C、Si、Ti、V、Ta、W等 較小,濺射率依賴于入射離子的能量，相對(duì)原子質(zhì)量越大，濺射率越高。 濺射率隨原子序數(shù)發(fā)生周期性變化，每一周期電子殼層填滿的元素具有最大的濺射率。 惰性氣體的濺射率最高。,41,PPT學(xué)習(xí)交流, 入射角,入射角是入射離子入射方向與被濺射靶材表面法線之間的夾角, 濺射溫度,靶材,42,PP

18、T學(xué)習(xí)交流,（3）濺射出的粒子,從靶材上被濺射下來的物質(zhì)微粒，主要參數(shù)有：粒子狀態(tài)、粒子能量和速度。,濺射粒子的狀態(tài)與入射離子的能量有關(guān) 濺射粒子的能量與靶材、入射離子的種類和能量以及濺射粒子的方向性有關(guān)，其能量可比蒸發(fā)原子的能量大12個(gè)數(shù)量級(jí)。,（4）濺射粒子的角分布,濺射原子的角度分布符合Knudsen的余弦定律。也與入射原子的方向性、晶體結(jié)構(gòu)等有關(guān)。,43,PPT學(xué)習(xí)交流,4. 幾種典型的濺射鍍膜方法,（1）直流濺射鍍膜,靶材為陰極 基片置于陽極 極間電壓1-2KV 真空度1-幾百Pa 放電氣體：Ar 只適用于導(dǎo)體,44,PPT學(xué)習(xí)交流,也稱等離子弧柱濺射，在熱陰極和輔助陽極之間形成低電

19、壓、大電流的等離子體弧柱，大量電子碰撞氣體電離，產(chǎn)生大量離子。,45,PPT學(xué)習(xí)交流,（2）射頻濺射鍍膜,適用于導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體,射頻是無線電波發(fā)射范圍的頻率，為避免干擾電臺(tái)工作，濺射專用頻率規(guī)定為13.56MHz。,缺 點(diǎn) 大功率射頻電源造價(jià)昂貴 具有人身防護(hù)問題 不適宜工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用,46,PPT學(xué)習(xí)交流,（3）磁控濺射鍍膜,與直流濺射相似，不同之處在于陰極靶的后面設(shè)置磁場，磁場在靶材表面形成閉合的環(huán)形磁場，與電場正交。, 等離子束縛在靶表面 電子作旋進(jìn)運(yùn)動(dòng)，使原子電離機(jī)會(huì)增加，能量耗盡后落在陽極，基片溫升低、損傷小,磁場之作用：,47,PPT學(xué)習(xí)交流,48,PPT學(xué)習(xí)交流,49,PPT

20、學(xué)習(xí)交流,50,PPT學(xué)習(xí)交流,（4）離子束濺射,采用單獨(dú)的離子源產(chǎn)生用于轟擊靶材的離子，原理見下圖。目前已有直徑10cm的寬束離子源用于濺射鍍膜。,優(yōu)點(diǎn)： 轟擊離子的能量和束流密度獨(dú)立可控，基片不直接接觸等離子體，有利于控制膜層質(zhì)量。,缺點(diǎn)： 速度太慢，不適宜鍍制工件，工業(yè)上應(yīng)用很難,51,PPT學(xué)習(xí)交流,4. 濺射鍍膜的用途,采用Cr、Cr-CrN等合金靶，在N2、CH4等氣氛中進(jìn)行反應(yīng)濺射鍍膜，可以在各種工件上鍍Cr（425-840HV）、CrC、CrN（1000-3500HV），可代替電鍍Cr。 用TiC、TiN等超硬鍍層涂覆刀具、模具等表面，摩擦系數(shù)小、化學(xué)穩(wěn)定性好，具優(yōu)良的耐磨、耐

21、熱、抗氧化、抗沖蝕，在提高其工件特性的同時(shí)，大幅度提高壽命，一般可達(dá)3-10倍。 用TiC、TiN，Al2O3具有良好的耐蝕性。 可制取優(yōu)異的固體潤滑膜MoS2. 可制備聚四氟乙烯膜。,52,PPT學(xué)習(xí)交流,7.2.4 離子成膜,1. 離子鍍及其原理：,真空蒸發(fā)與濺射結(jié)合的鍍膜技術(shù)，在鍍膜的同時(shí)，采用帶能離子轟擊基片表面和膜層，使鍍膜與離子轟擊改性同時(shí)進(jìn)行的鍍膜技術(shù)。,即利用氣體放電產(chǎn)生等離子體，同時(shí)，將膜層材料蒸發(fā)，一部分物質(zhì)被離化，在電場作用下轟擊襯底表面（清洗襯底），一部分變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)的中性粒子，沉積于襯底表面成膜。,53,PPT學(xué)習(xí)交流,54,PPT學(xué)習(xí)交流, 真空度 放電氣體種類與壓強(qiáng)

22、 蒸發(fā)源物質(zhì)供給速率與蒸汽流大小 襯底負(fù)偏壓與離子電流 襯底溫度 襯底與蒸發(fā)源的相對(duì)距離。,主要影響因素：,55,PPT學(xué)習(xí)交流,真空蒸鍍、濺射、離子鍍?nèi)N不同的鍍膜技術(shù)，入射到基片上的沉積粒子所帶的能量不同。,真空蒸鍍：熱蒸鍍原子約0.2 eV 濺射：濺射原子約1-50 eV 離子鍍：轟擊離子約幾百到幾千eV,離子鍍的目的： 提高膜層與基片之間的結(jié)合強(qiáng)度。離子轟擊可消除污染、還能形成共混過渡層、實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合、涂層致密。,56,PPT學(xué)習(xí)交流,蒸鍍和濺射都可以發(fā)展為離子鍍。,例如，蒸鍍時(shí)在基片上加上負(fù)偏壓，即可產(chǎn)生輝光放電，數(shù)百eV能量的離子轟擊基片，即為二極離子鍍。見下圖。,57,PPT學(xué)習(xí)

23、交流,2 離子鍍的類型和特點(diǎn),離子鍍設(shè)備在真空、氣體放電的情況下完成鍍膜和離子轟擊過程，離子鍍設(shè)備由真空室、蒸發(fā)源、高壓電源、離化裝置、放置工件的陰極等部分組成。,（1） 空心陰極離子鍍（HCD）,國內(nèi)外常見的設(shè)備類型如下,HCD法利用空心熱陰極的弧光放電產(chǎn)生等離子體（空心鉭管為陰極，輔助陽極） 鍍料是陽極 弧光放電時(shí)，電子轟擊陽極鍍料，使其熔化而實(shí)現(xiàn)蒸鍍 蒸鍍時(shí)基片上加負(fù)偏壓即可從等離子體中吸引Ar離子向基片轟擊，實(shí)現(xiàn)離子鍍,58,PPT學(xué)習(xí)交流,59,PPT學(xué)習(xí)交流,（2）多弧離子鍍,原 理：,多弧離子鍍是采用電弧放電的方法，在固體的陰極靶材上直接蒸發(fā)金屬，裝置無需熔池，原理如圖所示。電弧

24、的引燃依靠引弧陽極與陰極的觸發(fā)，弧光放電僅僅在靶材表面的一個(gè)或幾個(gè)密集的弧斑處進(jìn)行。,60,PPT學(xué)習(xí)交流,弧斑直徑小于100um。 弧斑電流密度105-107A/cm2 溫度8000-40000K,弧斑噴出的物質(zhì)包括電子、離子、原子和液滴。大部分為離子。,特 點(diǎn)：直接從陰極產(chǎn)生等離子體，不用熔池，陰極靶可根據(jù)工件形狀在任意方向布置，使夾具大為簡化。,61,PPT學(xué)習(xí)交流,62,PPT學(xué)習(xí)交流,63,PPT學(xué)習(xí)交流,（3）離子束輔助沉積,低能的離子束1用于轟擊靶材，使靶材原子濺射并沉積在基底上； 離子束2起轟擊（注入）作用，同時(shí)，可在室溫或近似室溫下合成具有良好性能的 合金、化合物、特種膜層，

25、以滿足對(duì)材料表面改性的需要。,64,PPT學(xué)習(xí)交流,4）離子鍍的應(yīng)用,65,PPT學(xué)習(xí)交流,66,PPT學(xué)習(xí)交流,7.3 化學(xué)成膜,有化學(xué)反應(yīng)的使用與參與，利用物質(zhì)間的化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)薄膜生長的方法。,化學(xué)氣相沉積(CVD Chemical Vapor Deposition ) 液相反應(yīng)沉積(液相外延),67,PPT學(xué)習(xí)交流,7.3.1 化學(xué)氣相沉積,氣相沉積的基本過程包括三個(gè)步驟：即提供氣相鍍料；鍍料向鍍制的工件或基片輸送；鍍料沉積在基片上構(gòu)成膜層 氣相沉積過程中沉積粒子來源于化合物的氣相分解反應(yīng)，因此，稱為化學(xué)氣相沉積（CVD），否則，稱為物理氣相沉積（PVD）。 CVD與PVD的不同處：沉積

26、粒子來源于化合物的氣相分解反應(yīng),1. 化學(xué)氣相沉積的基本概念,（1）原 理,68,PPT學(xué)習(xí)交流,TiCl4 +CH4 TiC +4HCl,69,PPT學(xué)習(xí)交流,（2） CVD薄膜生長過程,反應(yīng)氣體向襯底表面輸運(yùn)擴(kuò)散； 反應(yīng)氣體在襯底表面吸附； 襯底表面氣體間的化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)和氣態(tài)產(chǎn)物，固態(tài)生成物粒子經(jīng)表面擴(kuò)散成膜； 氣態(tài)生成物由內(nèi)向外擴(kuò)散和表面解吸； 氣態(tài)生成物向表面區(qū)外的擴(kuò)散和排放。,70,PPT學(xué)習(xí)交流,（3） CVD條件與影響因素,（1）CVD條件,除沉積的薄膜外，反應(yīng)生成物均須是氣態(tài) 沉積薄膜的蒸汽壓要足夠低 反應(yīng)只在襯底及其附近進(jìn)行 沉積溫度下，襯底材料的蒸汽壓足夠低 襯底表面

27、要有足夠的反應(yīng)氣體供給,（2）影響因素,沉積溫度；反應(yīng)氣體配比；襯底,71,PPT學(xué)習(xí)交流,（4） 分 類,72,PPT學(xué)習(xí)交流,通常CVD的反應(yīng)溫度范圍分為低溫（200-500 ）、中溫（500-1000 ）、高溫（1000-1300 ）； 中溫CVD的反應(yīng)溫度500-800 ，通常通過金屬有機(jī)化合物在較低溫度的分解來實(shí)現(xiàn)，也叫金屬有機(jī)化合物CVD（MOCVD）； 等離子體增強(qiáng)CVD（PCVD）、激光CVD（LCVD）中化學(xué)反應(yīng)被激活可使溫度降低。,73,PPT學(xué)習(xí)交流,2. CVD的化學(xué)反應(yīng)和特點(diǎn),700-1000 ,630-675 ,800-1000 ,74,PPT學(xué)習(xí)交流,800-10

28、00 ,350-900 ,1100-1200 ,1050 ,75,PPT學(xué)習(xí)交流,76,PPT學(xué)習(xí)交流,T1,T2,h,77,PPT學(xué)習(xí)交流,78,PPT學(xué)習(xí)交流,79,PPT學(xué)習(xí)交流,3. CVD方法與裝置,（1）流通式CVD,組 成,氣體凈化系統(tǒng) 氣體測量與控制系統(tǒng) 反應(yīng)器 尾氣處理系統(tǒng) 抽真空系統(tǒng),特 點(diǎn),反應(yīng)氣連續(xù)供應(yīng)、氣態(tài)產(chǎn)物連續(xù)排放，反應(yīng)非平衡 惰性氣體為輸運(yùn)載氣 反應(yīng)氣壓一般為一大氣壓,80,PPT學(xué)習(xí)交流,（2）封閉式CVD,在封閉環(huán)境進(jìn)行反應(yīng)，與外界無質(zhì)量交換。,特 點(diǎn),保持真空度、無需連續(xù)抽氣，不易被外界污染 可用于高蒸汽壓物質(zhì)的沉積 材料生長率小、生產(chǎn)成本高,81,PPT

29、學(xué)習(xí)交流,（3）常壓CVD,反應(yīng)器內(nèi)壓強(qiáng)近于大氣壓，其它條件與一般CVD相同。 一般分流通式和封閉式兩種反應(yīng)器。 多用于半導(dǎo)體集成電路制造,82,PPT學(xué)習(xí)交流,（4）低壓CVD,工作氣壓10-1000Pa。 一般分流通式和封閉式兩種反應(yīng)器。 多用于半導(dǎo)體集成電路制造,83,PPT學(xué)習(xí)交流,（5）觸媒CVD（熱絲CVD）,Cat CVD反應(yīng)器組成： 供氣系統(tǒng)、反應(yīng)鐘罩、熱絲電極、真空抽氣系統(tǒng),原 理,在一定真空度下，反應(yīng)氣體進(jìn)入鐘罩，流過熱絲； 熱絲釋放的熱電子使氣體原子由基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)或離化 ，并相互反應(yīng)生成所需固態(tài)反應(yīng)物，沉積于基底,84,PPT學(xué)習(xí)交流,觸媒CVD的主要參數(shù),熱絲溫度或熱絲電流 熱絲溫場分布 熱絲與襯底間的距離 反應(yīng)氣體及載氣流量 襯底溫度,觸媒CVD的特點(diǎn),設(shè)備簡單，操作簡便 高的熱絲溫度有利于氣體原子的的激發(fā)，反應(yīng)局部能量較高 可通過流量計(jì)控制氣體流量，從而控制反應(yīng)速度 生長速度較快 熱絲在高溫下會(huì)蒸發(fā)而造成薄膜的污染,熱絲CVD常用于金剛石、立方氮化硼等薄膜的合成,85,PPT學(xué)習(xí)交流,（6）等離子體CVD（PECVD）,將等離子體引入CVD技術(shù)。等離子體中的電子與分子原子碰撞，可以使分子在低溫下即成為激發(fā)態(tài)