2010年12月英语六级全真预测试题及答案.ppt

第二章薄膜制造技术蒸发法、物理气相沉积(physicalvapordeposition，PVD )是指在一定的真空条件下，利用热蒸发、辉光放电、电弧放电等物理过程在基板上沉积材料的薄膜制造技术。 真空蒸镀膜的3个基本方法真空溅射膜真空离子蒸镀膜，2.1真空蒸镀的概要，一、把真空蒸镀的物理原理固体材料放在高真空环境下加热，升华或蒸发，使其在特定的基板上堆积而得到薄膜的工艺方法，称为真空蒸镀膜法(简称蒸镀)。 真空蒸镀薄膜具有简单方便、操作方便、成膜速度快、效率高等特点，是薄膜制造中应用最广泛的技术，该技术的缺点是成膜薄膜与基板的结合差、工艺再现性差、台阶复盖能力差。 真空蒸发利用蒸发材料在高温下所具有的饱和蒸气压来制作薄膜。 真空蒸发设备的示意图如下图所示，2.1真空蒸发的概要，真空蒸发设备主要由三部分组成：1.真空系统：为蒸发过程提供真空环境2 .蒸发系统：放置蒸发源的装置、加热和测温装置3 .基板和加热系统：该系统是硅片或其他基板加热和测温装置，2.1真空蒸发的概要，2 .通过真空蒸发制造薄膜的三个基本过程1 .加热蒸发过程：加热蒸发源，使其温度接近蒸发材料的熔点，使蒸发源材料从凝聚相变成气相2 .气化原子和分子在蒸发源和基板之间输送的过程。 在该过程中，原子或分子与真空室内的残留气体分子碰撞3 .蒸发的原子或分子在基板表面堆积的过程。 原子和分子到达基板后，通过凝结、成核、生长、成膜、三、真空蒸镀的薄膜的生长过程，一般是多晶膜和无定形膜，薄膜以岛状生长为主，经过成核和成膜两个过程。 朝向基板和薄膜表面的原子和分子与表面碰撞，其中一部分被反射，另一部分停留在表面。 停留在表面的原子、分子，根据自己所具有的能量和与基板温度对应的能量，发生表面的扩散和表面的移动，一部分蒸发，从表面脱离，一部分落入电势的谷底，被表面吸附，发生凝结过程。 凝结伴随着核形成和生长过程、岛形成、合并和生长过程，最后形成连续的膜层。 1、电阻式加热蒸发材料在真空中被加热时，其原子和分子从表面逃逸的现象称为热蒸发。 气化热：真空蒸发系统的热源将蒸发源材料加热到足够高的温度，给予其原子或分子足够的能量，克服固相原子的束缚，在真空中蒸发，形成具有一定动能的气相原子或分子，该能量为气化热。 2.2真空蒸发的种类，物质的饱和蒸气压：在一定温度下，真空室内蒸发的物质的蒸汽与固体或液体平衡时出现的压力。 物质的饱和蒸气压随着温度的上升而增大，一定的饱和蒸气压对应于一定的温度。 规定饱和蒸气压为1.3Pa时的物质的温度，称为该物质的蒸发温度。 1、电阻式加热蒸发，克劳狄-克拉普隆方程式：物质平衡蒸汽压p的温度变化率，v是蒸发过程中物质所具有的体积变化，与反应室的体积大致相等。 1、电阻式加热蒸发，lgP和1/T几乎满足线性关系，利用物质在一定温度时的气化热he代替h得到近似式。1、电阻式加热蒸发，图2.1元素平衡蒸气压的温度变化曲线，液相蒸发对多个金属，温度达到熔点时，其平衡气压低于10-1Pa，需要将物质加热至熔点以上的固相，升华至熔点附近，固体的平衡蒸气压相对高，例如Cr、Ti、Mo、Mo 可以直接利用从固体物质升华来实现物质的气相沉积，1、电阻式加热蒸发，从这些曲线可以看出，(1)达到正常的镀膜蒸发速度所需的温度，即饱和蒸气压为1Pa时的温度； (2)蒸发速度对温度变化的感受性(3)蒸发形式，蒸发温度高于熔点时，蒸发状态熔化，否则升华。 1、电阻式加热蒸发，在一定温度下，液体和固体物质具有特定的平衡蒸气压。 蒸发的物质的分压下降到平衡蒸气压以下的话，有可能引起物质的净蒸发。 单位源物质表面物质的净蒸发速度为、1、电阻式加热蒸发，单位物质表面的质量蒸发速度由Langmuir式给出：蒸发速度与多种因素有关，如温度、蒸发面积、表面的清洁、加热方式等，物质的平衡蒸气压随温度的上升迅速增加，因此对物质蒸发速度影响最大蒸发源的1%的温度变化使蒸发速度变化19%。 1、电阻式加热蒸发、1、电阻式加热蒸发，1、电阻式加热蒸发，优点的成膜机结构简单，成本便宜，使用可靠，可用于熔点不太高的材料的蒸镀膜，特别适合于膜层质量要求不太高的大量生产。 缺点(1)蒸发面积小，蒸发不均匀(2)能够加热的最高温度有限(介电体材料难以蒸发的Al2O3、Ta2O5、TiO2等) (3)蒸发率低(4)加热蒸发时合金和化合物分解(5)加热中容易飞散的(6)电阻材料、坩埚1、将电阻式加热蒸发、电子束加热装置和特征蒸发材料放入水冷坩埚中，直接利用电子束加热使蒸发材料气化蒸发，使之冷凝，在基板表面形成薄膜。 特别适合制作高熔点的薄膜材料和高纯度薄膜。 电子在电场的作用下，动能与位于阳极的蒸发材料碰撞，使蒸发材料加热气化，2、根据电子束加热、电子束蒸发装置的图像，可以直接加热优点(1)蒸发材料，热损失减少，热效率高(2)产生电子束的能量密度大， 可以使高熔点的材料蒸发，蒸发率高(3)加入了蒸发材料的坩埚用冷却或水冷却，可以避免蒸发材料和坩埚的反应和容器材料的蒸发，薄膜纯度高。 缺点(1)结构复杂、价格高(2)真空室内残留气体分子和部分蒸发材料的蒸汽被电子束电离，影响薄膜的结构和物理性能。 2、电子束加热装置和特点2、电子束加热、高频感应蒸发源通过高频感应加热装有蒸发材料的坩埚，使蒸发材料在高频电磁场感应下产生强涡流损耗和滞后损耗(强磁性体)，使蒸发材料升温到气化蒸发。 3、高频感应加热，优点： (1)能够采用蒸发速度大、大坩埚，因此能够增加蒸发表面；(2)蒸发源的温度均匀稳定，不易发生喷溅现象；(3)温度控制精度高、操作比较简单；(4)高频感应电流直接作用于蒸发材料缺点： (1)不能进行坩埚的预备脱气(2)输入功率的微调整困难(3)加热用的高功率高频电源价格昂贵，同时需要屏蔽高频电磁场。 (4)线圈附近的压力超过10-2Pa时，高频场中残留气体电离，消耗电力增大。 3、高频感应加热，以激光为热源使蒸发材料蒸发。 激光蒸发是在高真空条件下制造薄膜的技术。激光光源放置在真空室之外，激光束通过真空室的窗户接触被蒸发材料，使其蒸发，堆积在基板上。 适用于高纯度、高熔点物质薄膜的制造，使用外部反射镜导入激光束，就能容易地同时或依次实现多源蒸发。 4、激光束蒸发、激光束蒸发示意图，3、激光束加热蒸发，4、激光束蒸发，4、激光束蒸发，优点： (1)功率密度大，能使高熔点材料蒸发(2)热源位于真空室外，简化了真空室的结构薄膜没有污染，适合在超高真空下制作纯洁的薄膜的(4)高的蒸发速度缺点： (1)费用高(2)在某高反射薄膜的制造上没有优势，4、激光束的蒸发，在蒸镀的同时，以一定比例的反应性气体(例如氧、氮等)。 该方法常用于制造高熔点金属氧化物和氮化物薄膜。 5、在反应蒸发、反应蒸发的过程中，有可能发生反应的地方有：1)蒸发源表面； 2 )从蒸发源到基板的空间3 )基板表面。 在蒸发源和基板之间反应的概率很小。 蒸发源表面的反应要降低蒸发速度，尽量避免。 反应主要发生在基板表面，反应气体分子和原子与基板碰撞，吸附在基板表面，扩散并与薄膜的晶格结合。 5、反应蒸发，以金属氧化物膜的生长为例，基板表面的金属氧化物的生成经过以下三个过程：1)金属原子和氧分子入射到基板表面。 2 )入射到基板上的金属原子和氧分子的一部分被吸附，另一部分被反射或暂时停止，有可能发生脱离，吸附能量越小或基板温度越高，脱离越快。 3 )吸附的金属原子和氧分子发生表面移动，通过氧的解离、化学吸附发生化学反应，形成氧化物。 5、反应蒸发，在低反应气体压力下，通过电弧蒸发可以得到陶瓷薄膜