物理气相淀积

物理气相淀积第一页，共十九页，2022年，8月28日第五章物理气相淀积PVD：physicalvapordeposition淀积特点：物理过程；技术：①蒸发：早期工艺制备金属薄膜；②溅射：已取代蒸发。第二页，共十九页，2022年，8月28日5.1真空蒸发的基本原理材料的三态：solid，liquid，gas；蒸气：任何温度下，材料表面都存在自身的气体；蒸气压：平衡时的饱和蒸气压；升华：低于熔化温度时，产生蒸气的过程；蒸发：熔化时，产生蒸气的过程；真空蒸发：利用蒸发材料熔化时产生的蒸气进行薄膜淀积；优点：工艺及设备简单，淀积速率快；缺点：台阶覆盖差。第三页，共十九页，2022年，8月28日5.1.1真空蒸发设备①真空系统②蒸发系统③基板及加热系统基板蒸发源真空系统第四页，共十九页，2022年，8月28日蒸发淀积过程①加热蒸发：加热蒸发源（固态），产生蒸气；②输运：气化的原子、分子扩散到基片表面；③淀积：气化的原子、分子在表面凝聚、成核、成长、成膜；

第五页，共十九页，2022年，8月28日5.1.5多组分蒸发如，合金蒸发方法：（按蒸发源分类）①单源蒸发：具有薄膜组分比例的单一合金靶；靶源的要求：各组分蒸汽压接近；②多源同时蒸发：多种靶源，不同温度，同时蒸发；③多源顺序蒸发：多种靶源，不同温度，顺序蒸发，最后高温退火；工艺关键：根据薄膜组分控制各层厚度；

第六页，共十九页，2022年，8月28日5.1.5多组分蒸发第七页，共十九页，2022年，8月28日5.2蒸发源（按加热方式分类）①电阻加热源②电子束加热源③高频感应加热源④激光加热源第八页，共十九页，2022年，8月28日5.2.1电阻加热源直接加热源：加热体与蒸发源的载体是同一物体；加热体-W、Mo、石墨。间接加热源：坩埚盛放蒸发源；坩埚-高温陶瓷、石墨。对加热体材料的要求：不产生污染①熔点高：高于蒸发源的蒸发温度；②饱和蒸汽压低：低于蒸发源；③化学性能稳定：不发生化学反应，不形成合金。优点：工艺简单，蒸发速率快；缺点：难以制备高熔点、高纯度薄膜。第九页，共十九页，2022年，8月28日5.2.2电子束蒸发源原理：电子轰击蒸发材料，使其熔化蒸发。特点：淀积高熔点、高纯薄膜；第十页，共十九页，2022年，8月28日5.2.2电子束蒸发源优点：①蒸发温度高：能量密度高于电阻源，可蒸发3000度以上的材料:W，Mo，Ge，SiO2，Al2O3；②高纯度淀积：水冷坩埚可避免容器材料的蒸发；③热效率高：热传导和热辐射损失少。缺点：①一次电子和二次电子使蒸发原子电离，影响薄膜质量；②设备及工艺复杂。第十一页，共十九页，2022年，8月28日5.2.3激光加热可蒸发任何高熔点的材料（聚焦激光束功率密度高达106W/cm2）；被蒸发材料局部受热而汽化，高纯度薄膜，（光斑很小，防止了坩锅材料受热的污染）；淀积含有不同熔点材料的化合物薄膜可保证成分比例（功率密度高）真空室内装置简单，容易获得高真空度第十二页，共十九页，2022年，8月28日5.2.4高频感应加热源优点：①蒸发速率快：

蒸发面积大；②温度控制精确、均匀；③工艺简便；缺点：①成本高；②电磁干扰。第十三页，共十九页，2022年，8月28日5.4溅射原理：气体辉光放电产生等离子体→具有能量的离子轰击靶材→靶材原子获得能量从靶表面逸出-被溅射出→溅射原子淀积在表面。特点：被溅射出的原子动能很大，10-50eV（蒸发：

）；还可实现离子注入。优点：台阶覆盖好（迁移能力强）。Ar+离子能量和动量转移将使表面原子脱离化学键束缚第十四页，共十九页，2022年，8月28日第十五页，共十九页，2022年，8月28日5.4.3溅射方法直流、射频、磁控、反应、离子束、偏压等溅射；1.直流溅射（又称阴极溅射或直流二级溅射，常用Ar气作为工作气体。）溅射靶：阴极衬底：阳极（接地）工作气体：Ar气要求：靶材导电性好特点：只适于金属靶材第十六页，共十九页，2022年，8月28日5.4.3溅射方法2.RF溅射原理：高频电场经其他阻抗形式耦合进入淀积室；特点：适于各种金属与非金属靶材；第十七页，共十九页，2022年，8月28日5.4.3溅射方法3.磁控溅射原理：