第8章_气相沉积技术

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1、第第8章章 气相沉积技术气相沉积技术8.1 薄膜及其制备方法8.2 真空蒸发镀膜 8.3 溅射镀膜8.4 离子镀8.5 化学气相沉积8.6 分子束外延制膜法思考题思考题l气相沉积薄膜形成的主要步骤是什么？lPVD的基本镀膜技术有哪几种？其原理分别是什么？lCVD和PVD有什么不同处？l什么是分子束外延制膜法？它与真空蒸镀法相比有哪些改进？8.1 薄膜及其制备方法l薄膜的定义薄膜的定义 利用特殊的制备技术在工件（或基体）表面沉积厚度为100nm至数微米的膜层，称为薄膜。8.1 薄膜及其制备方法l薄膜材料的特点薄膜材料的特点：同块体材料相比，由于薄膜材料的厚度很薄，很容易产生尺寸效应，就是说薄膜材

2、料的物性会受到薄膜厚度的影响；由于薄膜材料的表面积同体积之比很大，所以表面效应很显著，表面能、表面态、表面散射和表面干涉对它的物性影响很大。在薄膜材料中还包含有大量的表面晶粒间界和缺陷态，对电子输运性能也影响较大。8.1 薄膜及其制备方法在基片和薄膜之间还存在有一定的相互作用，因而就会出现薄膜与基片之间的粘附性和附着力问题，以及内应力的问题。 薄膜技术可以将各种不同材料灵活地复合在一起，容易实现多层膜。许多情况下，材料功能的发挥和作用发生在材料的表面，所以，材料的特性主要是取决于材料的表面性质，使用功能薄膜材料不仅保护资源而且降低成本，尤其是在需要使用有毒或贵重材料时，可以在别的基体上镀一层有

3、毒或贵重薄膜材料，减少公害。8.1 薄膜及其制备方法l薄膜形成的主要步骤薄膜形成的主要步骤原子或分子撞击到固体表面；原子或分子被固体表面原子吸附或直接反射回空间；被吸附粒子在固体表面发生迁移、扩散、碰撞，形成原子簇团；稳定核长大成小岛，临近的岛合并形成连续膜；稳定核捕获表面扩散原子或靠入射原子的直接碰撞而长大。8.1 薄膜及其制备方法l薄膜的生长模式薄膜的生长模式(a)岛状生长(b)层状生长(c)层状-岛状生长 8.1 薄膜及其制备方法成核阶段 小岛阶段 网络阶段 沟道逐渐被填充8.1 薄膜及其制备方法l薄膜的分类薄膜的分类金属、合金、陶瓷、半导体、化合物、塑料及其他高分子材料等；多晶、单晶、

4、非晶、超晶格、外延等；光学、电子、装饰、防护、力学。8.1 薄膜及其制备方法l薄膜制备过程薄膜制备过程 通过特殊方法，将一种材料（薄膜材料）转移到另一种材料（基底）的表面，形成和基底牢固结合的薄膜的过程。 8.1 薄膜及其制备方法l物理气相沉积物理气相沉积:在真空条件下，利用各种物理方法，将镀料气化成原子、分子或使其离子化为离子，直接沉积到基体表面上的方法。l化学气相沉积化学气相沉积:把含有构成薄膜元素的一种或几种化合物、单质气体供给基体，借助气相作用或在基体表面上的化学反应在基体上制得金属或化合物薄膜的方法。8.2 真空蒸发镀膜 l真空蒸发镀膜真空蒸发镀膜 在真空条件下，用加热蒸发的方法使镀

5、料转化为气相，然后凝聚在基体表面的方法称为真空蒸发镀膜，简称蒸镀。 8.2 真空蒸发镀膜l蒸发镀膜的物理过程蒸发镀膜的物理过程 采用蒸发形式把被淀积的材料由凝聚态转变为气态；蒸发粒子在蒸发源与基片之间的输运；蒸发粒子到达基片后凝结、成核、长大、成膜。8.2 真空蒸发镀膜 图8-2 同时蒸发和瞬间蒸发示意图8.2 真空蒸发镀膜8.2 真空蒸发镀膜l真空蒸发设备真空蒸发设备真空镀膜室真空抽气系统8.2 真空蒸发镀膜l蒸发源：蒸发源：加热待蒸发材料并使之挥发的器具。电阻加热电子束加热激光蒸镀高频感应加热 8.2 真空蒸发镀膜l电阻加热法电阻加热法：让大电流通过蒸发源，加热待镀材料，使其蒸发的简单易行

6、的方法。 图8-3 电阻加热蒸发源图8-4 电阻蒸发源的真空蒸镀示意图 1-镀膜室 2-工件 3-金属蒸气流线 4-电极蒸发源 5-电极 6-电极密封绝缘件 7-排气系统 8-交流电源8.2 真空蒸发镀膜l电阻加热蒸发源的特点电阻加热蒸发源的特点优点：结构简单，使用方便，造价低廉；缺点：蒸发源材料会成为杂质污染膜料；加热所能达到的最高温度有限；加热器的寿命也较短。8.2 真空蒸发镀膜l电子束加热电子束加热 用高能电子束直接轰击蒸发物质的表面，使其蒸发。 8.2 真空蒸发镀膜l电子束加热蒸发源的特点电子束加热蒸发源的特点优点：对高、低熔点的膜料都能适用；避免了坩埚材料对膜料的玷污。缺点：化合物部