第三章 薄膜的物理制备方法(4)
薄膜制备的物理方法
一、薄膜制备的物理方法
1.真空蒸发 真空蒸发 2.溅射 溅射 3.离子束和离子助 3.离子束和离子助 4.外延膜沉积技术 外延膜沉积技术
二、真空蒸发
在真空蒸发技术中，人们只需要产生一个真空环境。在真空环境下， 在真空蒸发技术中，人们只需要产生一个真空环境。在真空环境下， 真空环境 待蒸发物提供足够的热量以获得蒸发所必需的蒸气压 提供足够的热量以获得蒸发所必需的蒸气压。 给待蒸发物提供足够的热量以获得蒸发所必需的蒸气压。在适当的温 度下，蒸发粒子在基片上凝结，这样即可实现真空蒸发薄膜沉积。 度下，蒸发粒子在基片上凝结，这样即可实现真空蒸发薄膜沉积。 大量材料皆可以在真空中蒸发，最终在基片上凝结以形成薄膜。 大量材料皆可以在真空中蒸发，最终在基片上凝结以形成薄膜。真空 组成： 蒸发沉积过程由三个步骤组成： ①蒸发源材料由凝聚相转变成气相； 蒸发源材料由凝聚相转变成气相； ②在蒸发源与基片之间蒸发粒子的运输； 在蒸发源与基片之间蒸发粒子的运输； ③蒸发粒子到达基片后凝结、成核、长大、成膜。 蒸发粒子到达基片后凝结、成核、长大、成膜。
1.真空蒸发沉积薄膜的优点：简单便利、操作容易、成膜速度快、效 真空蒸发沉积薄膜的优点：简单便利、操作容易、成膜速度快、 真空蒸发沉积薄膜的优点 率高等 是薄膜制备中最为广泛使用的技术。 率高等，是薄膜制备中最为广泛使用的技术。
2.真空蒸发技术的缺点：形成的薄膜与基片结合较差，工艺重复性不 真空蒸发技术的缺点：形成的薄膜与基片结合较差， 真空蒸发技术的缺点 好。
薄膜制备的物理方法
化学气相沉积方法由于所得到的薄膜材料是由反应气体通过化学反应 化学气相沉积方法由于所得到的薄膜材料是由反应气体通过化学反应 而实现的，因此对于反应物和生成物的选择具有一定的局限性。同时， 而实现的，因此对于反应物和生成物的选择具有一定的局限性。同时， 由于化学反应需要在较高的温度下进行， 由于化学反应需要在较高的温度下进行，基片所处的环境温度一般较 这样也同时限制了基片材料的选取。 高，这样也同时限制了基片材料的选取。相对于化学气相沉积这些局 限性，物理气相沉积（ 简称PVD）则显 限性，物理气相沉积（Physical Vapor Deposition ，简称 ） 示出独有的优越性，它对沉积材料和基片材料均没有限制。 示出独有的优越性，它对沉积材料和基片材料均没有限制。 物理气相沉积过程可概括为三个阶段： 物理气相沉积过程可概括为三个阶段： 从源材料中发射出粒子； ①从源材料中发射出粒子； ②粒子运输到基片； 粒子运输到基片； 粒子在基片上凝结、成核、长大、成膜。 ③粒子在基片上凝结、成核、长大、成膜。
光学薄膜技术第三章
第三章薄膜制造技术光学薄膜可以采用物理汽相沉积（ PVD ）和化学液相沉积（CLD ）两种工艺来获得。
CLD 工艺简单，制造成 本低，但膜层厚度不能精确控制， 膜层强度差，较难获得多层膜，废水废气对环境造成污染， 已很少使用。
PVD 需要使用真空镀膜机，制造成本高，但膜层厚度能够精确控制，膜层强度好，目前已广泛使用。
PVD 分为热蒸发、溅射、离子镀、及离子辅助镀等。
制作薄膜所必需的有关真空设备的基础知识用物理方法制作薄膜，概括起来就是给制作薄膜的物质加上热能或动量，使它分解为原子、分子或少数几 个原子、分子的集合体（从广义来说，就是使其蒸发），并使它们在其他位置重新结合或凝聚。
在这个过程中，如果大气与蒸发中的物质同时存在，那就会产生如下一些问题： ① 蒸发物质的直线前进受妨碍而形成雾状微粒，难以制得均匀平整的薄膜； ② 空气分子进入薄膜而形成杂质； ③ 空气中的活性分子与薄膜形成化合物；④ 蒸发用的加热器及蒸发物质等与空气分子发生反应形成 化合物，从而不能进行正常的蒸发等等。
因此，必须把空气分子从制作薄膜的设备中排除出去，这个过程称为抽气。
空气压力低于一个大气压的状态称为真空， 而把产生真空的装置叫做真空泵，抽成真空的容器叫做真空室，把包括真空泵和真空室在内的设备叫做真空设备。
制作薄膜最重要的装备是真空设备.真空设备大致可分为两类：高真空设备和超高真空设备。
二 者真空度不同，这两种真空设备的抽气系统基本上是相同 的，但所用的真空泵和真空阀不同，而且用于真空室和抽气系统的材料也不同， 下图是典型的高真空设备的原理图，制作薄膜所用的高真空设备大多都属于这一类。
下图是超高真空设备的原理图，在原理上，它与高真空设备 没有什么不同，但是，为了稍稍改善抽气时空气的流动性， 超高真空设备不太使用管子，多数将超高真空用的真空泵直 接与真空室连接，一般还要装上辅助真空泵（如钛吸气泵） 来辅助超高真空泵。
3.1高真空镀膜机 1•真空系统现代的光学薄膜制备都是在真空下获得的。
薄膜制备方法
薄膜制备方法薄膜制备方法是一种将材料制备成薄膜状的工艺过程。
薄膜是指厚度在纳米至微米级别的材料，具有特殊的物理、化学和电学性质，在许多领域具有重要的应用价值。
薄膜制备方法有多种，包括物理气相沉积法、化学气相沉积法、物理溅射法、溶液法等。
一、物理气相沉积法物理气相沉积法是一种利用高温或高能粒子束使材料原子或分子在基底表面沉积形成薄膜的方法。
常见的物理气相沉积方法有热蒸发法、电子束蒸发法和磁控溅射法等。
其中，热蒸发法是通过加热材料使其蒸发，并在基底上沉积形成薄膜；电子束蒸发法则是利用电子束的热能使材料蒸发并沉积在基底上；磁控溅射法是通过在真空室中加入惰性气体，并利用高能电子束轰击靶材使其溅射出原子或离子，从而沉积在基底上形成薄膜。
二、化学气相沉积法化学气相沉积法是一种利用气相反应在基底表面沉积材料的方法。
常见的化学气相沉积方法有化学气相沉积法、低压化学气相沉积法和气相扩散法等。
其中，化学气相沉积法是通过将反应气体在基底表面分解或氧化生成薄膜的方法；低压化学气相沉积法则是在较低的气压下进行反应，以控制薄膜的成分和结构；气相扩散法是通过将反应气体在基底表面进行扩散反应，使材料沉积在基底上。
三、物理溅射法物理溅射法是一种利用高能粒子轰击靶材使其原子或分子从靶表面溅射出来，并沉积在基底上形成薄膜的方法。
物理溅射法包括直流溅射法、射频溅射法和磁控溅射法等。
其中，直流溅射法是利用直流电源加电使靶材离子化并溅射出来；射频溅射法则是利用射频电源产生高频电场使靶材离子化并溅射出来；磁控溅射法则是在溅射区域加入磁场，利用磁控电子束使靶材离子化并溅射出来。
四、溶液法溶液法是一种利用溶液中的材料分子或离子在基底表面沉积形成薄膜的方法。
常见的溶液法包括浸渍法、旋涂法和喷雾法等。
其中，浸渍法是将基底放置在溶液中，使其吸附溶剂中的材料分子或离子，然后通过蒸发或热处理使其形成薄膜；旋涂法是将溶液倒在旋转的基底上，通过离心作用使溶液均匀涂布在基底上，然后通过蒸发或热处理使其形成薄膜；喷雾法则是将溶液喷雾到基底上，通过蒸发或热处理使其形成薄膜。
薄膜材料及其制备技术
薄膜材料及其制备技术薄膜材料是指厚度在纳米级别到微米级别的材料，具有特殊的物理、化学和力学性质。
薄膜材料广泛应用于电子、光电、光学、化学、生物医学等领域。
下面将介绍薄膜材料的分类以及常用的制备技术。
薄膜材料的分类：1.无机薄膜材料：如氧化物薄膜、金属薄膜、半导体薄膜等。
2.有机薄膜材料：如聚合物薄膜、膜面活性剂薄膜等。
3.复合薄膜材料：由两种或以上的材料组成的。
如聚合物和无机材料复合薄膜、金属和无机材料复合薄膜等。
薄膜材料的制备技术：1.物理气相沉积技术：包括物理气相沉积（PVD）和物理气相淀积（PVD）两种方法。
PVD主要包括物理气相沉积和磁控溅射，通过将固态金属或合金加热，使其升华或蒸发，然后在基底表面形成薄膜。
PVD常用于制备金属薄膜、金属氧化物薄膜等。
2.化学气相沉积技术：包括化学气相沉积（CVD）和原子层沉积（ALD）两种方法。
CVD通过化学反应在基底表面形成薄膜。
ALD则是通过一系列的单原子层回旋沉积来生长薄膜。
这些方法可以制备无机薄膜、有机薄膜和复合薄膜。
3.溶液法制备技术：包括溶胶-凝胶法、旋涂法、浸渍法等。
溶胶-凝胶法通过溶胶和凝胶阶段的转化制备薄膜。
旋涂法将溶液倒在旋转基底上，通过离心力将溶液均匀分布并形成薄膜。
浸渍法将基底浸泡在溶液中，溶液中的材料通过表面张力进入基底并形成薄膜。
这些方法主要用于制备有机薄膜和复合薄膜。
4.物理沉积法和化学反应法相结合的制备技术：如离子束沉积法、激光沉积法等。
这些方法通过物理沉积或化学反应在基底表面形成薄膜，具有较高的沉积速率和较好的薄膜质量。
综上所述，薄膜材料及其制备技术涉及多个领域，各种薄膜材料的制备方法各有特点，可以选择合适的技术来制备特定性质的薄膜材料。
随着对薄膜材料的深入研究和制备技术的不断进步，薄膜材料在各个应用领域的潜力将会得到更大的发掘。
薄膜制备方法
薄膜制备方法1.物理气相沉积法（PVD）：真空蒸镀、离子镀、溅射镀膜2.化学气相沉积法（CVD)：热CVD、等离子CVD、有机金属CVD、金属CVD。
一、真空蒸镀即真空蒸发镀膜，是制备薄膜最一般的方法。
这种方法是把装有基片的真空室抽成真空，使气体压强达到10ˉ2Pa以下，然后加热镀料，使其原子或者分子从表面气化逸出，形成蒸汽流，入射到温度较低的基片表面，凝结形成固态薄膜。
其设备主要由真空镀膜室和真空抽气系统两大部分组成。
保证真空环境的原因有✍防止在高温下因空气分子和蒸发源发生反应，生成化合物而使蒸发源劣化。
✍防止因蒸发物质的分子在镀膜室内与空气分子碰撞而阻碍蒸发分子直接到达基片表面，以及在途中生成化合物或由于蒸发分子间的相互碰撞而在到达基片前就凝聚等✍在基片上形成薄膜的过程中，防止空气分子作为杂质混入膜内或者在薄膜中形成化合物。
蒸发镀根据蒸发源的类别有几种:⑴、电阻加热蒸发源。
通常适用于熔点低于1500℃的镀料。
对于蒸发源的要求为a、熔点高b、饱和蒸气压低c、化学性质稳定，在高温下不与蒸发材料发生化学反应d、具有良好的耐热性，功率密度变化小。
⑵、电子束蒸发源。
热电子由灯丝发射后，被电场加速，获得动能轰击处于阳极的蒸发材料上，使蒸发材料加热气化，而实现蒸发镀膜。
特别适合制作高熔点薄膜材料和高纯薄膜材料。
优点有a、电子束轰击热源的束流密度高，能获得远比电阻加热源更大的能量密度，可以使高熔点（可高达3000℃以上）的材料蒸发，并且有较高的蒸发速率。
b、镀料置于冷水铜坩埚内，避免容器材料的蒸发，以及容器材料与镀料之间的反应，这对于提高镀膜的纯度极为重要。
c、热量可直接加到蒸发材料的表面，减少热量损失。
⑶、高频感应蒸发源。
将装有蒸发材料的坩埚放在高频螺旋线圈的中央，使蒸发材料在高频电磁场的感应下产生强大的涡流损失和磁滞损失（铁磁体），从而将镀料金属加热蒸发。
常用于大量蒸发高纯度金属。
分子束外延技术（molecular beam epitaxy,MBE)。
第3章薄膜制备的物理方法
5. 原料丰富、经济耐用
蒸镀材料对加热材料的“湿润性”
选择蒸发加热材料时，必须考虑蒸镀材料与蒸 发材料的“湿润性”问题。
湿润良好：蒸发面积大、稳定，
可以认为是面蒸发源蒸发。 湿润小： 8.2 电子束蒸发 可以认为是点源蒸发，
稳定性差。
电阻加热蒸发已不能满足蒸镀某些高熔点金
属和氧化物材料的需要，特别是制备高纯薄膜。 电子束加热蒸发法克服了电阻加热蒸发的许多缺 点，得到广泛应用。
吸收反 射电子、 背散射 电子、 二次电 子
1-发射体，2-阳极，3-电磁线圈，4-水冷坩埚，5-收集极，6-吸收 极，7-电子轨迹，8-正离子轨迹，9-散射电子轨迹，10-等离子体
8.3 高频感应蒸发源 高频感应蒸发源的特点：
1. 蒸发速率大，比电阻蒸发 源大10倍左右； 2. 蒸发源温度均匀稳定，不
GCr PCr WCr GNi PNi WNi M Ni 10 20 58.7 2.8 M Cr 1 80 52.0
• 铬的初始蒸发速率是镍的2.8倍；
• 随蒸发过程， GCr GNi 会逐渐减小，最终会小于1。 镍-铬合金薄膜实验结果证实了上述结果。 在真空蒸发法制作合金薄膜时，为保证薄膜组成，经常采 用瞬时蒸发法、双蒸发源法等。
nA，nB为A，B元素浓度
PB P X B
* B
PA n A P PB nB P
* A * B
设 mA 、 mB 分别为A、B的质量， WA 、WB 为合金中的浓 度，则 mA mB WA mA nA M A WA WB mA mB mA mB WB mB nB M B
易产生飞溅；
3. 蒸发材料是金属时，从内 部加热； 4. 蒸发源一次加料，无需送 料机构，控温容易，热惰
薄膜的制备方法有哪些
薄膜的制备方法有哪些薄膜是一种在各种领域都有广泛应用的材料，其制备方法多种多样。
本文将介绍薄膜的制备方法，希望能够对您有所帮助。
首先，薄膜的制备方法可以分为物理方法和化学方法两大类。
物理方法包括蒸发法、溅射法、激光热解法等，而化学方法则包括溶液法、化学气相沉积法等。
接下来，我们将逐一介绍这些方法的具体步骤和特点。
蒸发法是一种常用的物理方法，其制备步骤为首先将原料物质加热至其汽化温度，然后使其在基底上凝结形成薄膜。
这种方法制备的薄膜质量较高，但是成本较高，且只适用于高蒸发温度的材料。
溅射法是另一种常用的物理方法，其制备步骤为将原料物质置于真空室中，通过离子轰击或者电子轰击的方式使其蒸发并沉积在基底表面形成薄膜。
这种方法可以制备多种材料的薄膜，但是设备复杂，成本较高。
激光热解法是一种新型的物理方法，其制备步骤为使用激光热解原料物质，使其在基底上沉积形成薄膜。
这种方法可以制备高质量的薄膜，但是设备成本高，且只适用于特定材料。
溶液法是一种常用的化学方法，其制备步骤为将原料物质溶解在溶剂中，然后将溶液涂覆在基底上，通过溶剂挥发使其形成薄膜。
这种方法成本低，适用范围广，但是薄膜质量较低。
化学气相沉积法是另一种常用的化学方法，其制备步骤为将原料物质的化合物气体在基底表面发生化学反应，形成薄膜。
这种方法可以制备高质量的薄膜，但是设备复杂，成本较高。
总的来说，薄膜的制备方法多种多样，每种方法都有其独特的优点和局限性。
在选择制备方法时，需要根据具体的应用需求和材料特性进行综合考虑。
希望本文能够对您有所帮助，谢谢阅读！。
第三章薄膜制备技术ppt课件
分子束外延是在超高真空条件下精确控制源材料的中性分子束强度，并使其在加热的基片上进行外延生长的一种技术。从本质上讲，分子束外延也属于真空蒸发方法，但 与传统真空蒸发不同的是，分子束外延系统具有超高真空，并配有原位监测和分析系统，能够获得高质量的单晶薄膜。
2、溅射法 荷能粒子轰击固体材料靶，使固体原子从表面射出，这些原子具有一定的动能和方向性。在原子射出的方向上放上基片，就可在基片上形成一层薄膜，这种制备薄膜的方法叫做溅射法。 溅射法属于物理气相沉积(PVD)，射出的粒子大多处于原子状态，轰击靶材料的荷能粒子一般是电子、离子和中性粒子。
3.1.2 化学气相沉积 (chemical vapor deposition )
化学气相沉积:一定化学配比的反应气体，在特定激活条件下(一般是利用加热、等离子体和紫外线等各种能源激活气态物质)，通过气相化学反应生成新的膜层材料沉积到基片上制取膜层的一种方法。 Chemical vapor deposition (CVD) is a chemical process often used in the semiconductor industry for the deposition of thin films of various materials.
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通常，用作材料改性的注入离子主要有N+、Cr+、Ni+、 Ti+、Mo+等。而N+和Ar是使用最多的气体离子。其它离 子大多用金属源产生。 在材料改性时，采用溅射沉积的同时做离子束轰击是使 用较多的方法。
离子束材料改性的优点是在低温下完成，不会使样品变 形、不会明显地增加尺寸；缺点是表面层较薄。
第三章 薄膜的物理制备方法（3） 薄膜材料与薄膜技术
100
Resistance(K Ohm)
10
IBED film annealed
1
at 500 C in N2
o
0.1 0 20 40 60
o
80
100
Temperature( C)
第三章 薄膜的物理制备方法（3） 薄膜材料与薄膜技术
二、离子助
100
Resistance(k Ohm)
第三章 薄膜的物理制备方法（3） 薄膜材料与薄膜技术
二、离子助
理论上，可用N掺杂得到P型ZnO薄膜，实际上ZnO生成 焓为-348.28kJ/mol， Zn3N2生成焓为-20kJ/mol，Zn-O键结 合比Zn-N键强得多，N很难取代O 与Zn键合 。掺入的氮原 子往往孤立于ZnO四面体之外，形成施主型缺陷，与受主 杂质之间形成自补偿，因此很难通过直接掺N获得p型ZnO 薄膜。 目前常用的制备方法有化学气相沉积、磁控溅射、脉冲 激光沉积、分子束外延、超声喷雾热分解法、溶胶-凝胶法、 热氧化氮化锌等。各种方法对制备ZnO薄膜的P型掺杂都十
二、离子助 6. 离子束薄膜合成
利用离子助方法可以方便地合成多种其它方法较难得到、 具有特殊性能的功能薄膜。方法是，合理地利用离子束溅 射沉积、离子束轰击、离子注入等手段，巧妙地选择靶材 料和不同的注入离子，发挥在离子束增强沉积过程中的物 理和化学作用，设计新型功能薄膜的合成工艺。还可利用 沉积后的退火，使薄膜 合成的工艺完善。 以从V2O5粉末直接制备高取向VO2多晶薄膜和P型掺杂 ZnO薄膜为例，讨论用离子束增强沉积方法合成功能薄膜 的具体做法：
由于辅助离子束的入射角不与样品表面垂直，为了避免 对沉积薄膜的显著溅射，在做辅助沉积的掺杂注入时，辅 助束的能量不能太高（<1000V),束流不能太大(<40mA)， 掺杂离子的质量不能太大（一般用N+）。
第三章 薄膜的物理制备方法（3） 薄膜材料与薄膜技术
二、离子助
3. 离子束轰击混合
第三章 薄膜的物理制备方法（3） 薄膜材料与薄膜技术
二、离子助
Ion source
V 2O 5 target
H ++Ar+
Sputtering beam Ar+ Ion source sample rotation pumping
第三章 薄膜的物理制备方法（3） 薄膜材料与薄膜技术
用于离子束轰击混合的离子可以用与注入角与样品表面 垂直的气体离子或金属离子。对大多数离子助设备，都采用 气体离子源与金属离子源独立分离的形式。采用同一注入窗 口，而更换离子源的办法分别完成气体和金属离子的注入。 而我们的多功能离子束增强沉积设备采用了气体离子源。离 子能量最高60KeV，最大束流为10mA。 由于注入离子以垂直方向注入样品表面，溅射效应比较 低，而对溅射沉积薄膜中分子的轰击作用显著。反冲原子将 有效地进入衬底与沉积薄膜的界面，使离子助薄膜对衬底的 粘附性很高，不易脱落。所以，离子束增强沉积在早期也称 为离子束混合。
控 制 柜
第三章 薄膜的物理制备方法（3）
薄膜材料与薄膜技术
第三章 薄膜的物理制备方法（3）
薄膜材料与薄膜技术
离子源
第三章 薄膜的物理制备方法（3）
薄膜材料与薄膜技术
二、离子助
1. 离子束溅射
离子助设备有单独的溅射离子源，以Ar为溅射气体，对 放置于真空室的金属靶或介质靶溅射。溅射源的加速电压通 常在0-5KV可调，溅射离子的入射角在45-60（相对于靶面 法线）, 我们的设备，溅射束强度在30-80mA，束斑直径5060mm ，入射角60 。 在离子束溅射时，对靶会产生大量的热，溅射靶需要用水 冷却。不冷却会导致介质靶的碎裂。 由于带电离子的轰击，如果溅射靶没有良好的接地，会产 生大量的电荷堆积，阻止或影响后续溅射的效果。这种效应 对介质靶的溅射尤其显著。
薄膜材料与薄膜技术
二、离子助
考夫曼离子源
第三章 薄膜的物理制备方法（3）
薄膜材料与薄膜技术
二、离子助
离子源
第三章 薄膜的物理制备方法（3）
薄膜材料与薄膜技术
二、离子助
5. 离子束材料表面改性
对材料表面的改性包括在衬底表面沉积具有特殊物理、 化学或机械性能的薄膜,以及用离子注入的方法直接对衬 底材料掺杂,在材料表面形成一层具有特殊性能的表面层, 达到提高材料的硬度、抗蚀性、耐磨性等。
第三章 薄膜的物理制备方法（3） 薄膜材料与薄膜技术
二、离子助
蒸发金属离子源
气体离子源是指通入的源气只能是气体，气体的纯度决 定了引出离子束的纯度。金属离子源的金属原子可以用蒸 发或溅射方法得到，再经过辉光放电，成为离子，引出为 离子束。
蒸发金 属离子 源
第三章 薄膜的物理制备方法（3）
Implantation beam
holder
二、离子助
5000
a: V2O5 powder b: only sputtering a b d c
c: after IBED d: after annealing
4000
Intensity
3000
2000
1000
0
20
第三章 薄膜的物理制备方法（3）
ZnO是一种具有六方结构的自激活宽禁带半导体材料，室 温下的禁带宽度为3.36eV。因ZnO的激子激活能达60meV， 比同是宽禁带材料的ZnSe（20meV）和GaN（21meV）都高 出许多，这使得ZnO能有效工作于室温（26 meV）或更高温 度。此外ZnO薄膜较GaN、SiC和其它II-VI族半导体宽禁带材 料的制备温度低很多。这些特点使ZnO成为诱人的室温短波 长光电子材料，要发展这种光电器件，要解决的一个重要问 题是如何制备低阻p型ZnO。 要实现ZnO的p型掺杂，一方面由于p型掺杂往往导致ZnO晶 格的马德隆能升高，使样品结构不稳定；另一方面，宽禁带 半导体具有严重的自补偿现象，导致生长p型ZnO非常困难。
第三章 薄膜的物理制备方法（3） 薄膜材料与薄膜技术
二、离子助
2. 离子束清洗
辅助离子源的主要用来作薄膜溅射沉积前的样品清洗溅 射，也可以做气体离子的辅助注入。在做离子束清洗时， 通入Ar做源气，Ar+以相对样品表面法线25-30°的入射角， 短时间溅射样品表面，去除样品表面的氧化层后再作离子 束溅射沉积。 辅助离子源的 加速电压在0.3-3kV可调，束流约2060mA，束斑直径80-100mm, 。
12.0k
550 C, N2
24' 19'
o
Intensity(counts)
9.0k
6.0k
17' 15' 13' 10' 5' 0
20 25 30 35 40 45 50 55
3.0k
0.0
Two theta(deg)
第三章 薄膜的物理制备方法（3） 薄膜材料与薄膜技术
二、离子助
Sol-gel VO2 film
10
V2O5 RTA 600 C Vacuum annealing 480 C 20min 1-2pa
o
o
IBED film
1
0
20
40
60
80
100
Temperature( C)
第三章 薄膜的物理制备方法（3） 薄膜材料与薄膜技术
o
二、离子助 P型ZnO薄膜的制备
分困难。
第三章 薄膜的物理制备方法（3） 薄膜材料与薄膜技术
二、离子助
我们采用离子束增强沉积方法，比较容易地在Si衬底上制 备In-N共掺杂P型ZnO薄膜，方法是： 溅射靶：ZnO+In2O3粉末 ； 溅射离子：Ar+； 轰击离子：Ar+； 注入反应离子：N+；
工艺设计：用Ar+的轰击，使溅射沉积的氧化锌分子的Zn-O 键断裂，结合N的注入，使Zn-O 和 Zn-N 的结合同时起步， 提高了Zn-N结合的几率。In的掺入，是为了提高电导率。
第三章 薄膜的物理制备方法（3）
薄膜材料与薄膜技术
二、离子助
真空 系统
第三章 薄膜的物理制备方法（3）
薄膜材料与薄膜技术
样品台 通常，待沉积的样品按放在可公转和自转的样品台上， 离子束溅射沉积的速率在1-5nm/S范围。样品台可以冷却或 加热。我们的IBED机能装载6片直径120mm的样品。 真空系统 由于离子束增强沉积系统的真空腔体积很大,需要强力真 空系统。老式的机器用大口径扩散泵，而新式的机器一般都 用涡轮分子泵
第三章 薄膜的物理制备方法（3）
薄膜材料与薄膜技术
二、离子助
从V2O5粉末制备VO2多晶薄膜
氧化钒薄膜是室温红外成像和红外探测的重要敏感膜，目前 制备的方法主要有溅射沉积、PLD、Sol-Gel等，得到的薄膜结 构主要为VOx（X~2），其室温温度系数在1.5~2.5%/K。很难 得到性能更好的VO2薄膜。我们用离子束增强沉积方法，成功 地从V2O5粉末直接制备出VO2多晶薄膜，其室温温度系数高达 4%/K。 溅射靶： V2O5粉末压制；溅射离子：Ar+； 轰击离子：Ar+；注入降价离子：H+； 工艺设计：用Ar+的轰击，使溅射沉积的氧化钒分子的V-O键 断裂，用H+与部分O结合，使V降价，退火后合成VO2多晶薄 膜。