1-薄膜制备方法
第二章 薄膜制备的物理方法
反应方程举例如下:
Al(激活蒸汽） O2 (活性气体） Al2O3(固相沉积）
Sn（激活蒸汽） O2(活性气体) SnO2 (固相沉积） 在反应蒸发中，蒸发原子或低价化合物分子与活
为了避免污染薄膜材料，蒸发源中所用的支撑材 料在工作温度下必须具有可忽略的蒸汽压，以避 免支撑材料原子混入蒸发气体中。
通常所用的支撑材料为难熔的金属和氧化物。
同时，选择某一特殊支撑材料时，一定要考虑蒸 发物与支撑材料之间可能发生的合金化和化学反 应、相互润湿程度等问题。
支撑材料的形状则主要取决于蒸发物。
源，则膜厚分布为：
d
1
d0 1 l / h2 2
沉积速率和膜厚分布
沉积速率和膜厚分布
实际蒸发过程中，蒸发粒子都要受到真空室中残 余气体分子的碰撞，碰撞次数取决于分子的平均 自由程。设有N0个蒸发分子，飞行距离l后，未受 到残余气体分子碰撞的数目N为：
N N0 exp(l / )
同时，脉冲激光沉积可以实现高能等离子体沉积 以及能在气氛中实现反应沉积。
PLA的局限性：
（1）小颗粒的形成。在PLA膜中通常有0.110um的小颗粒，解决的办法是利用更短波 长的紫外线、靶转动和激光束扫描以保持 靶面平滑，更有效的办法是转动快门将速 度慢的颗粒挡住。
（2）膜厚不够均匀。熔蒸“羽辉”（发光部 分类似羽毛）具有很强的定向性，只能在 很窄的范围内形成均匀厚度的膜。
第二章 薄膜制备的物理方法
物理气相沉积
薄膜沉积的物理方法主要是物理气相沉积法，物 理气相沉积（Physical Vapor Deposition,简称 PVD）是应用广泛的一系列薄膜制备方法的总称， 包括真空蒸发法，溅射法，分子束外延法等。
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。
薄膜的化学制备方法
LB薄膜的特点
优点：1. LB薄膜中分子有序定向排列，这是一个重要特点； 2. 很多材料都可以用LB技术成膜； 3. LB膜有单分子层组成，它的厚度取决于分子大小 和 分子的层数； 4. 通过严格控制条件，可以得到均匀、致密和缺陷密 度很低的LB薄膜；
缺点：
➢ 成膜效率低， ➢ LB薄膜均为有机薄膜，包含了有机材料的弱点； ➢ LB薄膜厚度很薄，在薄膜表征手段方面难度较大。
盲孔
和形状复杂的内腔；
4. 被镀材料广泛：可在钢、铜、铝、锌、塑料、尼龙、
玻
Ni2+
+
_
H2PO2
+H2O
表面 催化HPO32
+ 3H+ + Ni
璃、 橡胶、木材等材料上镀膜。
化学镀设备（Electroless plating equipment ）
化学镀的应用
化学镀Ni-P-B活塞
Ni-P塑料模具
Ni-P铝质天线盒
PCB的局部化学镀
Layer 1
Tracks
Via Hole
SMD Pad
Layer 6
R34
IC3
二、溶胶-凝胶法
溶胶凝胶法是常用的化学制膜方法，与 蒸发、溅射等物理成膜方法相比，设备简单、成 本低、容易控制薄膜的化学组分比、可以用它方 便地制备多种薄膜和纳米材料，是一种适合于机 理研究的好方法。
4.在基片B，金属离子得到 电子被还原。
电镀服从法拉第定律
Faraday 定律（镀层厚度与时间和电流的关系）
• m=K I t • m=(M/nF) (I(d) S) t • p S h=(M/nF) (I(d)
S) t • p h=(M/nF) I(d) t
薄膜的制备及其特性测试
图1 双靶反应磁控溅射原理图 如图，双靶法同时安装两块靶材互为阴阳极进行轮回溅射镀膜 如图，
1.4、射频反应磁控溅射 1.4、
在一定气压下，在阴阳极之间施加交流电压，当其频率 增高到射频频率时即可产生稳定的射频辉光放电。射频辉光 放电在辉光放电空间中电子震荡足以产生电离碰撞的能量， 所以减小了放电对二次电子的依赖，并且能有效降低击穿电 压。射频电压可以穿过任何种类的阻抗，所以电极就不再要 求是导电体，可以溅射任何材料，因此射频辉光放电广泛用 于介质的溅射。频率在5～30MHz都称为射频频率。
透光率是透明薄膜的一项非常重要的光学性能指标， 透光率是透明薄膜的一项非常重要的光学性能指标，透光 率是指以透过材料的光通量与入射的光通量之比的百分数表示， 率是指以透过材料的光通量与入射的光通量之比的百分数表示，在 测试中采用相对测量原理，将通过透明薄膜的光通量记为T2 T2， 测试中采用相对测量原理，将通过透明薄膜的光通量记为T2，在没 有放入透明薄膜的光通量记为T1 那么薄膜的透光率为： T1， 有放入透明薄膜的光通量记为T1，那么薄膜的透光率为： Tt =T2/T1⊆ 其中，T1，T2均为测量相对值 均为测量相对值） =T2/T1⊆100% （其中，T1，T2均为测量相对值） 一般用来测量透过率的仪器有透过率雾度测试仪和分光光 度计法， 度计法，其原理图分别如下
1.5、化学气相沉积(CVD)法 (CVD) 1.5、化学气相沉积(CVD)法
化学气相沉积是一种化学气相生长法，简称CVD(Chemical V apor Deposition)技术。这种技术是把含有构成薄膜元素的一种 或几种化合物质气体供给基片，利用加热等离子体、紫外光乃至 激光等能源，借助气体在基片表面的化学反应(热分解或化学合 成)生成要求的薄膜。例如下图是利用化学气相沉淀法制备ITO的 原理结构图
第二章薄膜的制备ppt课件
在信息显示技术中的应用
在信息存贮技术中的应用
• 第二是在集成电路等电子工业中的应用， 其中，从外延薄膜的生长这一结晶学角 度看也具有显著的成果。
在计算机技术中的应用
在计算机技术中的应用
• 第三是对材料科学的贡献。薄漠制 备是在非平衡状态下进行，和通常的热 力学平衡条件制备材料相比具有：所得 材料的非平衡特征非常明显;可以制取普 通相图中不存在的物质;在低温下可以制 取热力学平衡状态下必须高温才能生成 的物质等优点。
薄膜的主要特性
• 材料薄膜化后，呈现出的一部分主要特性：
•
几何形状效应
• 块状合成材料一般使用粉末的最小尺寸为 纳米至微米，而薄膜是由尺寸为1埃左右的原子
或分子逐渐生长形成的。采用薄膜工艺可以研
制出块材工艺不能获得的物质(如超晶格材料)，
在开发新材料方面，薄膜工艺已成为重要的手
段之一。
非热力学平衡过程
无机薄膜制备工艺
• 单晶薄膜、多晶薄膜和非晶态薄膜在现代微 电子工艺、半导体光电技术、太阳能电池、光纤 通讯、超导技术和保护涂层等方面发挥越来越大 的作用。特别是在电子工业领域里占有极其重要 的地位，例如半导体集成电路、电阻器、电容器、 激光器、磁带、磁头都应用薄膜。
• 薄膜制备工艺包括：薄膜制备方法的选择； 基体材料的选择及表面处理；薄膜制备条件的选 择；结构、性能与工艺参数的关系等。
(2)双蒸发源蒸镀——三温度法
三温度-分子束外延法主要是用 于制备单晶半导体化合物薄膜。从 原理上讲，就是双蒸发源蒸镀法。 但也有区别，在制备薄膜时，必须 同时控制基片和两个蒸发源的温度， 所以也称三温度法。
三温度法 是制备化合物 半导体的一种 基本方法，它 实际上是在V族 元素气氛中蒸 镀Ⅲ族元素， 从这个意义上 讲非常类似于 反应蒸镀。图 示就是典型的 三温度法制备 GaAs单晶薄膜 原理。
ITO薄膜
实习（调研）报告一、 ITO薄膜的性能氧化铟锡（ITO）薄膜是一种重参杂、高简并n型半导体氧化物薄膜，由于其具有低电阻率、抗擦伤、良好的化学稳定等优点[9]，已经广泛应用于平板显示器、太阳能电池、汽车挡风玻璃以及电子屏蔽等诸多领域。
是按照质量比为的比例为In2O3：SnO2=9:1的比例,在氧化铟中掺杂氧化锡,并采用一定的热处理工艺得到的一种超细粉体材料。
该材料是一种型宽禁带半导体, 禁带宽度Eg=3.5eV, 禁带宽度值对应的波数为2.8×104cm-1,波长为365nm,已经在紫外线的范围内。
用其制作的薄膜仃膜对可见光的透过率超过90%,对紫外线的吸收率大于85%,对红外线反射率大于70%。
其晶体结构属于立方铁锰矿结构【1】。
二、 ITO薄膜的应用IT O 薄膜具有优良的光电性能,对可见光的透过率达95%以上,对红外光的反射率70%,对紫外线的吸收率≥85%,对微波的衰减率≥85%,导电性和加工性能极好,硬度高且耐磨耐蚀,因而在工业上应用广泛,在高技术领域中起着重要作用。
主要用途有:2. 1用于平面显示ITO薄膜的透明导电性及其良好的电极加工性能,所以它作为液晶显示器用的透明电极获得高速发展,约占功能膜的50%以上,例如液晶显示(LCD)、电致发光显示( ELD)、电致彩电显示(ECD)等。
目前,在各类显示器中,LCD的产值仅次于显像管(CRT)。
随着液晶显示器件的大面积化、高等级化和彩色化,LCD将超过CRT 成为显示器件中的主流产品。
因而ITO 薄膜主要用于高清晰度的大型彩电、计算器、计算机显示器、液晶和电子发光屏幕等。
2. 2用于交通工具风挡ITO 薄膜能除雾防霜,是一种典型的透明表面发热体,可以用作汽车、火车、电车、飞机等交通工具的风挡,用于陈列窗、溜冰眼镜、双引自行战车及医疗喉镜。
还可以用作烹调用加热板的发热体,也可以用于炉门、冷冻食品的显示器及低压钠灯等。
2. 3用于太阳能方面ITO 薄膜用于异质结SIS太阳能电池顶部氧化物层,可以得到高的能量转换效/P-Si太阳能电池可以产生13%～16%的转换效率。
薄膜制备方法
薄膜造备要领之阳早格格创做1.物理气相重积法（PVD）：真空蒸镀、离子镀、溅射镀膜2.化教气相重积法（CVD)：热CVD、等离子CVD、有机金属CVD、金属CVD.一、真空蒸镀即真空挥收镀膜，是造备薄膜最普遍的要领.那种要领是把拆有基片的真空室抽成真空，使气体压强达到10¯²Pa以下，而后加热镀料，使其本子大概者分子从表面气化劳出，产死蒸汽流，进射到温度较矮的基片表面，凝结产死固态薄膜.其设备主要由真空镀膜室战真空抽气系统二大部分组成.包管真空环境的本果有预防正在下温下果气氛分子战挥收源爆收反应，死成化合物而使挥收源劣化.预防果挥收物量的分子正在镀膜室内与气氛分子碰碰而阻拦挥收分子间接到达基片表面，以及正在途中死成化合物大概由于挥收分子间的相互碰碰而正在到达基片前便凝结等正在基片上产死薄膜的历程中，预防气氛分子动做杂量混进膜内大概者正在薄膜中产死化合物.挥收镀根据挥收源的类型有几种:⑴、电阻加热挥收源.常常适用于熔面矮于1500℃的镀料.对付于挥收源的央供为a、熔面下b、鼓战蒸气压矮c、化教本量宁静，正在下温下没有与挥收资料爆收化教反应d、具备良佳的耐热性，功率稀度变更小.⑵、电子束挥收源.热电子由灯丝收射后，被电场加速，赢得动能轰打处于阳极的挥收资料上，使挥收资料加热气化，而真止挥收镀膜.特天符合创造下熔面薄膜资料战下杂薄膜资料.便宜有a、电子束轰打热源的束流稀度下，能赢得近比电阻加热源更大的能量稀度，不妨使下熔面（可下达3000℃以上）的资料挥收，而且有较下的挥收速率.b、镀料置于热火铜坩埚内，预防容器资料的挥收，以及容器资料与镀料之间的反应，那对付于普及镀膜的杂度极为要害.c、热量可间接加到挥收资料的表面，缩小热量益坏.⑶、下频感触挥收源.将拆有挥收资料的坩埚搁正在下频螺旋线圈的中央，使挥收资料正在下频电磁场的感触下爆收强盛的涡流益坏战磁滞益坏（铁磁体），从而将镀料金属加热挥收.时常使用于洪量挥收下杂度金属.分子束中延技能（molecular beam epitaxy,MBE).中延是一种造备单晶薄膜的新技能，它是正在符合的衬底与符合条件下，沿衬底资料晶轴目标逐层死少新单晶薄膜的要领.中延薄膜战衬底属于共一物量的称“共量中延”，二者分歧的称为“同量中延”.MBE是正在810—Pa的超真空条件下，将薄膜诸组分元素的分子束流，正在庄重监控之下，间接喷射到衬底表面.其中已被基片捕获的分子，即时被真空系统抽走，包管到达衬底表面的经常新分子束.那样，到达衬底的各元素分子没有受环境气氛的效率，仅由挥收系统的几许形状战挥收源温度决断.二、离子镀是正在真空条件下，利用气体搁电使气体大概被挥收物量离化，正在气体离子大概被挥收物量离子轰打效率的共时，把挥收物大概其反应物蒸镀正在基片上.时常使用的几种离子镀：（1）曲流搁电离子镀.挥收源：采与电阻加热大概电子束加热；充进气体：充进Ar大概充进少量反应气体；离化办法：被镀基体为阳极，利用下电压曲流辉光搁电离子加速办法：正在数百伏至数千伏的电压下加速，离化战离子加速所有举止.（2）空心阳极搁电离子镀（HCD，hollow cathode discharge ）.等离子束动做挥收源，可充进Ar、其余惰性气体大概反应气体；利用矮压大电流的电子束碰碰离化， 0至数百伏的加速电压.离化战离子加速独力支配.（3）射频搁电离子镀.电阻加热大概电子束加热，真空，Ar，其余惰性气体大概反应气体；利用射频等离子体搁电离化， 0至数千伏的加速电压，离化战离子加速独力支配.（4）矮压等离子体离子镀.电子束加热，惰性气体，反应气体. 等离子体离化， DC大概AC 50V离子镀是一个格中搀杂历程，普遍去道末究包罗镀料金属的挥收，气化，电离，离子加速，离子之间的反应，中战以及正在基体上成膜等历程，其兼具真空蒸镀战真空溅射的特性.三、溅射镀膜是正在真空室中，利用荷能粒子轰打靶表面，使被轰打出的粒子正在基片上重积的技能.用戴有几十电子伏特以上动能的粒子大概粒子束映照固体表面，靠拢固体表面的本子会赢得进射粒子所戴能量的一部分从而背真空中劳出，那种局里称为溅射.应用于当前工业死产的主要溅射镀膜办法：（1）射频溅射是利用射频搁电等离子体中的正离子轰打靶材、溅射出靶材本子从而重积正在接天的基板表面的技能.由于接流电源的正背性爆收周期接替，当溅射靶处于正半周时，电子流背靶里，中战其表面散集的正电荷，而且散集电子，使其表面浮现背偏偏压，引导正在射频电压的背半周期时吸引正离子轰打靶材，从而真止溅射.由于离子比电子品量大，迁移率小，没有像电子那样很快天背靶表面集结，所以靶表面的面位降下缓缓，由于正在靶上会产死背偏偏压，所以射频溅射拆置也不妨溅射导体靶.射频溅射拆置的安排中，最要害的是靶战匹配回路.靶要火热，共时要加下频下压.（2）磁控溅射（下速矮温溅射）.其重积速率快、基片温度矮，对付膜层的益伤小、支配压力矮.磁控溅射具备的二个条件是：磁场战电场笔曲；磁场目标与阳极（靶）表面仄止，并组成环形磁场.电子正在电场E的效率下，正在飞背基片历程中与氩本子爆收碰碰，使其电离爆收出Ar 战新的电子；新电子飞背基片，Ar 正在电场效率下加速飞背阳极靶，并以下能量轰打靶表面，使靶材爆收溅射.正在溅射粒子中，中性的靶本子大概分子重积正在基片上产死薄膜，而爆收的二次电子会受到电场战磁场效率，爆收E（电场）×B（磁场）所指的目标漂移，简称E×B漂移，其疏通轨迹近似于一条晃线.若为环形磁场，则电子便以近似晃线形式正在靶表面干圆周疏通，它们的疏通路径没有但是很少，而且被束缚正在靠拢靶表面的等离子体天区内，而且正在该天区中电离出洪量的Ar 去轰打靶材，从而真止了下的重积速率.随着碰碰次数的减少，二次电子的能量消耗殆尽，渐渐近离靶表面，并正在电场E的效率下最后重积正在基片上.由于该电子的能量很矮，传播给基片的能量很小，以致基片温降较矮.（3）反应溅射.反应溅射是指正在存留反应气体的情况下，溅射靶材时，靶材会与反应气体反应产死化合物(如氮化物大概氧化物)，正在惰性气体溅射化合物靶材时由于化教没有宁静性往往引导薄膜较靶材少一个大概更多组分，此时如果加上反应气体不妨补偿所缺少的组分，那种溅射也不妨视为反应溅射.化教气相重积chemical vapor deposition（CVD)一、热CVD指把含有形成薄膜元素的气态反应剂大概液态反应剂的蒸气及反应所需其余气体引进反应室，正在衬底表面爆收化教反应死成薄膜的历程.本理：利用挥收性的金属卤化物战金属的有机化合物等，正在下温下爆收气相化教反应，包罗热领会、氢还本（可造备下杂度金属膜）、氧化战置换反应等，正在基板上重积所需要的氮化物、氧化物、碳化物、硅化物、硼化物、下熔面金属、金属、半导体等薄膜.造备条件：1）正在重积温度下，反应物具备脚够的蒸气压，并能以符合的速度被引进反应室；2）反应产品除了产死固态薄膜物量中，皆必须是挥收性的；3）重积薄膜战基体资料必须具备脚够矮的蒸气压.二、等离子体CVD（plasma chemical vapor deposition）是正在下频大概曲流电场效率下，将本料气体电离产死等离子体，利用矮温等离子体动做能量源，通进适量的反应气体，利用等离子体搁电，使反应气体激活并真止化教气相重积的技能.正在脆持一定压力的本料气体中，输进曲流、下频大概微波功率，爆收气体搁电，产死等离子体.正在气体搁电等离子体中，由于矮速电子与气体本子碰碰，故除爆收正、背离子中，还会爆收洪量的活性基（激励本子、分子等），从而可大大巩固反映气体的活性.那样便不妨正在较矮的温度下，爆收反应，爆收薄膜.PCVD不妨正在更矮的温度下成膜.可缩小热益伤，减矮膜层与衬底资料间的相互扩集及反应多用于太阳能电池及液晶隐现器等.三、有机金属CVD（MOCVD）是将反应气体战睦化的有机物通过反应室，通过热领会重积正在加热的衬底上产死薄膜.它是利用运载气携戴金属有机物的蒸气加进反应室，受热领会后重积到加热的衬底上产死薄膜.其特性是：1.较矮的衬底温度； 2.较下的死少速率，可死少极薄的薄膜； 3.透彻的组分统造可举止多元混晶的身分统造，可真止多层结构及超晶格结构； 4.易赢得大里积匀称薄膜；其缺陷是：1.残留杂量含量下 2.反应气体及尾气普遍为易焚、易爆及毒性很强的气体.。
第三章薄膜材料的制备
(6) 特殊蒸发方法—化合物和合金材料
a.闪蒸蒸发 又称瞬间蒸发，把薄膜 材料做成细小颗粒或粉 末状，通过一定装置使 其以极小的流量逐渐进 入高温蒸发源。使每个 颗粒都在瞬间完全蒸发， 以保证薄膜的组分比例 与合金相同。
闪蒸蒸发设备示意图
b．多源蒸发 将合金薄膜所需的元素各 自置于单独的蒸发源中， 同时加热，并独立控制各 蒸发源的温度，以使薄膜 的组分比例满足合金要求。 要求各蒸发源参数能独立 控制和指示，蒸发源间分 隔开，避免相互污染。
六硼化镧薄膜的电子束蒸发法制备 基底选用玻璃和钽片, 使用的设备为南光H44500-3 型超高真空镀 膜机。基底固定在一个不锈钢底座上, e型电子枪为加工的块状 LaB6 , 用来代替原设备中的钨阴极, 试验装置的基本结构如图。 实验过程中冷阱中持续添加液氮, 真空度控制在8×105~3×10- 4Pa 之间, 电子束加速级电压控制在4500V 左右, 电 流为80mA, 蒸发时间为15min 。蒸发过程中通过控制电子束能 量来实现对多晶材料蒸发速率的控制, 通过蒸发时间来控制蒸发薄
一、薄膜和薄膜材料分类
1、薄膜材料的概念
采用一定方法，处于某种状态的一种或几种物质 (原材料)的基团（离子、原子或分子）以物理或 者化学方式附着于衬底材料表面，在衬底材料表 面形成一层新的物质，这层新物质就称为薄膜。
简而言之，薄膜是由离子、原子或分子的沉积过 程形成的二维材料。
2、薄膜的基本特征
多源蒸发装置示意图
c.反应蒸发(属化学成膜) 把活性气体导入真空室，使活性气体的原子、分子与来自 蒸发源的原子、分子在衬底表面反应，生成所需化合物。 这种方法在制作高熔点 化合物薄膜时经常被采 用。 例如：在空气或氧气中 蒸发Si来制备SiO2薄膜
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
物理气相沉积（PVD） 物理气相沉积（PVD）
蒸发（热化，电子束，RF，PLD） 蒸发（热化，电子束，RF，PLD） 溅射（RF，DC，磁控） 溅射（RF，DC，磁控） 分子束外延（MBE） 分子束外延（MBE）
蒸发
蒸发：通过不同的加热方式 蒸发：通过不同的加热方式使原材料气化 不同的加热方式使原材料气化 直接（或与反应气体反应后） 后，直接（或与反应气体反应后）在衬底 上成膜。 上成膜。
太阳能转换（光伏） 太阳能转换（光伏） 红外摄影 激光镜镀膜 核反应视窗 电镀板视窗
薄膜制备方法
物理气相沉积（PVD） 物理气相沉积（PVD） 化学气相沉积（CVD） 化学气相沉积（CVD） 电沉积 物理沉积
PVD和 PVD和CVD
PVD： PVD：通过高温加热金属或化合物蒸发成 气相，或者通过电子、离子、 气相，或者通过电子、离子、光子等荷能 粒子的能量把金属或化合物靶溅射出相应 的原子、离子、分子(气态) 的原子、离子、分子(气态)，在固体表面上 沉积成固相膜， 沉积成固相膜，其中不涉及到物质的化学 反应(分解或化合) 反应(分解或化合)。 CVD： CVD：通过含有构成薄膜元素的挥发性化 合物与气态物质，在固体表面上进行化学 合物与气态物质，在固体表面上进行化学 反应，且生成非挥发性固态沉积物的过程。 反应，且生成非挥发性固态沉积物的过程。
化学气相沉积（CVD） 化学气相沉积（CVD）
大气压化学气相沉积( 大气压化学气相沉积(APCVD) 低气压化学气相沉积（ 低气压化学气相沉积（LPCVD)
大气压化学气相沉积( 大气压化学气相沉积(APCVD)
1)高温大气压CVD 1)高温大气压CVD 高温大气压 炉壁加热方式：射频加热/ 炉壁加热方式：射频加热/辐射加热 特点：简单经济、稳定高效；腐蚀、污染、 特点：简单经济、稳定高效；腐蚀、污染、耗能 应用：外延Si薄膜制备、 Si薄膜制备 TiC等超硬涂层等 应用：外延Si薄膜制备、TiN, TiC等超硬涂层等 2)低温大气压 低温大气压CVD 2)低温大气压CVD 工作温度:500 :500∼ 工作温度:500∼700oC 应用领域：主要用于集成电路、电子器件等对沉 应用领域：主要用于集成电路、 积温度有比较严格限制的薄膜制备。 积温度有比较严格限制的薄膜制备。
从剃须刀片到人工心脏支架 从切削工具到空间飞行器 从微型半导体到巨型涡轮 从腕表到壁挂式等离子显示器 从薯片包装到机场塔台 从光谱到超级望远镜
高科技领域
汽车工业 航空航天 太空技术（人造卫星） 太空技术（人造卫星） 原子能 清洁能源的生成和转换 生物技术 纳米技术： 纳米技术：材料技术的前沿
高科技领域的应用
分子束外延的特点
生长速率极慢，每秒1 10埃 生长速率极慢，每秒1—10埃，因而可以生 长极薄而厚度均匀的外延层。 长极薄而厚度均匀的外延层。 外延生长的温度低， 外延生长的温度低，可以避免衬底与外延 层间的杂质在扩散， 层间的杂质在扩散，而获得杂质浓度分布 异常陡峭p 异常陡峭p—n结，同时又可以避免通常在 高温下产生的热缺陷。 高温下产生的热缺陷。 衬底表面可成为完全清洁的， 衬底表面可成为完全清洁的，生长是在超 高真空中进行的， 高真空中进行的，在外延过程中可避免沾 因而能生长出质量极好的外延层。 污，因而能生长出质量极好的外延层。
薄膜制备方法
主要内容
薄膜概述 薄膜制备方法 物理气相沉积（PVD） 物理气相沉积（PVD） 化学气相沉积（CVD） 化学气相沉积（CVD）
薄膜的物理特性完全不同于其体材料 的特性 薄膜可在艺术， 薄膜可在艺术，科学及科技领域间转 换 目前薄膜是一个具有数十亿美元的产 业
哪里需要用到薄膜？ 哪气相沉积（LPCVD)
低气压CVD按工作真空度的划分 按工作真空度的划分: 低气压 按工作真空度的划分
–减压 减压CVD(RPCVD)：100 torr> P > 1 torr； 减压 ： ； –LPCVD：1 torr> P > 10 mtorr； ： ； –超高真空：∼10-7torr 超高真空： 超高真空
蒸发的特点
纯度高 成本低 方向性好 材料受限
溅射
溅射：以荷能粒子(常用气体正离子) 溅射：以荷能粒子(常用气体正离子)轰击 某种材料的靶面， 某种材料的靶面，而使靶材表面的原子或 分子从中逸出并淀积在衬底材料上的现象。 并淀积在衬底材料上的现象 分子从中逸出并淀积在衬底材料上的现象。
溅射的特点（与蒸发相比） 与蒸发相比）
膜层和衬底附着力强 可以制备高熔点材料 易于大面积均匀成膜 膜的成分易于控制
分子束外延
在超高真空条件下，由装有各种所需组分 在超高真空条件下， 的炉子加热而产生的蒸气， 的炉子加热而产生的蒸气，经小孔准直后 形成的分子束或原子束， 形成的分子束或原子束，直接喷射到适当 温度的单晶基片上， 温度的单晶基片上，同时控制分子束对衬 底扫描，就可使分子或原子按晶体排列一 底扫描，就可使分子或原子按晶体排列一 层层地“ 在基片上形成薄膜 形成薄膜。 层层地“长”在基片上形成薄膜。
应用低气压CVD的目的： 的目的： 应用低气压 的目的
–提高生产效率、降低成本：LPCVD可以使基 提高生产效率、降低成本： 提高生产效率 可以使基 片排部更加紧密； 片排部更加紧密； –改善薄膜的质量：提高薄膜的致密度、减少针 改善薄膜的质量： 改善薄膜的质量 提高薄膜的致密度、 孔； –控制薄膜的厚度和均匀性以及化学成分匹配。 控制薄膜的厚度和均匀性以及化学成分匹配。 控制薄膜的厚度和均匀性以及化学成分匹配
低气压化学气相沉积（ 低气压化学气相沉积（LPCVD)
金属有机物CVD(MOCVD) 金属有机物 工作气体:低温高挥发性的金属有机物 低温高挥发性的金属有机物； 工作气体 低温高挥发性的金属有机物； 工作温度：300∼700oC 工作温度： ∼ 特点：成分组分控制比较好，可以大面积沉积、 特点：成分组分控制比较好，可以大面积沉积、均匀 性好、致密；工作气体成本比较高。 性好、致密；工作气体成本比较高。 激光增强CVD(LECVD) 激光增强 工作原理:采用激光加热和光催化对化合物进行催化分解 采用激光加热和光催化对化合物进行催化分解。 工作原理 采用激光加热和光催化对化合物进行催化分解。 目的：利用激光可聚焦的特点进行选择沉积。 目的：利用激光可聚焦的特点进行选择沉积。 等离子体增强CVD(PECVD) 等离子体增强 工作原理:采用等离子体辅助对化合物进行催化分解 采用等离子体辅助对化合物进行催化分解。 工作原理 采用等离子体辅助对化合物进行催化分解。 目的：利用等离子体辅助活化反应气体， 目的：利用等离子体辅助活化反应气体，降低反应温 改善薄膜质量； 度，改善薄膜质量；