物理气相沉积PPT课件
成膜机理? 真空蒸发所得到的薄膜，一般都是多晶膜或无定 形膜，经历成核和成膜两个过程。蒸发的原子（或分子）碰撞 到基片时，或是永久附着在基片上，或是吸附后再蒸发而离开 基片，其中有一部分直接从基片表面反射回去。粘附在基片表 面的原子（或分子）由于热运动可沿表面移动，如碰上其它原 子便积聚成团。这种团最易于发生在基片表面应力高的地方， 或在晶体衬底的解理阶梯上，因为这使吸附原子的自由能最小。 这就是成核过程。进一步的原子（分子）淀积使上述岛状的团 （晶核）不断扩大，直至展延成连续的薄膜。
Stranski-Krastanov Mode
Layer Plus Island Growth
衬底
( 2D-3D )
PVD所需实验条件
►高真空 (HV) ►高纯材料 ►清洁和光滑的衬底表面 ►提供能量的电源
PVD的通用实验配置
衬底
真空室 反应气体管道
充气管道
Plume
厚度监控仪 靶材
真空泵
一、蒸发镀膜
提高薄膜纯度的方法： –降低残余气体分压,提高真空度； –提高基片温度,提高沉积速率；
二、溅射镀膜
溅射镀膜是利用电场对辉光放电过程中产生出来的带电离子进行加速，使其获得一 定的动能后，轰击靶电极，将靶电极的原子溅射出来，沉积到衬底形成薄膜的方法。
辉光放电
溅射沉积薄膜原理
Al膜
阳
避免金属 真空 原子氧化
7、薄膜的纯度：
蒸发源纯度的影响： 加热器、坩埚、支撑材料等的污染： 残余气体的影响：
Substrate
残留气体在衬底上形成一单原子层所需时间
生长材料的分子 残留气体分子
Pressure (Torr) 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11
Time
0.02 s 0.2 s 2s 20 s 3 min 35 min 6 hr 3 days
第五章 薄膜的物理气相沉积 （PVD）
薄膜分类
► 超薄膜: ~10nm ► 薄膜: 50nm─10mm ► 典型薄膜:
50nm ─ 1mm
► 厚膜:
~10mm ─ ~100mm
► 单晶薄膜 ► 多晶薄膜 ► 无序薄膜
薄膜的应用
►半导体器件 ►电路连接 ►电极 ►光电子器件 ►半导体激光器 ►光学镀膜
► 只有小块区域被电子束轰击 - 坩埚内部形成一个虚 的“坩埚” - “skulling”
► 可以制备难熔金属薄膜,如W,Mo,Ge等和氧化物薄 膜,如SiO2,Al2O3等.特别是制备高纯度薄膜.
► 可用于粉末、块状材料的蒸发 ► –可以比较精确地控制蒸发速率； ► –电离率比较低
Substrate fixture
E-Gun Cru►用高能聚焦激光束轰击靶材
脉冲激光蒸发的特点
► 激光束的斑点很小,蒸发只发生在光斑周围的局部区域, ► 可以避免坩埚材料对蒸发材料的污染,提高薄膜纯度, 激光加
热源,功率密度高,可以蒸发任何高熔点的材料,沉积含有不同 熔点材料的化合物薄膜可保证成分的比例,特别适合于蒸发 那些成分比较复杂的合金或化合物材料.蒸气的成分与靶材 料基本相同，没有偏析现象 ► 蒸发量可以由脉冲的数量定量控制；有利于薄膜厚度控制； ► 光束渗透深度小 ~ 100 A, 蒸发只发生在靶材表面 ► 由于激光能量密度的限制，薄膜均匀性比较差； ► 不要求高真空，但激光器价格昂贵
Ar气
+++
+ Ar+
+
+
AAll靶靶
阴
Al膜与硅片之间的结 合力比蒸发法要好
溅射过程的物理模型
溅射靶材
1、直流溅射 设备简单，操作方便，适合于溅射金属薄膜 但直流溅射中靶材只接收正离子,如果靶材是绝缘材料,阴 极表面聚集的大量正离子无法被电子中和使其电位不断上 升,阴阳两极电势减小,使溅射不能持续进行.
Substrate
Substrate Substrate Substrate Substrate
热运动 原子团簇
岛 薄膜
Volmer-Weber Mode
衬底
Island Growth ( 3D )
其它生长模式
Frank-van der Merve Mode
衬底
Layer by Layer ( 2D )
两种常见的薄膜结构
►单层膜
A Substrate
►周期结构多层膜
B A B A
Substrate
PVD的物理原理
气态
衬底
薄膜
以气态方式进行 物质输运 能量输运
能量
块状材料 (靶材)
PVD简介
“物理气相沉积” 通常指满足下面三个步骤 的一类薄膜生长技术:
1. 所生长的材料以物理的方式由固体转化为气体 2. 生长材料的蒸汽经过一个低压区域到达衬底 3. 蒸汽在衬底表面上凝结，形成薄膜
特点：加热均匀
3、电子束蒸发
电子束蒸发方法:
用高能聚焦的电子束熔解并蒸发材料
电子束加热原理:是基于电子在电场作用下,获得动能轰击处于 阳极的蒸发材料,使蒸发材料加热气化
电子束蒸发装置组成: 电子束加热枪： 灯丝+加速电极+偏转磁场组成
蒸发坩埚：陶瓷坩埚或水冷铜坩埚；
电子束蒸发的特点
► 被蒸发的材料是放在水冷的坩埚中,因而可以避免容 器材料的蒸发,不与坩埚材料交叉污染，清洁。
5、多组分薄膜的蒸发方法
多源顺序蒸发,形成多层膜,再进行要退火
6、薄膜的均匀性
台阶和犁沟的阴影效应: 蒸发分子流受到工件形状的影 响导致阴影效应；
台阶的阴影效应； –与台阶的高度和台阶与蒸发 源的相对位置有关； –旋转基片不能改善台阶的阴 影效应 犁沟的自封闭； –犁沟的自封闭与犁沟的深度 和宽度有关；
惰性气体
2、射频溅射 射频溅射原理:交变电场使得靶材正半周接收电子,负半周接收 正离子,相互中和,从而使阴阳两极电位的大小保持稳定,使溅射 能够持续进行.
►基本思想：将材料置于某种容器内,升高温度， 熔解并蒸发材料
1、电阻式热蒸发
►将用高熔点金属(W, Mo, Ta, Nb)制成的加热丝或舟通上直流电， 利用欧姆热加热材料
加热电阻丝、舟或坩埚
常用蒸发源
加热丝
加热舟
坩埚
盒状源（Knudsen Cell）
2、高频感应加热蒸发
►将用绝缘材料(quartz, graphite, alumina, beryllia, zirconia)制成的坩埚通上射频交流电，利用电磁感应加热材 料
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物理气相沉积技术PPT课件
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16
激光熔融蒸发
• 高功率激光束作为热源蒸发待蒸镀材料， 激光光束通过真空室窗口打到待蒸发材料 使之蒸发，最后沉积在基片上.
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17
• 激光熔融蒸发特点：
➢ 激光清洁、加热温度高，避免坩埚和热源 材料的污染；
➢ 可获高功率密度激光束，蒸发速率高，易 控制；
➢ 容易实现同时或顺序多源蒸发；
.
18
五.溅射镀膜
蒸发，如WW、 Mo、 Ge、 SiO2 、 Al 2O3 等。
➢被蒸发材料可置于水冷坩锅中 →避免容器
材料蒸发、及其与蒸.发材料反应
15
• 电子束蒸发源的缺点
➢电子枪发出的一次电子和蒸发材料发出的 二次电子会使 蒸发原子和残余气体分子电 离 → 影响膜层质量。可选择电子枪加以解 决
➢电子束蒸镀装置结构复杂、价格昂贵 ．
.
13
电子束蒸发
• 用高能聚焦的电子束熔解并蒸发材料 • 电子束加热原理:是基于电子在电场作用下,
获得动能轰击处于阳极的蒸发材料,使蒸发 材料加热气化.
.
14
• 电子束蒸发源的优点
➢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 。达到104∼
109 W/cm2 的功率密度，熔点3000℃的材料
.
3
二.物理气相沉积技术的基本过程
• 从原材料中发射粒子（通过蒸发、升华、溅射和 分解等过程）.
• 粒子输运到基片（粒子间发生碰撞，产生离化、 复合、反应，能量的交换和运动方向的变化）.
• 粒子在基片上凝结、成核、长大和成膜.
.
4
PVD的物理原理
气态
衬底
薄膜
以气态方式进行 物质输运 能量输运
表面处理第十二讲气相沉积(共16张PPT)
4、CVD装置及工艺应用：
）成膜机理 表面温度（低利于凝聚成膜，但结合力不高。
2 3）影响蒸镀过程的状态与参数：
二、化学气相沉积（CVD） 二、化学气相沉积（CVD） （1）真空度：一般为10-2~10-4Pa； 二、化学气相沉积（CVD） 表面处理第十二讲气相沉积 概念：在真空条件下，以各种物理方法产生的原子或分子沉积在基材上，形成薄膜或涂层的过程。 一、物理气相沉积（PVD） （2）高频感应加热蒸发源：（3）电子束蒸发源： 2）反应物供给及配比：要选择常温下是气态的物质或具有高蒸气压的液体或固体。 由于溅射沉积到基材表面的粒子能量比蒸发时高50倍，对基材表面有清洗和升温作用，所以镀膜附着力较大。 二、化学气相沉积（CVD） 缺点是需要在较高温度下反应，基材温度高，沉积速率较低（每小时几微米到几百微米），基材难以进行局部沉积，参加沉积反应的气源和反应 后的余气有一定的毒性。 基材表面晶体结构（单晶体则镀膜也长成单晶体）； 氩离子高速轰击基材并溅射清洗活化其表面，然后接通交流电，加热蒸发蒸发源中的膜料，蒸发出的粒子通过辉光放电的等离子区时部分被电离 ，成为正离子，高速打在基材表面。 （2）高频感应加热蒸发源：（3）电子束蒸发源： 把待镀膜材料置于高真空室内，通过加热使蒸发材料汽化（或升华），以原子、分子或原子团离开熔体表面，凝聚在具有一定温度的基材或工件 表面，并冷凝成薄膜的过程。 1、概念：把一种或几种含有构成薄膜元素的单质气体或化合物通入放置有基材的反应室，借助气相作用或在基材上的化学反应生成所希望的薄膜 。
3、应用：在电子、机械等工业领域有广泛应用，特别用于 氧化物、碳化物、金刚石和类金刚石等功能薄膜和超硬薄 膜的沉积。分常压和低压（数百至数十Pa）CVD。后者镀
膜均匀性好，针孔较少，反应气体利用率高。
）成膜机理 表面温度（低利于凝聚成膜，但结合力不高。
2 3）影响蒸镀过程的状态与参数：
二、化学气相沉积（CVD） 二、化学气相沉积（CVD） （1）真空度：一般为10-2~10-4Pa； 二、化学气相沉积（CVD） 表面处理第十二讲气相沉积 概念：在真空条件下，以各种物理方法产生的原子或分子沉积在基材上，形成薄膜或涂层的过程。 一、物理气相沉积（PVD） （2）高频感应加热蒸发源：（3）电子束蒸发源： 2）反应物供给及配比：要选择常温下是气态的物质或具有高蒸气压的液体或固体。 由于溅射沉积到基材表面的粒子能量比蒸发时高50倍，对基材表面有清洗和升温作用，所以镀膜附着力较大。 二、化学气相沉积（CVD） 缺点是需要在较高温度下反应，基材温度高，沉积速率较低（每小时几微米到几百微米），基材难以进行局部沉积，参加沉积反应的气源和反应 后的余气有一定的毒性。 基材表面晶体结构（单晶体则镀膜也长成单晶体）； 氩离子高速轰击基材并溅射清洗活化其表面，然后接通交流电，加热蒸发蒸发源中的膜料，蒸发出的粒子通过辉光放电的等离子区时部分被电离 ，成为正离子，高速打在基材表面。 （2）高频感应加热蒸发源：（3）电子束蒸发源： 把待镀膜材料置于高真空室内，通过加热使蒸发材料汽化（或升华），以原子、分子或原子团离开熔体表面，凝聚在具有一定温度的基材或工件 表面，并冷凝成薄膜的过程。 1、概念：把一种或几种含有构成薄膜元素的单质气体或化合物通入放置有基材的反应室，借助气相作用或在基材上的化学反应生成所希望的薄膜 。
3、应用：在电子、机械等工业领域有广泛应用，特别用于 氧化物、碳化物、金刚石和类金刚石等功能薄膜和超硬薄 膜的沉积。分常压和低压（数百至数十Pa）CVD。后者镀
膜均匀性好，针孔较少，反应气体利用率高。
《物理气相沉积》课件
电源设备
高压电源
01
提供高电压以产生电离气体。
直流电源
02
提供直流电流以加热沉积材料。
射频电源
03
提供射频能量以实现射频物理气相沉积。
控制设备
控制系统
用于控制物理气相沉积过程的各项参数，如温度、压力、电流等 。
监控系统
用于实时监测物理气相沉积过程的状态和参数。
数据采集系统
用于采集和记录物理气相沉积过程中的数据。
缺陷。
涂层制备工艺
真空系统建立
通过真空泵将沉积室内的气体抽至一定的真空度 ，为涂层制备创造必要的环境条件。
气相沉积
在真空条件下，通过物理方法将气态物质转化为 固态涂层，附着在工件表面。
涂层厚度控制
通过控制沉积时间和工艺参数，精确控制涂层的 厚度和均匀性。
后处理工艺
退火处理
通过加热使涂层内部原子重新排列，提高涂层的硬度 和稳定性。
详细描述
在溅射沉积中，高能粒子（如离子）轰击靶材表面，使靶材 原子或分子从表面溅射出来，并在基体上沉积形成薄膜。该 方法可用于制备金属、合金、陶瓷和其它无机材料。
离子镀
总结词
离子镀是一种物理气相沉积技术，通过将材料离子化并在电场作用下加速到基体 上，实现高能离子束沉积成膜。
详细描述
在离子镀中，将材料离子化后形成离子束，通过电场加速作用将离子束导向基体 表面，在基体上沉积形成薄膜。该方法可用于制备金属、合金、陶瓷和其它无机 材料，具有高沉积速率和良好的附着力。
由金属和非金属材料组成，具有优异 的力学性能和耐磨性，常用于制造机 械零件和刀具等。
04
物理气相沉积工艺
前处理工艺
表面清洗
去除工件表面的污垢、油脂和杂 质，确保表面干净，以提高涂层
第七章气相沉积技术ppt课件
让 优
秀
成 为
一
种 习
惯
定义：等离子体是指存在的时间和
空间均超过某一临界值的电离气体
产生途径——宇宙、天体、上层气
体、放射线及同位素、X射线、粒子 加速器、反应堆、场致电离、冲击波、 燃烧、激光、真空紫外光、发电等， 在气相沉积中广泛采用的是气体放电 产生等离子体。
等离子体特征
让 优
秀
成 为
一
种
惯
离子镀膜的应用
让 优
秀
成 为
一
种 习
惯
①首先，离子镀是各种刀具的保护神。可 以在各种齿轮、模具或刀具上离子镀氮化 钛、碳化钛、氮碳化钛、碳化钨、氮化锆 等多种硬质膜。 ②其次，离子镀技术还是美化人民生活的 得力工具。从我们手上带的手表表壳、表 带，到手机外壳，鼻梁上的眼镜，再到我 们衣服上的扣子、领带夹，腰上别的钥匙 扣、链子及腰带头。这些都是离子镀的杰 作。颜色也是多种多样。 ③离子镀膜还广泛应用于耐腐蚀、耐热、 润滑及电子工业的集成电路等中。
让 优
秀
成 为
一
种 习
惯
化学气相沉积
什么东西最硬？（钻石、铬钴） 沉积原理？
外延
让 优
秀
成 为
一
种
习
外延的概念：外延是指在单晶基片上生长出位向 相同的同类单晶体（同质外延），或者生长出具 有共格或半共格联系的异类单晶体（异质外延）。
外延分为——气相外延、液相外延和分子束外延
气相外延就是化学气相沉积在单晶表面的沉积过 程。
有基体支撑：依附于固体表面并得到 其支撑而存在，并具有与支撑固体不 同结构和性能的二维材料
手机贴膜
手机贴膜
塑料膜
让 优
物理气相沉积(PVD)PPT课件.
§8.2 物理汽相沉积（PVD）
物理气相沉积
—— Physical Vapor Deposition 缩写为： PVD； 通常用于沉积薄膜和涂层 沉积膜层厚度：10-1nm～mm； 一类应用极为广泛的成膜技术，从装饰涂层到 各种功能薄膜，涉及化工、核工程、微电子以 及它们的相关工业工程。 包括 蒸发沉积（蒸镀）、溅射沉积（溅射） 和离子镀等。
改进工艺：
1）选择基片温度，使之有利于凝聚而不是分凝； 2）选用几个蒸发源，不同温度下分别淀积，但控制困难；
3）氧化物，可采用反应蒸镀法，引入活性气体。
4. 蒸发源类型
（1）电阻加热蒸发源
选择原则：在所需蒸发温度下不软化，饱和蒸气压小，不发生反应； 一般采用高熔点金属如钨、钽、钼等材质，常作成螺旋丝状或箔舟状，如图 8.2.4所示。 特点：结构简单，造价低，使用广泛；存在污染，也不能蒸镀高Tm材料。
电子束加热蒸发源由： 阴极、加速电极、阳极 （膜料）组成。 还有高频加热蒸发源、 激光蒸发源等。
图8.2.5 电子束加热蒸发源
优点:
（1）可以直接对蒸发材料加热；
（2）装蒸发料的容器可以是冷的或者用水冷却，从而 可避免 材料与容器的反应和容器材料的蒸发；
（ 3 ） 可 蒸 发 高 熔 点 材 料 ， 例 如 ： 钨 （ Tm=3380℃ ） 、 钼 (Tm=2610℃)和钽（Tm=3000℃）等耐热金属材料。
（2）封闭体系内的P—T关系：
Lv dP dT TV
（1）
∵
V V汽 V固、 液
1 V汽 RT， P
∴
积分：
dP PLV dT RT 2
LV 1 ln p A R T
（2）
物理气相沉积
—— Physical Vapor Deposition 缩写为： PVD； 通常用于沉积薄膜和涂层 沉积膜层厚度：10-1nm～mm； 一类应用极为广泛的成膜技术，从装饰涂层到 各种功能薄膜，涉及化工、核工程、微电子以 及它们的相关工业工程。 包括 蒸发沉积（蒸镀）、溅射沉积（溅射） 和离子镀等。
改进工艺：
1）选择基片温度，使之有利于凝聚而不是分凝； 2）选用几个蒸发源，不同温度下分别淀积，但控制困难；
3）氧化物，可采用反应蒸镀法，引入活性气体。
4. 蒸发源类型
（1）电阻加热蒸发源
选择原则：在所需蒸发温度下不软化，饱和蒸气压小，不发生反应； 一般采用高熔点金属如钨、钽、钼等材质，常作成螺旋丝状或箔舟状，如图 8.2.4所示。 特点：结构简单，造价低，使用广泛；存在污染，也不能蒸镀高Tm材料。
电子束加热蒸发源由： 阴极、加速电极、阳极 （膜料）组成。 还有高频加热蒸发源、 激光蒸发源等。
图8.2.5 电子束加热蒸发源
优点:
（1）可以直接对蒸发材料加热；
（2）装蒸发料的容器可以是冷的或者用水冷却，从而 可避免 材料与容器的反应和容器材料的蒸发；
（ 3 ） 可 蒸 发 高 熔 点 材 料 ， 例 如 ： 钨 （ Tm=3380℃ ） 、 钼 (Tm=2610℃)和钽（Tm=3000℃）等耐热金属材料。
（2）封闭体系内的P—T关系：
Lv dP dT TV
（1）
∵
V V汽 V固、 液
1 V汽 RT， P
∴
积分：
dP PLV dT RT 2
LV 1 ln p A R T
（2）
第七章 气相沉积技术精品PPT课件
目前 CVD能够制备的硬质膜种类达几十种，并能制 备三层以上的多层膜和梯度膜。
2020/10/13
12
80 年 代 气 相 沉 积 发 展 的 主 要 特 征 是 PVD 沉 积技术进一步完善并扩大应用范围。 等离子激活气相化学沉积（PCVD）技术的 产生，基础研究开始起步并日益受到重视。 1978年，Hazle，Wood和Iondnis首次报道 了用PVCD沉积TiC，发现沉积温度可降至 500℃。
然而，沉积理论落后于沉积技术的现象已在很 大程度上影响了此项技术的进一步发展，例如 镀层质量的测试及评定方法；膜基体系和膜基 间的相互关系的研究；
这些研究将为新材料新工艺转化为生产力提供 有效的基本数据，为进一步发展新材料奠定理 论基础。
2020/10/13
3
气相沉积发展史
气相沉积硬质镀层的发展可追溯到上上个世 纪 末 ， 德 国 的 Erlwein等 利 用 化 学 气 相 沉 积 （简称CVD），在氢气的参与下，用挥发性 的金属化合物与碳氢化合物反应，在白炽灯 丝上形成TiC。
2020/10/13
8
在1963年D．M．Mattox已提出了离子镀 技术，并于 1967年取得了美国专利。
时隔两年，美国的IBM公司研制出射频溅 射法。这两种技术与蒸镀构成了PVD的 三大系列。
2020/10/13
9
进人70年代，PVD技术的崛起与CVD技术的提高， 使得表面镀层技术进人了全面的发展阶段。 1972年美国加州大学Bunshan发明了活性反应蒸 镀技术。 1973年前苏联又推出了多弧离子镀；与此同时， 日本的村山洋一发明了射频离子镀。一年之后。 日本的小宫泽治将空心阴极放电技术用于离子镀 形成了目前广泛应用的空心阴极离子镀。
气相沉积PPT课件
蒸镀的膜层其残余应力为拉应力，而离子轰击产生压应力，可以抵消一 部分拉应力。离子轰击可以提高镀料原子在膜层表面的迁移率，这 有利于获得致密的膜层。
如果离子能量过高会使基片温度升高，使镀料原子向基片内部扩散，这 时获得的就不再是膜层而是渗层，离子镀就转化为离子渗镀了。离 子渗镀的离子能量为1000eV左右。
射频溅射：
射频溅射的两个电极，接在交变的射频电源上， ,一个周期内 ，每个电极交替称为阴极和阳极，正离子和电子交替轰击靶 子。
在射频电源交变电场作用下，气体中的电子随之发生振荡，并 使气体电离为等离子体。另一电极对于等离子体处于负电位 ，是阴极，受到离子轰击，用于装置靶材。
缺点：是大功率的射频电源不仅价高，对于人身防护也成问题 。因此，射频溅射不适于工业生产应用。
磁控溅射 ：
磁控溅射是70年代迅速发展起来的新型溅射技术，目前 已在工业生产中实际应用。
磁控溅射的镀膜速率与二极溅射相比提高了一个数量级 ，它具有高速、低温、低损伤等优点：
高速是指沉积速率快； 低温和低损伤是指基片的温升低、对膜层的损伤小。
磁控溅射原理：
在阴极靶面上建立一个平行的磁场，使靶放 出的高速电子转向，从而减小了电子冲 击基板发热的影响，在133Pa的低压下， 基本温度在100℃就可成膜。
多弧离子镀
多弧离子镀是采用电弧放电的方法，在 固体的阴极靶材上直接蒸发金属， 电流可达 105-107A/cm2，使金属蒸 发并由于电弧放电中电子的冲击使 蒸发到弧柱的金属电离成等离子状 态，并在负压的基体上沉积。
化合物膜的镀制可选用化合物靶溅射和反应溅射。许多化合物 是导电材料，其电导率有的甚至与金属材料相当，这时可以 采用化合物靶进行直流溅射。对于绝缘材料化合物，则只能 采用射频溅射。
如果离子能量过高会使基片温度升高，使镀料原子向基片内部扩散，这 时获得的就不再是膜层而是渗层，离子镀就转化为离子渗镀了。离 子渗镀的离子能量为1000eV左右。
射频溅射：
射频溅射的两个电极，接在交变的射频电源上， ,一个周期内 ，每个电极交替称为阴极和阳极，正离子和电子交替轰击靶 子。
在射频电源交变电场作用下，气体中的电子随之发生振荡，并 使气体电离为等离子体。另一电极对于等离子体处于负电位 ，是阴极，受到离子轰击，用于装置靶材。
缺点：是大功率的射频电源不仅价高，对于人身防护也成问题 。因此，射频溅射不适于工业生产应用。
磁控溅射 ：
磁控溅射是70年代迅速发展起来的新型溅射技术，目前 已在工业生产中实际应用。
磁控溅射的镀膜速率与二极溅射相比提高了一个数量级 ，它具有高速、低温、低损伤等优点：
高速是指沉积速率快； 低温和低损伤是指基片的温升低、对膜层的损伤小。
磁控溅射原理：
在阴极靶面上建立一个平行的磁场，使靶放 出的高速电子转向，从而减小了电子冲 击基板发热的影响，在133Pa的低压下， 基本温度在100℃就可成膜。
多弧离子镀
多弧离子镀是采用电弧放电的方法，在 固体的阴极靶材上直接蒸发金属， 电流可达 105-107A/cm2，使金属蒸 发并由于电弧放电中电子的冲击使 蒸发到弧柱的金属电离成等离子状 态，并在负压的基体上沉积。
化合物膜的镀制可选用化合物靶溅射和反应溅射。许多化合物 是导电材料，其电导率有的甚至与金属材料相当，这时可以 采用化合物靶进行直流溅射。对于绝缘材料化合物，则只能 采用射频溅射。
第8章 气相沉积PPT课件
Co-Cr-Al系合金
Co-Cr-Al-Y系合金
机材料、航空航天器件
耐蚀 润滑 装饰
Al，Zn，Cd，Ta，Ti
Au，Ag，Pb，Cu-Au， Pb-Sn，MoS2
Au，Ag，Ti，Al，TiN， TiC
普通钢、结构钢、不锈钢
飞机、船舶、汽车、管材、 一般结构件
高温合金、轴承钢
喷气发动机轴承、航空航 天及高温旋转器件
12.11.2020
29
二极溅射装置
12.11.2020
四极溅射装置
30
磁控溅射
12.11.2020
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3、阴极溅射的特点
与真空蒸镀法相比，特点： ① 结合力高； ② 容易得到高熔点物质的膜； ③ 可以在较大面积上得到均一的薄膜； ④ 容易控制膜的组成； ⑤ 可以长时间地连续运转； ⑥ 有良好的再现性； ⑦ 几乎可制造一切物质的薄膜。
12.11.2020
12
不足：真空蒸镀时，蒸发粒子动能为0.1～1.0EV， 膜对基体的附着力较弱。
改进结合力措施：
① 在基板背面设置一个加热器，加热基板，使基 板保持适当的温度，既净化基板，又使膜和基体 之间形成一薄的扩散层，增大附着力；
② 对于蒸镀像Au这样附着力弱的金属，可以先 蒸镀像Cr、Al等结合力高的薄膜作底层。
12.11.2020
电子束加热蒸镀
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（3）高频感应加热
原理：在高频感应线圈中放入氧化铝和石 墨坩埚，蒸镀的材料置于坩锅中，通过高 频交流电使材料感应加热而蒸发。
特点：得到的膜层纯净而且不受带电粒子 的损害。
应用：主要用于铝的大量蒸发。
12.11.2020
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（4）激光蒸镀法
气相沉积技术ppt课件
气相沉积技术
一 气相沉积技术概述
二 物理气相沉积 三 化学气相沉积
四 小结
CZOPE
1
一、气相沉积技术概述
气相沉积技术是一种在基体上形成一层功能膜的技术， 利用气相之间的反应，在各种材料或制品表面沉积单层或多 层薄膜，从而使材料或制品获得所需的各种优异性能。
气相沉积技术
物理气相沉积 (PVD)
化学气相沉积 (CVD)
18
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3.2 化学气相沉积模式及原理过程
CZOPE
19
CVD过程
CZOPE
20
20
化学气相沉积原理
Vaporization and transport of precursor molecules into reactor Diffusion of precursor molecules to surface Adsorption of precursor molecules to surface Decomposition of precursor molecules on surface and incorporation into solid films Recombination of molecular byproducts and desorption into gas phase
CZOPE
3
二、物理气相沉积
物理气相沉积（ Physical Vapor Deposition ，PVD)指的是利 用某种物理的过程，如物质的热蒸发或在受到粒子束轰击时物 理表面原子的溅射现象，实现物质从原物质到薄膜的可控的原 子转移过程。 PVD 法已广泛用于机械、航空 、电子、轻工和 光学等工业部门中制备耐磨、耐蚀、耐热、导电、磁性、光学、 装饰、润滑、压电和超导等各种镀层，已成为国内外近20年来 争相发展和采用的先进技术之一。 主要分类： ----蒸发（热化、电子束、RF） ----溅射（RF、DC 、磁控） ----其它方法（脉冲激光沉积、分子束延展、离子镀）
一 气相沉积技术概述
二 物理气相沉积 三 化学气相沉积
四 小结
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一、气相沉积技术概述
气相沉积技术是一种在基体上形成一层功能膜的技术， 利用气相之间的反应，在各种材料或制品表面沉积单层或多 层薄膜，从而使材料或制品获得所需的各种优异性能。
气相沉积技术
物理气相沉积 (PVD)
化学气相沉积 (CVD)
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3.2 化学气相沉积模式及原理过程
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CVD过程
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化学气相沉积原理
Vaporization and transport of precursor molecules into reactor Diffusion of precursor molecules to surface Adsorption of precursor molecules to surface Decomposition of precursor molecules on surface and incorporation into solid films Recombination of molecular byproducts and desorption into gas phase
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二、物理气相沉积
物理气相沉积（ Physical Vapor Deposition ，PVD)指的是利 用某种物理的过程，如物质的热蒸发或在受到粒子束轰击时物 理表面原子的溅射现象，实现物质从原物质到薄膜的可控的原 子转移过程。 PVD 法已广泛用于机械、航空 、电子、轻工和 光学等工业部门中制备耐磨、耐蚀、耐热、导电、磁性、光学、 装饰、润滑、压电和超导等各种镀层，已成为国内外近20年来 争相发展和采用的先进技术之一。 主要分类： ----蒸发（热化、电子束、RF） ----溅射（RF、DC 、磁控） ----其它方法（脉冲激光沉积、分子束延展、离子镀）
第十章 气相沉积技术 ppt课件
c. 混合生长型：最初的一、两个单原子层沉积之 后，再以形核和长大的方式进行，一般在清洁 金属表面沉积金属时容易产生。
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(1) 从蒸发源射出蒸发气流和基片碰撞，一部分被反射，一部分被吸附。 (2) 吸附原子在基片表面发生表面扩散，沉积原子碰撞后形成簇团，还会
有部分吸附原子在表面停留一段时间后，会发生再蒸发。
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根据分子动力学，有个公式确定真空度 Pr, 使得从蒸发源出来的原子大部分不与 残余气体发生碰撞而直接到达基片。
Pr=13/L
其中L是基片到蒸发源的的距离。为了保 证成膜质量，最好在比起始真空度低1~2 个数量级的环境中进行镀膜。
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2)基材表面状态
基材表面状态，包括清洁度、温度、表面晶体结 构都会影响蒸镀过程。 (a) 表面清洁度：油膜、乙醇类物质会污染且使
第十章 气相沉积技术
气相沉积技术是目前发展最迅速、应用非常广 泛的一种表面成膜技术
气相沉积技术是世界性的研究热点，它的发展 代表一个国家在材料、物理、化学方面的研究 水平.
发展历史非常短，气相沉积技术是70年代以后 发展起来的，尤其是80年代以后得到迅猛的发 展
目前已经成为微电子工业和信息工业的基础工 艺，很多的器件都是采用气相沉积技术制备的。
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3.影响蒸镀过程的状态与参数 1) 真空度；高真空的目的有两个：一是，在真空的
条件下，金属或非金属材料的蒸发比在大气条 件下要容易得多。所需要的沸腾蒸发温度大幅 下降。熔化蒸发过程大大缩短，蒸发效率提高。 以金属铝为例，在一个大气压条件下，铝要加 热到2400℃才能达到沸腾而大量蒸发，但在 1.3mPa压强下，只要加热到847℃就可以大量蒸 发。大多数材料都有在真空下易于蒸发的特性。 二是，在真空条件下，可以减少蒸汽原子和气 体原子的碰撞，使它们到达基材表面后有足够 的能量进行扩散，形成致密的高纯膜，提高成 膜质量。否则，蒸汽原子与气体原子发生碰撞 后会损失能量，到达基材后易形成粗大的岛状 晶核，使组织粗大，表面粗糙，质量下降。所 以一般真空蒸镀的真空度要达到10-2-10-4Pa.
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(1) 从蒸发源射出蒸发气流和基片碰撞，一部分被反射，一部分被吸附。 (2) 吸附原子在基片表面发生表面扩散，沉积原子碰撞后形成簇团，还会
有部分吸附原子在表面停留一段时间后，会发生再蒸发。
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根据分子动力学，有个公式确定真空度 Pr, 使得从蒸发源出来的原子大部分不与 残余气体发生碰撞而直接到达基片。
Pr=13/L
其中L是基片到蒸发源的的距离。为了保 证成膜质量，最好在比起始真空度低1~2 个数量级的环境中进行镀膜。
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2)基材表面状态
基材表面状态，包括清洁度、温度、表面晶体结 构都会影响蒸镀过程。 (a) 表面清洁度：油膜、乙醇类物质会污染且使
第十章 气相沉积技术
气相沉积技术是目前发展最迅速、应用非常广 泛的一种表面成膜技术
气相沉积技术是世界性的研究热点，它的发展 代表一个国家在材料、物理、化学方面的研究 水平.
发展历史非常短，气相沉积技术是70年代以后 发展起来的，尤其是80年代以后得到迅猛的发 展
目前已经成为微电子工业和信息工业的基础工 艺，很多的器件都是采用气相沉积技术制备的。
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3.影响蒸镀过程的状态与参数 1) 真空度；高真空的目的有两个：一是，在真空的
条件下，金属或非金属材料的蒸发比在大气条 件下要容易得多。所需要的沸腾蒸发温度大幅 下降。熔化蒸发过程大大缩短，蒸发效率提高。 以金属铝为例，在一个大气压条件下，铝要加 热到2400℃才能达到沸腾而大量蒸发，但在 1.3mPa压强下，只要加热到847℃就可以大量蒸 发。大多数材料都有在真空下易于蒸发的特性。 二是，在真空条件下，可以减少蒸汽原子和气 体原子的碰撞，使它们到达基材表面后有足够 的能量进行扩散，形成致密的高纯膜，提高成 膜质量。否则，蒸汽原子与气体原子发生碰撞 后会损失能量，到达基材后易形成粗大的岛状 晶核，使组织粗大，表面粗糙，质量下降。所 以一般真空蒸镀的真空度要达到10-2-10-4Pa.