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。
薄膜制备方法
薄膜制备办法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办法.这种办法是把装有基片的真空室抽成真空,负气体压强达到10¯²Pa以下,然后加热镀料,使其原子或者分子从概况气化逸出,形成蒸汽流,入射到温度较低的基片概况,凝集形成固态薄膜.其装备重要由真空镀膜室和真空抽气体系两大部分构成.包管真空情形的原因有防止在高温下因空气分子和蒸发源产生反响,生成化合物而使蒸发源劣化.防止因蒸发物资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概况,以及在途中生成化合物或因为蒸发分子间的互相碰撞而在到达基片前就凝集等在基片上形成薄膜的进程中,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.蒸发镀依据蒸发源的类别有几种:⑴.电阻加热蒸发源.平日实用于熔点低于1500℃的镀料.对于蒸发源的请求为a.熔点高b.饱和蒸气压低c.化学性质稳固,在高温下不与蒸发材料产生化学反响d.具有优越的耐热性,功率密度变更小.⑵.电子束蒸发源.热电子由灯丝发射后,被电场加快,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.特殊合适制造高熔点薄膜材料和高纯薄膜材料.长处有 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度.b.镀料置于冷水铜坩埚内,防止容器材料的蒸发,以及容器材料与镀料之间的反响,这对于进步镀膜的纯度极为重要.c.热量可直接加到蒸发材料的概况,削减热量损掉.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心,使蒸发材料在高频电磁场的感应下产生壮大的涡流损掉和磁滞损掉（铁磁体）,从而将镀料金属加热蒸发.经常运用于大量蒸发高纯度金属.分子束外延技巧（molecular beam epitaxy,MBE).外延是一种制备单晶薄膜的新技巧,它是在恰当的衬底与合适前提下,沿衬底材料晶轴偏向逐层发展新单晶薄膜的办法.外延薄膜和衬底属于统一物资的称“同质外延”,两者不合的称为“异质外延”.MBE是在810—Pa的超真空前提下,将薄膜诸组分元素的分子束流,在严厉监控之下,直接喷射到衬底概况.个中未被基片捕获的分子,实时被真空体系抽走,包管到达衬底概况的老是新分子束.如许,到达衬底的各元素分子不受情形氛围的影响,仅由蒸发体系的几何外形和蒸发源温度决议.二、离子镀是在真空前提下,运用气体放电负气体或被蒸发物资离化,在气体离子或被蒸发物资离子轰击感化的同时,把蒸发物或其反响物蒸镀在基片上.经常运用的几种离子镀：（1）直流放电离子镀.蒸发源：采取电阻加热或电子束加热; 充入气体：充入Ar或充入少量反响气体; 离化方法：被镀基体为阴极,运用高电压直流辉光放电离子加快方法：在数百伏至数千伏的电压下加快,离化和离子加快一路进行.（2）空心阴极放电离子镀（HCD,hollow cathode discharge ）.等离子束作为蒸发源,可充入Ar.其他惰性气体或反响气体;运用低压大电流的电子束碰撞离化, 0至数百伏的加快电压.离化和离子加快自力操纵.（3）射频放电离子镀.电阻加热或电子束加热,真空,Ar,其他惰性气体或反响气体; 运用射频等离子体放电离化 , 0至数千伏的加快电压,离化和离子加快自力操纵.（4）低压等离子体离子镀.电子束加热,惰性气体,反响气体. 等离子体离化, DC或AC 50V离子镀是一个十分庞杂进程,一般来说始终包含镀料金属的蒸发,气化,电离,离子加快,离子之间的反响,中和以及在基体上成膜等进程,其兼具真空蒸镀和真空溅射的特色.三、溅射镀膜是在真空室中,运用荷能粒子轰击靶概况,使被轰击出的粒子在基片上沉积的技巧.用带有几十电子伏特以上动能的粒子或粒子束照耀固体概况,接近固体概况的原子会获得入射粒子所带能量的一部分进而向真空中逸出,这种现象称为溅射.运用于如今工业临盆的重要溅射镀膜方法：（1）射频溅射是运用射频放电等离子体中的正离子轰击靶材.溅射出靶材原子从而沉积在接地的基板概况的技巧.因为交换电源的正负性产生周期瓜代,当溅射靶处于正半周时,电子流向靶面,中和其概况积聚的正电荷,并且积聚电子,使其概况呈现负偏压,导致在射频电压的负半周期时吸引正离子轰击靶材,从而实现溅射.因为离子比电子质量大,迁徙率小,不像电子那样很快地向靶概况分散,所以靶概况的点位上升迟缓,因为在靶上会形成负偏压,所以射频溅射装配也可以溅射导体靶.射频溅射装配的设计中,最重要的是靶和匹配回路.靶要水冷,同时要加高频高压.（2）磁控溅射（高速低温溅射）.其沉积速度快.基片温度低,对膜层的毁伤小.操纵压力低.磁控溅射具备的两个前提是：磁场和电场垂直;磁场偏向与阴极（靶）概况平行,并构成环形磁场.电子在电场E的感化下,在飞向基片进程中与氩原子产生碰撞,使其电离产生出Ar 和新的电子;新电子飞向基片,Ar 在电场感化下加快飞向阴极靶,并以高能量轰击靶概况,使靶材产生溅射.在溅射粒子中,中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜,而产生的二次电子会受到电场和磁场感化,产生E（电场）×B（磁场）所指的偏向漂移,简称E×B漂移,其活动轨迹近似于一条摆线.若为环形磁场,则电子就以近似摆线情势在靶概况做圆周活动,它们的活动路径不但很长,并且被约束在接近靶概况的等离子体区域内,并且在该区域中电离出大量的Ar 来轰击靶材,从而实现了高的沉积速度.跟着碰撞次数的增长,二次电子的能量消费殆尽,逐渐远离靶概况,并在电场E的感化下最终沉积在基片上.因为该电子的能量很低,传递给基片的能量很小,致使基片温升较低.（3）反响溅射.反响溅射是指在消失反响气体的情形下,溅射靶材时,靶材会与反响气体反响形成化合物(如氮化物或氧化物),在惰性气体溅射化合物靶材时因为化学不稳固性往往导致薄膜较靶材少一个或更多组分,此时假如加上反响气体可以抵偿所缺乏的组分,这种溅射也可以视为反响溅射.化学气相沉积chemical vapor deposition（CVD)一、热CVD指把含有构成薄膜元素的气态反响剂或液态反响剂的蒸气及反响所需其它气体引入反响室,在衬底概况产生化学反响生成薄膜的进程.道理：运用挥发性的金属卤化物和金属的有机化合物等,在高温下产朝气相化学反响,包含热分化.氢还原（可制备高纯度金属膜）.氧化和置换反响等,在基板上沉积所须要的氮化物.氧化物.碳化物.硅化物.硼化物.高熔点金属.金属.半导体等薄膜.制备前提：1）在沉积温度下,反响物具有足够的蒸气压,并能以恰当的速度被引入反响室;2）反响产品除了形成固态薄膜物资外,都必须是挥发性的;3）沉积薄膜和基体材料必须具有足够低的蒸气压.二、等离子体CVD（plasma chemical vapor deposition）是在高频或直流电场感化下,将原料气体电离形成等离子体,运用低温等离子体作为能量源,通入适量的反响气体,运用等离子体放电,使反响气体激活并实现化学气相沉积的技巧.在保持必定压力的原料气体中,输入直流.高频或微波功率,产朝气体放电,形成等离子体.在气体放电等离子体中,因为低速电子与气体原子碰撞,故除产生正.负离子外,还会产生大量的活性基（激发原子.分子等）,从而可大大加强反应气体的活性.如许就可以在较低的温度下,产生反响,产生薄膜.PCVD可以在更低的温度下成膜.可削减热毁伤,减低膜层与衬底材料间的互相集中及反响多用于太阳能电池及液晶显示器等.三、有机金属CVD（MOCVD）是将反响气体和蔼化的有机物经由过程反响室,经由热分化沉积在加热的衬底上形成薄膜.它是运用运载气携带金属有机物的蒸气进入反响室,受热分化后沉积到加热的衬底上形成薄膜.其特色是：1.较低的衬底温度; 2.较高的发展速度,可发展极薄的薄膜; 3.准确的组分掌握可进行多元混晶的成分掌握,可实现多层构造及超晶格构造; 4.易获得大面积平均薄膜;其缺点是：1.残留杂质含量高 2.反响气体及尾气一般为易燃.易爆及毒性很强的气体.。
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非常常见的材料形式，它在许多领域都有着广泛的应用，比如电子产品、光学器件、包装材料等。
薄膜的制备方法多种多样，包括物理方法、化学方法和生物方法等。
接下来，我们将介绍一些常见的薄膜制备方法。
首先，物理方法是制备薄膜的一种重要途径。
其中，蒸发法是一种常用的物理方法。
通过加热固体材料，使其升华成气体，然后在基底表面凝结成薄膜。
这种方法制备的薄膜质量较高，适用于制备金属薄膜和部分无机物薄膜。
其次，溅射法也是一种常见的物理方法。
在溅射法中，通过向靶材表面轰击离子或中性粒子，使靶材表面的原子或分子脱落，并在基底表面沉积成薄膜。
这种方法制备的薄膜具有较好的结晶性和附着力，适用于制备金属薄膜、氧化物薄膜等。
除了物理方法，化学方法也是制备薄膜的重要手段。
溶液法是一种常用的化学方法。
在溶液法中，将溶解了所需材料的溶液涂覆在基底表面，然后通过溶剂挥发或化学反应使溶液中的物质沉积成薄膜。
这种方法制备的薄膜适用范围广，可以制备有机薄膜、无机薄膜等。
此外，化学气相沉积（CVD）也是一种常用的化学方法。
在CVD 中，将气态前体物质输送到基底表面，经过化学反应生成薄膜。
这种方法制备的薄膜质量较高，适用于制备氧化物薄膜、氮化物薄膜等。
最后，生物方法也在制备薄膜中发挥着重要作用。
生物合成法是一种常见的生物方法。
在生物合成法中，利用生物体内的生物大分子，如蛋白质、多糖等，通过生物合成过程制备薄膜。
这种方法制备的薄膜具有生物相容性和可降解性，适用于医用材料等领域。
综上所述，薄膜的制备方法多种多样，包括物理方法、化学方法和生物方法等。
不同的制备方法适用于不同类型的薄膜材料，选择合适的制备方法对于薄膜的性能和应用具有重要意义。
希望本文能够帮助您更好地了解薄膜制备方法，为您的研究和应用提供参考。
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
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。
材料科学中的薄膜制备技术研究综述
材料科学中的薄膜制备技术研究综述薄膜作为一种重要的材料形态，在材料科学领域中具有广泛的应用。
薄膜制备技术的研究和发展，不仅能够扩展材料的功能性，并提高材料的性能，还可以为各个领域提供更多的应用可能性。
本文将综述材料科学中薄膜制备技术的研究进展，并重点探讨了几种常见的薄膜制备技术。
1. 物理气相沉积（PVD）物理气相沉积是一种常见的薄膜制备技术，它通过蒸发或溅射等方法将材料转化为蒸汽或离子，经过气相传输沉积在基底上形成薄膜。
物理气相沉积技术包括热蒸发、电子束蒸发、分子束外延和磁控溅射等方法。
这些方法在薄膜制备中具有高温、高真空和高能量等特点，能够制备出具有优异性能的薄膜。
然而，物理气相沉积技术在薄膜厚度的控制上存在一定的局限，且对于一些化学反应活性较高的材料来说，难以实现。
2. 化学气相沉积（CVD）化学气相沉积是一种将反应气体在表面上发生化学反应生成薄膜的方法。
CVD 技术根据反应条件的不同可以分为低压CVD、大气压CVD和等离子CVD等。
这些技术在实现复杂薄膜结构和化学组成控制上相较于PVD技术更具优势。
化学气相沉积技术可用于金属、氧化物、氮化物以及半导体材料等薄膜的制备。
然而，该技术所需的气体和化学物质成分较复杂，容易引起环境污染，并且对设备的要求较高。
3. 溶液法制备薄膜溶液法是一种常用的低成本、高效率的薄膜制备技术。
常见的溶液法包括旋涂法、浸渍法、喷涂法和柔性印刷法等。
这些方法通过将溶液中的溶质沉积在基底上，形成薄膜。
溶液法制备薄膜的优势在于简单易行、成本低、适用于大面积薄膜制备。
然而，溶液法制备出的薄膜常常具有较低的晶化程度和机械强度，且在高温和湿润环境下易失去稳定性。
4. 磁控溅射技术磁控溅射技术是一种通过离子轰击固体靶材的方法制备薄膜。
在磁控溅射过程中，离子轰击靶材，使靶材表面的原子转化为蒸汽，然后通过惰性气体的加速将蒸汽沉积在基底上。
磁控溅射技术可用于金属、氧化物、氮化物等薄膜的制备，并可实现厚度和成分的精确控制。
薄膜制备工艺技术
薄膜制备工艺技术薄膜制备工艺技术是指通过化学合成、物理沉积、溶液制备等方法制备出具有一定厚度和特殊性能的薄膜材料的技术。
薄膜广泛应用于光电子、微电子、光学、传感器、显示器、纳米技术等领域。
本文将详细介绍几种常见的薄膜制备工艺技术。
第一种是物理沉积法。
物理沉积法主要包括物理气相沉积法（PVD）和物理溶剂沉积法（PSD）两种。
其中，物理气相沉积法是将固态材料加热至其熔点或升华点，然后凝华在基底表面上形成薄膜。
而物理溶剂沉积法则是通过在沉积过程中溶剂的挥发使溶剂中溶解的材料沉积在基底表面上。
物理沉积法具有较高的沉积速度和较低的工艺温度，适用于大面积均匀薄膜的制备。
第二种是化学沉积法。
化学沉积法通过在基底表面上进行化学反应，使反应物沉积形成薄膜。
常见的化学沉积法有气相沉积法（CVD）、溶液法和凝胶法等。
气相沉积法是将气体反应物输送至反应室内，通过热、冷或化学反应将气体反应物沉积在基底表面上。
而溶液法是将溶解有所需沉积材料的溶液涂覆在基底表面上，通过溶剂挥发或加热使溶液中的沉积材料沉积在基底上。
凝胶法则是通过凝胶溶胶中的凝胶控制沉积材料的沉积，形成薄膜。
化学沉积法成本低、制备工艺简单且适用于大面积均匀薄膜的制备。
第三种是离子束沉积法（IBAD）、激光沉积法和磁控溅射法。
离子束沉积法是通过加速并聚焦离子束使其撞击到基底表面形成薄膜。
激光沉积法则是将激光束照射在基底表面上，通过激光能量转化和化学反应形成薄膜。
磁控溅射法是将材料附着在靶上，通过离子轰击靶表面并溅射出材料颗粒，最终沉积在基底表面上。
这些方法制备的薄膜具有优异的结构和性能，适用于制备复杂结构和功能薄膜。
综上所述，薄膜制备工艺技术包括物理沉积法、化学沉积法、离子束沉积法、激光沉积法和磁控溅射法等多种方法。
不同的方法适用于不同的材料和薄膜要求，可以根据具体需求选择合适的工艺技术。
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.。
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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,就是制备薄膜最一般的方法。
这种方法就是把装有基片的真空室抽成真空,使气体压强达到10¯²Pa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与真空抽气系统两大部分组成。
保证真空环境的原因有①防止在高温下因空气分子与蒸发源发生反应,生成化合物而使蒸发源劣化。
②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③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、饱与蒸气压低
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与高纯薄膜材料。
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与磁滞损失(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)。
外延就是一种制备单晶薄膜的新技术,它就是在适当的衬底与合适条件下,沿衬底材料晶轴方向逐层生长新单晶薄膜的方法。
外延薄膜与衬底属于同一物质的称“同质外延”,两者不同的称为“异质外延”。
10—Pa的超真空条件下,将薄膜诸组分元素的分子束流,在严格监控之下,直接喷MBE就是在8
射到衬底表面。
其中未被基片捕获的分子,及时被真空系统抽走,保证到达衬底表面的总就是新分子束。
这样,到达衬底的各元素分子不受环境气氛的影响,仅由蒸发系统的几何形状与蒸发源温度决定。
二、离子镀就是在真空条件下,利用气体放电使气体或被蒸发物质离化,在气体离子或被蒸发物质离子轰击作用的同时,把蒸发物或其反应物蒸镀在基片上。
常用的几种离子镀:
（1）直流放电离子镀。
蒸发源:采用电阻加热或电子束加热; 充入气体: 充入Ar或充入少量反应气体; 离化方式:被镀基体为阴极,利用高电压直流辉光放电离子加速方式:在数百伏至数千伏的电压下加速,离化与离子加速一起进行。
（2）空心阴极放电离子镀(HCD,hollow cathode discharge )。
等离子束作为蒸发源,可充入Ar、其她惰性气体或反应气体;利用低压大电流的电子束碰撞离化, 0至数百伏的加速电压。
离化与离子加速独立操作。
（3）射频放电离子镀。
电阻加热或电子束加热,真空,Ar,其她惰性气体或反应气体; 利用射频等离子体放电离化, 0至数千伏的加速电压,离化与离子加速独立操作。
（4）低压等离子体离子镀。
电子束加热,惰性气体,反应气体。
等离子体离化, DC或AC
50V
离子镀就是一个十分复杂过程,一般来说始终包括镀料金属的蒸发,气化,电离,离子加速,离子之间的反应,中与以及在基体上成膜等过程,其兼具真空蒸镀与真空溅射的特点。
三、溅射镀膜就是在真空室中,利用荷能粒子轰击靶表面,使被轰击出的粒子在基片上沉积的技术。
用带有几十电子伏特以上动能的粒子或粒子束照射固体表面,靠近固体表面的原子会获得入射粒子所带能量的一部分进而向真空中逸出,这种现象称为溅射。
应用于现在工业生产的主要溅射镀膜方式:
(1)射频溅射就是利用射频放电等离子体中的正离子轰击靶材、溅射出靶材原子从而沉积在接地的基板表面的技术。
由于交流电源的正负性发生周期交替,当溅射靶处于正半周时,电子流向靶面,中与其表面积累的正电荷,并且积累电子,使其表面呈现负偏压,导致在射频电压的负半周期时吸引正离子轰击靶材,从而实现溅射。
由于离子比电子质量大,迁移率小,不像电子那样很快地向靶表面集中,所以靶表面的点位上升缓慢,由于在靶上会形成负偏压,所以射频溅射装置也可以溅射导体靶。
射频溅射装置的设计中,最重要的就是靶与匹配回路。
靶要水冷,同时要加高频高压。
(2)磁控溅射(高速低温溅射)。
其沉积速率快、基片温度低,对膜层的损伤小、操作压力低。
磁控溅射具备的两个条件就是:磁场与电场垂直;磁场方向与阴极(靶)表面平行,并组成环形磁场。
电子在电场E的作用下,在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞,使其电离产生出Ar 与新的电子;新电子飞向基片,Ar 在电场作用下加速飞向阴极靶,并以高能量轰击靶表面,使靶材发生溅射。
在溅射粒子中,中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜,而产生的二次电子会受到电场与磁场作用,产生E(电场)×B(磁场)所指的方向漂移,简称E×B漂移,其运动轨迹近似于一条摆线。
若为环形磁场,则电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动,它们的运动路径不仅很长,而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内,并且在该区域中电离出大量的Ar 来轰击靶材,从而实现了高的沉积速率。
随着碰撞次数的增加,二次电子的能量消耗殆尽,逐渐远离靶表面,并在电场E的作用下最终沉积在基片上。
由于该电子的能量很低,传递给基片的能量很小,致使基片温升较低。
（3）反应溅射。
反应溅射就是指在存在反应气体的情况下,溅射靶材时,靶材会与反应气体反应形成化合物(如氮化物或氧化物),在惰性气体溅射化合物靶材时由于化学不稳定性往往导致薄膜较靶材少一个或更多组分,此时如果加上反应气体可以补偿所缺少的组分,这种溅射也可以视为反应溅射。
化学气相沉积chemical vapor deposition(CVD)
一、热CVD指把含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其它气体引入反应室,在衬底表面发生化学反应生成薄膜的过程。
原理:利用挥发性的金属卤化物与金属的有机化合物等,在高温下发生气相化学反应,包括热分解、氢还原(可制备高纯度金属膜)、氧化与置换反应等,在基板上沉积所需要的氮化物、氧化物、碳化物、硅化物、硼化物、高熔点金属、金属、半导体等薄膜。
制备条件:1)在沉积温度下,反应物具有足够的蒸气压,并能以适当的速度被引入反应室;
2)反应产物除了形成固态薄膜物质外,都必须就是挥发性的;
3)沉积薄膜与基体材料必须具有足够低的蒸气压。
二、等离子体CVD(plasma chemical vapor deposition)就是在高频或直流电场作用下,将原料气体电离形成等离子体,利用低温等离子体作为能量源,通入适量的反应气体,利用等离子体放电,使反应气体激活并实现化学气相沉积的技术。
在保持一定压力的原料气体中,输入直流、高频或微波功率,产生气体放电,形成等离子体。
在气体放电等离子体中,由于低速电子与气体原子碰撞,故除产生正、负离子外,还会产生大量的活性基(激发原子、分子等),从而可大大增强反映气体的活性。
这样就可以在较低的温度下,发生反应,产生薄膜。
PCVD可以在更低的温度下成膜。
可减少热损伤,减低膜层与衬底材料间的相互扩散及反应多用于太阳能电池及液晶显示器等。
三、有机金属CVD(MOCVD)就是将反应气体与气化的有机物通过反应室,经过热分解沉积在加热的衬底上形成薄膜。
它就是利用运载气携带金属有机物的蒸气进入反应室,受热分解后沉积到加热的衬底上形成薄膜。
其特点就是:1、较低的衬底温度; 2、较高的生长速率,可生长极薄的薄膜; 3、精确的组分控制可进行多元混晶的成分控制,可实现多层结构及超晶格结构; 4、易获得大面积均匀薄膜;
其缺陷就是:1、残留杂质含量高 2、反应气体及尾气一般为易燃、易爆及毒性很强的气体。