CH5PVDPPT课件
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PVD涂层原理及精华PPT课件
与PVD相关的真空基础与概论
「真空」一词来自拉丁文，意即「虚无」的意思。真正的真空是不存在的，那种认为「真空是什么物质也不存在」的看法，客观上是完全错误的。科学家称「低于一标准大气压的气体状态为真空」，定义真空的质和量，即气体稀薄的程度为「真空度」。一般习惯用压强来衡量真空度的高低（压强愈高真空度愈底，压强愈底真空度愈高）
气象沉积技术的应用
气象沉积技术生产制备的高硬度，高耐热，高热导，高耐腐蚀，抗氧化，绝缘等涂层，特殊性能的电学，光学功能的涂层，装饰装修涂层，已广泛用于机械、航天、建筑、五金装饰、電子產品、汽配件等行业
二．物理气象沉积（ＰＶＤ）
原理：物理气象沉积是一种物理气象反映 生长法．沉积过程是在真空或低气压气体放电条件下，即在80~200℃等离子体条件中进行的．涂层的物质源是固态物质，利用气体放电或加熱的方式使靶材蒸发或电离，经过“蒸发或溅射”后，在电场的作用下，在工件表面生成与基材性能不同的新的固态物质涂层．
泵组与管道抽气机构
管道
抽气口
阀门
真空室
真空机组
高阀
高真 空机组
低 真空机组
罗茨泵
旋转机械泵
真空获得与抽气概念
一、概述 真空获得就是「抽真空」，即利用各种真空泵或其他方法，將被抽容器中的气体抽除，使达到一定的真空度，以满足各种使用要求。 二、真空泵的分类 （一）、气体传输泵 是一种能將气体不断的吸入並排出泵外，达到抽气目的的真空泵。如旋转机械泵、油扩散泵、分子泵。 （ 二）、气体捕集泵 是一种使气体分子被短期或永久地吸附或凝結，在泵內表面的真空泵。如分子分子吸附泵、钛升华泵、溅射离子泵、低温泵等。
目前離子鍍常用的工作範圍
三、真空度的单位换算
压力单位换算
《PVD知识讲座》课件
PVD适用范围广、沉积速度快， 但CVD可获得更均匀的薄膜沉 积。
PVD与模切的比较
PVD可在复杂表面进行均匀涂 层，而模切的涂层难以达到相 同的精度。
PVD与电镀的比较
PVD制备的薄膜摩擦系数低、 精度高，而电镀可能存在镀膜 不均匀和环境污染的问题。
五、PVD技术的发展趋势
1
新材料的开发
随着材料科学的进步，新材料的开发为PVD技术提供了更广阔的应用领域。
隔热涂层
PVD制备的隔热涂层可有效减少能量损失、保 持温度稳定，广泛应用于建筑、太阳能等领域。
光学薄膜
PVD可生产高质量的光学薄膜，用于制造镜片、 滤光片和激光器等光学器件。
电子器件
PVD可制备致密的金属薄膜和导电层，广泛应 用于集成电路和显示器等电子器件。
四、PVD与其他表面处理技术的比较
PVD与CVD的比较
2
技术革新的突破
不断推动PVD技术改进和创新，提高薄膜的质量、厚度控制和沉积效率。
3
应用领域的拓展
PVD的瓶颈及解决方案
工艺稳定性
某些PVD工艺可能存在材料溅射不均匀、沉积速率波动等问题，需要进一步研究和改善。
生产成本
PVD设备和材料的成本较高，需要采取成本控制和优化生产流程的方法。
1
工艺流程介绍
2
PVD工艺包括蒸发、溅射和离子镀等步骤，
每个步骤都起到特定的作用。
3
基本原理
PVD利用高能粒子将材料从固体的源上揸 化，形成薄膜颗粒，并将其沉积在基材上。
设备及材料要求
PVD设备通常包括真空腔体、蒸发源和溅 射靶材等组成部分。
三、PVD的应用案例
表面硬化处理
PVD可用于提高材料硬度、耐磨性和耐腐蚀性， 增强产品的寿命和性能。
PVD与模切的比较
PVD可在复杂表面进行均匀涂 层，而模切的涂层难以达到相 同的精度。
PVD与电镀的比较
PVD制备的薄膜摩擦系数低、 精度高，而电镀可能存在镀膜 不均匀和环境污染的问题。
五、PVD技术的发展趋势
1
新材料的开发
随着材料科学的进步，新材料的开发为PVD技术提供了更广阔的应用领域。
隔热涂层
PVD制备的隔热涂层可有效减少能量损失、保 持温度稳定，广泛应用于建筑、太阳能等领域。
光学薄膜
PVD可生产高质量的光学薄膜，用于制造镜片、 滤光片和激光器等光学器件。
电子器件
PVD可制备致密的金属薄膜和导电层，广泛应 用于集成电路和显示器等电子器件。
四、PVD与其他表面处理技术的比较
PVD与CVD的比较
2
技术革新的突破
不断推动PVD技术改进和创新，提高薄膜的质量、厚度控制和沉积效率。
3
应用领域的拓展
PVD的瓶颈及解决方案
工艺稳定性
某些PVD工艺可能存在材料溅射不均匀、沉积速率波动等问题，需要进一步研究和改善。
生产成本
PVD设备和材料的成本较高，需要采取成本控制和优化生产流程的方法。
1
工艺流程介绍
2
PVD工艺包括蒸发、溅射和离子镀等步骤，
每个步骤都起到特定的作用。
3
基本原理
PVD利用高能粒子将材料从固体的源上揸 化，形成薄膜颗粒，并将其沉积在基材上。
设备及材料要求
PVD设备通常包括真空腔体、蒸发源和溅 射靶材等组成部分。
三、PVD的应用案例
表面硬化处理
PVD可用于提高材料硬度、耐磨性和耐腐蚀性， 增强产品的寿命和性能。
ch5电动机PPT课件
1. 旋转磁场的产生
i
iU= 0 iV 为负值
iU iV iW
iW为正值
0°
t
NU1
V2
W2
t = 0°
设：电流的流入端用 表示 电流的流出端用 表示
.
W1
V1
U2S
8
5.1.2 三相异步电动机的旋转磁场
1. 旋转磁场的产生
i iU iV iW
iW = 0 iV 为负值 iU为正值
0
t V2
60°
若电动机满载运行，定子电压下降 20% 时，电动 机能否继续旋转？能否在此状态下满载起动？
T m 2 .2 T N 2 .2 2 .5 6 5 .3 N 8 m
当电压降低 20% 时，由于 T U2
Tst0.82Ts t0.6 44.73 0 Nm Tm 0.82Tm0.6 45.3 83.3 7Nm
.
28
[例] 某异步电动机，若 UN = 380 V，cos = 0.82， Ist/IN = 7.0，PN=4kW,效率 = 0.84，求额定电流、起
动电流。
[解] 根据效率公式
可得
3U N P IN Nco s 334 8 1IN 3 0 0 0.8 20.84
4130
IN
8.8A 33 80.8 40.8 2
5.1 三相异步电动机的基本结构 与旋转磁场
5.1.1 三相异步电动机的基本结构
主要有两部分：定子和转子
.
2
5.1.1 三相异步电动机的基本结构
1.定子
定子是电动机的 固定部分。它包括：
三相对称绕组
定子铁心
a. 机壳
机壳
b. 定子铁心
定子铁心由表面涂有 绝缘漆的硅钢片叠压而成 内圆均匀分布槽孔；
PVD工艺知识PPT课件
注意事项：
需要根据塑材/性能等情况对底漆做出不同的选择：
a.遮盖性较好底漆（即可以将膜厚喷涂很厚且不容易积油膜厚范围12-25微米）； b.薄涂底漆（些特殊产品需要薄喷的底漆膜厚范围8-12微米）； C.特殊性能底漆（柔韧性好，可通过水煮、高温高湿、碱汗测试、耐缓冲液、震动耐
磨测试）
第4页/共18页
建议喷涂参数：
气压：0.25-0.35mpa 喷枪嘴与产品距离：10-20cm 喷弧：8-15cm；
第10页/共18页
PVD工艺知识
常见涂装异常
a. 附着异常 b. 耐热烫（水煮）异常 c. 硬度异常 d. 震动耐磨 e. 耐化妆品测试
第11页/共18页
PVD工艺知识
常见涂装异常---Ⅰ（百格）
有无附着现象；
改善对策：
1. 提高涂料的交联密度； 2.通过添加助剂、更换耐热性树脂； 3.降低面漆的膜厚、能量，添加柔韧性较好的树脂； 4.提高各涂层烘烤温度延长烘烤时间，提高各涂层能量，添加快干溶剂或
添加反应性较快的助剂。
第16页/共18页
PVD工艺知识
The end!
第17页/共18页
感谢您的观看。
a.震动耐磨面漆（柔韧性较好面漆）； b.抗刮伤面漆（耐钢丝绒面漆）； c.耐化妆品面漆 d.盐雾测试
第6页/共18页
PVD工艺知识
工艺参数对涂装效果的影响
a. IR烘烤温度与时间 b. UV能量 c.喷涂参数(气压、距离、喷弧、角度）
第7页/共18页
PVD工艺知识
一、IR烘烤温度与时间
可能出现的异常：
第18页/共18页
改善对策：
1.提高面漆膜厚； 2.提高UV能量、烘烤温度； 3.改用面漆、中漆同步加色，或者选用加色性较好中漆； 4.需要选用震动耐磨较好的面漆或者添加助剂
需要根据塑材/性能等情况对底漆做出不同的选择：
a.遮盖性较好底漆（即可以将膜厚喷涂很厚且不容易积油膜厚范围12-25微米）； b.薄涂底漆（些特殊产品需要薄喷的底漆膜厚范围8-12微米）； C.特殊性能底漆（柔韧性好，可通过水煮、高温高湿、碱汗测试、耐缓冲液、震动耐
磨测试）
第4页/共18页
建议喷涂参数：
气压：0.25-0.35mpa 喷枪嘴与产品距离：10-20cm 喷弧：8-15cm；
第10页/共18页
PVD工艺知识
常见涂装异常
a. 附着异常 b. 耐热烫（水煮）异常 c. 硬度异常 d. 震动耐磨 e. 耐化妆品测试
第11页/共18页
PVD工艺知识
常见涂装异常---Ⅰ（百格）
有无附着现象；
改善对策：
1. 提高涂料的交联密度； 2.通过添加助剂、更换耐热性树脂； 3.降低面漆的膜厚、能量，添加柔韧性较好的树脂； 4.提高各涂层烘烤温度延长烘烤时间，提高各涂层能量，添加快干溶剂或
添加反应性较快的助剂。
第16页/共18页
PVD工艺知识
The end!
第17页/共18页
感谢您的观看。
a.震动耐磨面漆（柔韧性较好面漆）； b.抗刮伤面漆（耐钢丝绒面漆）； c.耐化妆品面漆 d.盐雾测试
第6页/共18页
PVD工艺知识
工艺参数对涂装效果的影响
a. IR烘烤温度与时间 b. UV能量 c.喷涂参数(气压、距离、喷弧、角度）
第7页/共18页
PVD工艺知识
一、IR烘烤温度与时间
可能出现的异常：
第18页/共18页
改善对策：
1.提高面漆膜厚； 2.提高UV能量、烘烤温度； 3.改用面漆、中漆同步加色，或者选用加色性较好中漆； 4.需要选用震动耐磨较好的面漆或者添加助剂
ch5第五章 电致发光及场致发光器件
光电子技术精品课程
利用此类单体分子便能聚合产生“共轭聚 合物”。最早的共轭聚合物即为聚乙烯， 其具有高导度。有机半导体因其导电程度 介于导体与半导体之间，故其应用范围也 非常广，多用于电磁波遮蔽体、抗静电涂 布等。而应用其掺杂及去掺杂之行为，发 展了充电式电池、智能电变色窗、太阳电 池、光存储、非线性光学器件等。当前最 热门的应用则是OLED。
光电子技术精品课程
图5.4 可以卷起来的显示器
光电子技术精品课程
图5.5 典型双异质结结构
光电子技术精品课程
OLED已成为当今超薄、大面积平板显示器件研究的热门。 1963年Pope发表了世界上第一篇有关OLED的文献，当时 使用数百伏电压，加在有机芳香族Anthracene（葸）晶体 上时，观察到发光现象。但由于电压过高，发光效率低， 未得到重视。 直到1987年伊士曼柯达公司的C.W. Tang及Steve Van Slyke等人发明以真空蒸镀法制成多层式结构的的OLED器 件后，研究开发才活越起来。同年，英国剑桥大学开文迪 施实验室的Jeremy Burroughes证明高分子有机聚合物也 有电致发光效应。 1990年英国剑桥大学的Friend等人成功的开发出以涂布方 式将多分子应用在OLED上，即Polymer（多聚物，聚和物） LED，亦称PLED。不但再次引发第二次研究热潮，更确立 了OLED在二十一世纪产业中所占的重要地位。
光电子技术精品课程
第（二）种器件程类繁多，大致分成：
交流粉末电致发光（ACEL）; 直流粉末电致发光（DCEL）; 交流薄膜电致发光（ACTFEL）; 直流薄膜电致发光（DCTFEL）。 低能电致发光是指某些高电导荧光粉在低能电 子注入时的激励发光现象。
光电子技术精品课程
《ch5场效应管》幻灯片
S
图 5.1-7 VDS0, VGS0且可调时的JFET
由以上分析可见：
改变加在PN结两端的反向偏置电压，即改变了 PN结中的电场，就可以改变耗尽层的宽度；也就
改变了沟道电阻的大小，从而实现对漏极电流ID
的控制。所以，场效应管是电压控制器件。
由于PN结处于反向接法，因而可以认为栅极基本
不取电流，即IG约等于零，所以场效应管的输入
S
图 5.1-5 导电沟道被
全部“夹断”时的N
－JFET
V G S 耗尽 、 层 沟 、 道 沟 道 （ 电 最 阻 后导 夹 致 断 ） V G ， S 导 V P 此
2）VGS=0, VDS0，且VDS可变
在漏源极间加上小的正电源电压VDS， 形成漏极电流ID，方向自D到S，而且
与漏源电压成线性关系。
VDD
Rg1
C1
G
+
Rg3
D
S
ID C2
vi
RS
Rg2
+
vo
-
-
(a)
+ Rg3
vi
Rg1 Rg2
-
+
vgs
-
gmvgs
Rs
(b)
id
rDS
+
vo
-
5.4 场效应管的基本应用
5.4.3 场效应管放大电路的交流分析 3 . 共栅放大电路
rDS
RS C1 +
R
vs
SD G
C2 Rd
+
+
vo vs
ii S
等于零
iD k 2 P W L (v G S V P )2 ID(1 S v V S G p)2 S IVD P SSk20PW LvV GSP2/ V
《ch5温度测量》PPT课件
温度单位
K、ºC
测温仪表分类
接触式
膨胀式：液体、固体、压力温度计
热电阻
热电偶
非接触式
辐射高温计
光学高温计
比色高温计
对比：
被测温度场
响应
精度
接触式：
破坏
慢
高
非接触式 ： 不破坏
快
低
特点：精度5.高1、热范电围广偶、温响度应快计、远传、稳
定性好 一、测温原理及组成 1、热电效应
分度号 与分度表相对应
2、结构型式 工业用热电偶
露头型 绝缘型 接地型
铠装式热电偶 填充绝缘材料
薄膜式热电偶
2、热电偶测温误差分析
5.2 电阻式温度计
R－T
400.0
中低温，－200 ºC ～500 ºC 350.0
一、电阻式温度传感元件
300.0
250.0
1、热电阻
只要已知T1和T2任一温度下的电势，则对应于T1和T2温差下的热电势便 为已知。该定律为热电偶的温差测量（差分热电偶）提供理论依据。
2、组成 热电偶＋连接导线（补偿导线）＋指示仪表
二、热电偶的冷端温度补偿
1、补偿原因
T0=const， EAB(T,T0)＝f(T)＋C 分度表： T0＝0ºC， EAB(T,0)＝f(T) 实际测量时， T00ºC， T0变化
五、热电偶常用材料及结构型式 1、材料要求 二稳：
物理：线性稳定 化学：抗氧化、腐蚀
二高：
热电势高 导电率高
复制性好：同样的热电偶，热电势相同 铁－康铜 NiCr-NiSi 铂铑－铂
热电偶分度表 T0固定后，E~t关系列成专门的表格 不同的热电偶具有不同的分度表。 分度表中的数值通常T0取为0℃，许多低温热电偶分度表取T0为0K。 分度表中数值不是根据公式计算得到的（因为NA、NB与T的函数关系很难 得到），而是人们根据大量的科学实验总结出来的。
PVD知识整理ppt课件
25
溅镀
溅射产能
入射离子的种类影响： 溅射产额随入射原子序数增加而周期 性增加。
离子入射角度的影响： 随入射角增加而逐渐增大（1/cosθ规律增 加），然后减小，60-70o 最大。
Xe
Kr Ar Ne
入射原子序数
26
溅镀
溅射产能
材料（靶材）特性的影响： 与元素的升华热有关，呈明显周期性；随外 层ｄ电子数的增加，溅射产额提高。
M为蒸发物质的摩尔上式确定了蒸发速率、蒸气压和温度之间的关系 ➢蒸发速率除了与物质的分子量 、绝对温度和蒸发物质在T温度时有关外，还与材料 本身的表面清洁度有关。尤其是蒸发源的温度影响最大
8
蒸发速率
蒸镀
➢在蒸发温度以上进行蒸发时，蒸发源温度的微小变化即可引起蒸发速 率发生很多的变化，对金属：
➢控制蒸发源的温度来控制速率 ➢ 加热时避免出现过大的温度梯度 ➢ 蒸发速率正比于材料的饱和蒸汽压，温度变化10%，饱和蒸汽压变化 一个数量级
靶材温度的影响： 一定温度范围内关系不大，温度达到一定值 后，溅射产额急剧上升。
表面氧化的影响：表面轻微氧化时导致产额增加，表面严重氧化时形成比较厚的氧化层 将大大降低溅射产额 合金化的影响：溅射导致合金表面成分的偏析
27
溅镀
溅射原子的能量和速度 能量呈麦克斯韦分布，最可几能量为几个eV左右。溅射原子能量与靶材、入射 离子种类和能量有关。
PVD知识整理
1
蒸镀 溅镀 离子镀
2
PVD
物理气相沉积（PVD）是指在真空条件下，用物理的方法将材料汽化成原子、分子或 电离成离子，并通过气相过程在衬底上沉积一层具有特殊性能的薄膜技术。
（1）PVD沉积基本过程： • 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 (2)PVD的方法 •真空蒸发 •脉冲激光沉积 •溅射 •离子镀 •外延膜生长技术12源自薄膜沉积的厚度均匀性和纯度
溅镀
溅射产能
入射离子的种类影响： 溅射产额随入射原子序数增加而周期 性增加。
离子入射角度的影响： 随入射角增加而逐渐增大（1/cosθ规律增 加），然后减小，60-70o 最大。
Xe
Kr Ar Ne
入射原子序数
26
溅镀
溅射产能
材料（靶材）特性的影响： 与元素的升华热有关，呈明显周期性；随外 层ｄ电子数的增加，溅射产额提高。
M为蒸发物质的摩尔上式确定了蒸发速率、蒸气压和温度之间的关系 ➢蒸发速率除了与物质的分子量 、绝对温度和蒸发物质在T温度时有关外，还与材料 本身的表面清洁度有关。尤其是蒸发源的温度影响最大
8
蒸发速率
蒸镀
➢在蒸发温度以上进行蒸发时，蒸发源温度的微小变化即可引起蒸发速 率发生很多的变化，对金属：
➢控制蒸发源的温度来控制速率 ➢ 加热时避免出现过大的温度梯度 ➢ 蒸发速率正比于材料的饱和蒸汽压，温度变化10%，饱和蒸汽压变化 一个数量级
靶材温度的影响： 一定温度范围内关系不大，温度达到一定值 后，溅射产额急剧上升。
表面氧化的影响：表面轻微氧化时导致产额增加，表面严重氧化时形成比较厚的氧化层 将大大降低溅射产额 合金化的影响：溅射导致合金表面成分的偏析
27
溅镀
溅射原子的能量和速度 能量呈麦克斯韦分布，最可几能量为几个eV左右。溅射原子能量与靶材、入射 离子种类和能量有关。
PVD知识整理
1
蒸镀 溅镀 离子镀
2
PVD
物理气相沉积（PVD）是指在真空条件下，用物理的方法将材料汽化成原子、分子或 电离成离子，并通过气相过程在衬底上沉积一层具有特殊性能的薄膜技术。
（1）PVD沉积基本过程： • 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 (2)PVD的方法 •真空蒸发 •脉冲激光沉积 •溅射 •离子镀 •外延膜生长技术12源自薄膜沉积的厚度均匀性和纯度
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4
真空蒸发法
分类 －热蒸发：通过加热蒸发源使原子或分子从蒸发源表面逸出，形 成蒸汽流入射到衬底表面，凝结形成固态薄膜； (对于熔点不是很高，易熔化的材料) －电子束蒸发：利用定向高能电子束照射蒸发源使其获得高温， 从而蒸发获得固态薄膜。 (对于高熔点难熔材料)
衬底为低温，蒸发源为高温
5
基板 蒸发源 真空系统
d：气体分子直径，P：压强。
kT 2 d 2 P
高纯薄膜淀积必须在高真空度系统中进行的原因： （1）防止被蒸发的原子或分子在输运过程中不断与残余气体分子碰撞； （2）残余气体中的氧和水汽会使金属原子或分子在输运过程中氧化，使
加热的衬底表面发生氧化； （3）残余气体所含杂质会淀积到薄膜中，影响薄膜质量。
14
5.1.5 多组分蒸发
如，合金蒸发 方法：(按蒸发源分类)
①单源蒸发：具有薄膜组分比例的单一合金靶； 靶源的要求：各组分蒸汽压接近；
②多源同时蒸发：多种靶源，不同温度，同时蒸发； ③多源顺序蒸发：多种靶源，不同温度，顺序蒸发，
最后高温退火； 工艺关键：根据薄膜组分控制各层厚度；
15
5.1.5 多组分蒸发
分子由源转移到衬底(硅)表面上，淀积成薄膜。 技术： ① 蒸发(Evaporation)：早期制备金属薄膜
② 溅射(Sputter)：已取代蒸发 ③分子束外延(Molecular Beam Epitaxy MBE)|
2
蒸发法：通过被蒸镀物质(如铝)加热，利用被蒸镀物质在高温下(接近物质熔点) 的饱和蒸气压，进行薄膜沉积； 溅射法：高真空中将氩离子加速撞击溅镀靶材，将靶材原子溅击出来，被溅击出 的材质(铝、钛或其合金)粒子沉积到硅表面形成薄膜。 IC中金属或合金材料通过蒸镀或溅射方法制造。淀积铝称金属化工艺，真空中进 行。硅片表面形成一层铝膜。 真空蒸发法 优点：较高淀积速率，较高薄膜质量(系统真空度高) 缺点：台阶覆盖能力差，淀积多元薄膜时组份难控制 溅射法 优点：淀积多元薄膜时组份易控制，淀积薄膜与衬底附着性好 溅射法很大程度已取代真空蒸发法，真空蒸发法在科研和III-V族化合物半导体工 艺中被采用。
10
真空常用数据
真空区域
压强范围
乇(Torr)
帕(Pa)
低真空 760~.3x10-1
高真空 10-3~10-8 1.33x10-1~10-6
超高真空 10-8~10-12
10-6~10-10
极高真空 <10-12
<10-10
真空区域划分
压强 分子平均 空气分子 P(乇) 自由程(cm) 密度(/cm3)
1 4.72x10-3 4x1016
10-3
4.72
4x1013
10-4
47.2
4x1012
10-5
472
4x1011
10-6
4720
4x1010
10-9 4.72x106
4x107
20℃空气中不同压强下
11
抽气
基片加热器 基片架 基片 真空室钟罩 蒸发料 电阻加热金属舟 蒸发源加热电 极
缺点：难以制备高熔点、高纯度薄膜。
18
5.2.2 电子束蒸发源
原理:电场作用下电子获动能 轰击蒸发材料，使其熔化蒸发。 特点：
淀积高熔点 高纯薄膜
19
5.2.2 电子束蒸发源
优点： ①蒸发温度高：能量密度高于电阻源，高蒸发速率； ②高纯度淀积：水冷坩埚可避免容器材料的蒸发； ③热效率高：热量直接到蒸发材料表面，热传导和热 辐射损失少。
6
电子束蒸发台
7
5.1.1 真空蒸发设备
①真空系统 ②蒸发系统 ③基板及加热系统
8
蒸发淀积过程
①加热蒸发：加热蒸发源(固态)，产生蒸气；
②输运：气化的原子、分子扩散到基片表面；
③淀积：气化的原子、分子在表面
凝聚、成核、成长、成膜；
9
真空度与分子平均自由程
分子平均自由程：粒子两次碰撞之间飞行的平均距离。
升到约400℃ ，恒温数分钟以除去硅片表面吸附污物，然后降温。
（d）蒸发：衬底温度降至150℃且真空度达到 6.710-3 Pa 以上，逐
步加热蒸发源使之熔化后附在钨丝上，先使铝中高蒸汽压杂质挥发掉 (提高铝的纯度)，然后迅速增大加热电流到一定值，打开挡板，使铝 蒸发到硅片上。蒸发完毕转回挡板，并停止蒸发源加热。 （e）取片：待硅片温度降至150℃以下，关闭高真空阀，关闭扩散泵电 源，对真空室放气，打开钟罩，取出硅片。
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5.2 蒸发源
(按加热方式分类) ①电阻加热源 ②电子束加热源 ③高频感应加热源 ④激光加热源
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5.2.1 电阻加热源
直接加热源：加热体与蒸发源的载体是同一物体； 加热体-W、Mo、石墨。
间接加热源：坩埚盛放蒸发源； 坩埚-高温陶瓷、石墨。
对加热材料的要求：不产生污染 ①熔点高：高于蒸发源的蒸发温度； ②饱和蒸汽压低：低于蒸发源； ③化学性能稳定：不发生化学反应，不形成合金。 优点：工艺简单，蒸发速率快；
集成电路制造技术
Manufacturing Technology of IC
School of Microelectronics Xidian University 2013.10
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第五章 物理气相淀积
PVD：physical vapor deposition 淀积特点：物理过程； 定义：利用某种物理过程如蒸发或溅射方法实现物质的转移，即原子或
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蒸发工艺流程（蒸铝膜）
（a）挂铝丝（99.99%纯度），将硅片置于衬底加热器上，转动活动挡 板，使之位于蒸发源与硅片之间，盖好钟罩。
（b）抽真空：开动机械泵，打开低真空阀，待真空度高于1.3Pa 后，关
低真空阀，开高真空阀，转到用扩散泵抽高真空。
（c）硅片加热：当真空度抽到 6.710-3 Pa 后，开始加温，使衬底温度
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5.1 真空蒸发的基本原理
材料的三态：solid，liquid，gas； 蒸气：任何温度下，材料表面都存在自身的气体； 蒸气压：平衡时的饱和蒸气压； 升华：低于熔化温度时，产生蒸气的过程； 蒸发：熔化时，产生蒸气的过程； 定义：利用蒸发材料熔化产生的蒸气进行薄膜淀积； 优点：设备简单,淀积速率快,高薄膜质量(系统真空度高) 缺点：台阶覆盖差，多元化合物薄膜组分难控制。
真空蒸发法
分类 －热蒸发：通过加热蒸发源使原子或分子从蒸发源表面逸出，形 成蒸汽流入射到衬底表面，凝结形成固态薄膜； (对于熔点不是很高，易熔化的材料) －电子束蒸发：利用定向高能电子束照射蒸发源使其获得高温， 从而蒸发获得固态薄膜。 (对于高熔点难熔材料)
衬底为低温，蒸发源为高温
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基板 蒸发源 真空系统
d：气体分子直径，P：压强。
kT 2 d 2 P
高纯薄膜淀积必须在高真空度系统中进行的原因： （1）防止被蒸发的原子或分子在输运过程中不断与残余气体分子碰撞； （2）残余气体中的氧和水汽会使金属原子或分子在输运过程中氧化，使
加热的衬底表面发生氧化； （3）残余气体所含杂质会淀积到薄膜中，影响薄膜质量。
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5.1.5 多组分蒸发
如，合金蒸发 方法：(按蒸发源分类)
①单源蒸发：具有薄膜组分比例的单一合金靶； 靶源的要求：各组分蒸汽压接近；
②多源同时蒸发：多种靶源，不同温度，同时蒸发； ③多源顺序蒸发：多种靶源，不同温度，顺序蒸发，
最后高温退火； 工艺关键：根据薄膜组分控制各层厚度；
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5.1.5 多组分蒸发
分子由源转移到衬底(硅)表面上，淀积成薄膜。 技术： ① 蒸发(Evaporation)：早期制备金属薄膜
② 溅射(Sputter)：已取代蒸发 ③分子束外延(Molecular Beam Epitaxy MBE)|
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蒸发法：通过被蒸镀物质(如铝)加热，利用被蒸镀物质在高温下(接近物质熔点) 的饱和蒸气压，进行薄膜沉积； 溅射法：高真空中将氩离子加速撞击溅镀靶材，将靶材原子溅击出来，被溅击出 的材质(铝、钛或其合金)粒子沉积到硅表面形成薄膜。 IC中金属或合金材料通过蒸镀或溅射方法制造。淀积铝称金属化工艺，真空中进 行。硅片表面形成一层铝膜。 真空蒸发法 优点：较高淀积速率，较高薄膜质量(系统真空度高) 缺点：台阶覆盖能力差，淀积多元薄膜时组份难控制 溅射法 优点：淀积多元薄膜时组份易控制，淀积薄膜与衬底附着性好 溅射法很大程度已取代真空蒸发法，真空蒸发法在科研和III-V族化合物半导体工 艺中被采用。
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真空常用数据
真空区域
压强范围
乇(Torr)
帕(Pa)
低真空 760~.3x10-1
高真空 10-3~10-8 1.33x10-1~10-6
超高真空 10-8~10-12
10-6~10-10
极高真空 <10-12
<10-10
真空区域划分
压强 分子平均 空气分子 P(乇) 自由程(cm) 密度(/cm3)
1 4.72x10-3 4x1016
10-3
4.72
4x1013
10-4
47.2
4x1012
10-5
472
4x1011
10-6
4720
4x1010
10-9 4.72x106
4x107
20℃空气中不同压强下
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抽气
基片加热器 基片架 基片 真空室钟罩 蒸发料 电阻加热金属舟 蒸发源加热电 极
缺点：难以制备高熔点、高纯度薄膜。
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5.2.2 电子束蒸发源
原理:电场作用下电子获动能 轰击蒸发材料，使其熔化蒸发。 特点：
淀积高熔点 高纯薄膜
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5.2.2 电子束蒸发源
优点： ①蒸发温度高：能量密度高于电阻源，高蒸发速率； ②高纯度淀积：水冷坩埚可避免容器材料的蒸发； ③热效率高：热量直接到蒸发材料表面，热传导和热 辐射损失少。
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电子束蒸发台
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5.1.1 真空蒸发设备
①真空系统 ②蒸发系统 ③基板及加热系统
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蒸发淀积过程
①加热蒸发：加热蒸发源(固态)，产生蒸气；
②输运：气化的原子、分子扩散到基片表面；
③淀积：气化的原子、分子在表面
凝聚、成核、成长、成膜；
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真空度与分子平均自由程
分子平均自由程：粒子两次碰撞之间飞行的平均距离。
升到约400℃ ，恒温数分钟以除去硅片表面吸附污物，然后降温。
（d）蒸发：衬底温度降至150℃且真空度达到 6.710-3 Pa 以上，逐
步加热蒸发源使之熔化后附在钨丝上，先使铝中高蒸汽压杂质挥发掉 (提高铝的纯度)，然后迅速增大加热电流到一定值，打开挡板，使铝 蒸发到硅片上。蒸发完毕转回挡板，并停止蒸发源加热。 （e）取片：待硅片温度降至150℃以下，关闭高真空阀，关闭扩散泵电 源，对真空室放气，打开钟罩，取出硅片。
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5.2 蒸发源
(按加热方式分类) ①电阻加热源 ②电子束加热源 ③高频感应加热源 ④激光加热源
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5.2.1 电阻加热源
直接加热源：加热体与蒸发源的载体是同一物体； 加热体-W、Mo、石墨。
间接加热源：坩埚盛放蒸发源； 坩埚-高温陶瓷、石墨。
对加热材料的要求：不产生污染 ①熔点高：高于蒸发源的蒸发温度； ②饱和蒸汽压低：低于蒸发源； ③化学性能稳定：不发生化学反应，不形成合金。 优点：工艺简单，蒸发速率快；
集成电路制造技术
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第五章 物理气相淀积
PVD：physical vapor deposition 淀积特点：物理过程； 定义：利用某种物理过程如蒸发或溅射方法实现物质的转移，即原子或
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蒸发工艺流程（蒸铝膜）
（a）挂铝丝（99.99%纯度），将硅片置于衬底加热器上，转动活动挡 板，使之位于蒸发源与硅片之间，盖好钟罩。
（b）抽真空：开动机械泵，打开低真空阀，待真空度高于1.3Pa 后，关
低真空阀，开高真空阀，转到用扩散泵抽高真空。
（c）硅片加热：当真空度抽到 6.710-3 Pa 后，开始加温，使衬底温度
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5.1 真空蒸发的基本原理
材料的三态：solid，liquid，gas； 蒸气：任何温度下，材料表面都存在自身的气体； 蒸气压：平衡时的饱和蒸气压； 升华：低于熔化温度时，产生蒸气的过程； 蒸发：熔化时，产生蒸气的过程； 定义：利用蒸发材料熔化产生的蒸气进行薄膜淀积； 优点：设备简单,淀积速率快,高薄膜质量(系统真空度高) 缺点：台阶覆盖差，多元化合物薄膜组分难控制。