薄膜的物理气相沉积Ⅰ——热蒸发
第四章_薄膜的物理气相沉积
4.1 蒸发沉积 4.2 溅射沉积 4.3 离子束沉积 4.4 脉冲激光沉积
4.1 蒸发沉积
蒸发沉积薄膜的基本过程：
1） 原材料被加热蒸发而气化 2） 气化的原子或分子从蒸发源向基片表面输运 3）蒸发的原子或分子在基片表面被吸附、成核、 核长大，继而形成连续薄膜
4.1.1 蒸发源
缺点：需要较复杂且昂贵的高频电源
4.1.2 原材料的蒸发与输运
1.
蒸发速率 假设在原材料表面液相和气相分子处于动态平 衡，则蒸发速率
dN r Pr P0 Je Adt 2 mkT
蒸发速率与蒸发源温度的关系
dG B 1 dT 2.3 G T 2 T
4.1.3 蒸发镀膜的膜厚分布
膜厚的分布取决于蒸发源的几何形状 与蒸发特性、基片的几何形状、基片与蒸 发源的相对位置等因素。
膜厚理论计算的简化假设： 1）蒸发凝结成薄膜
4.2 溅射沉积
溅射：荷能粒子轰击固体表面，使固体原子（或 分子）逸出的现象叫溅射。 使用范围：金属、合金、半导体、氧化物、氮化 物、碳化物、超导薄膜等。 溅射率：当粒子轰击靶阴极时，平均每个粒子从 阴极上打出的原子数。 溅射阈值：当入射粒子能量高于溅射阈值时才发 生溅射。
脉冲激光沉积的优点
相比其他制膜技术，PLD具有如下特点：1） 采用紫外脉冲激光器作为等离子体的能源，它 具有高光子能量、无污染且易于控制的特点； 2）可以比较精确的控制化学计量比，实现靶 膜成分接近一致。3） 可以引入反应气体，提 供了另一种改变薄膜组分的办法；4）四个靶 材托板随意更换，可以实现多层膜、异质结的 制备，尤其适合制备量子阱结构薄膜。5）工 艺相对简单，灵活性很大，可以实现诸多不同 种类的薄膜制备；6）可以使用激光器对薄膜 进行后续处理等。
真空蒸镀 热蒸发
真空蒸镀热蒸发
真空蒸镀热蒸发是一种物理气相沉积（PVD）技术，用于在基底表面上沉积薄膜。
它的基本原理如下：
1. 真空环境：在真空蒸镀过程中，将基底和蒸发源置于真空室内。
真空环境可以减少气体分子之间的碰撞，防止气体对沉积过程的干扰，并提高薄膜的质量。
2. 蒸发源：蒸发源是提供蒸发材料的装置。
它可以是金属丝、坩埚或溅射靶材等。
蒸发源被加热到足够高的温度，使蒸发材料转化为气态。
3. 薄膜沉积：当蒸发源中的材料被加热到气态时，气态原子或分子会在真空中向基底表面运动，并在基底上沉积形成薄膜。
沉积的薄膜可以是金属、合金、半导体或其他材料。
4. 控制参数：真空蒸镀过程中的一些关键参数需要被控制，以获得所需的薄膜特性。
这些参数包括蒸发源的温度、沉积时间、真空度和基底温度等。
真空蒸镀热蒸发技术具有以下优点：
1. 高纯度：真空环境可以减少杂质的引入，提高薄膜的纯度。
2. 良好的一致性：该技术可以在大面积基底上实现均匀的薄膜沉积。
3. 可控性：通过控制蒸发源的温度和其他参数，可以调控薄膜的厚度、组成和结构。
4. 多功能性：可用于制备各种功能性薄膜，如金属膜、光学膜、导电膜等。
第二章 薄膜制备技术(1)
（2）优缺点
1）优点：适用于高纯 或难熔物质的蒸发；可适 合沉积多种不同的物质。
2）缺点：热效率较低； 过高的热功率对整个沉积 系统形成较强的热辐射。
3、电弧蒸发装臵 （1）电弧蒸发法：用欲蒸发的材料 制成放电的电极，依靠调节真空 室内电极间距的方法来点燃电弧， 瞬间的高温电弧将使电极端部产 生蒸发从而实现物质的沉积。控 制电弧的点燃次数或时间就可以 沉积出一定厚度的薄膜。 （2）优缺点 1）优点：避免电阻加热材料或坩 埚材料的污染；加热温度高，适 用于溶点高、同时具有一定导电 性的难熔金属、石墨等的蒸发； 简单廉价。 2）缺点：在放电过程中容易产 生微米量级大小的电极颗粒的飞 溅，从而会影响被沉积薄膜的均 匀性。
电弧蒸发装置示意图
4、激光蒸发装臵 （1）激光蒸发法：高功率激光器产生的高能激光束，可在瞬 间将能量直接传递给被蒸发物质，使之发生蒸发镀膜。
（2）优缺点
优点：避免电阻加热材料或坩埚材料的污染；加热温度高； 蒸发速率高；蒸发过程容易控制；特别的优点是：适用于蒸 发那些成分复杂的合金或化合物，这是因为，高能量的激光 束可以在较短的时间将物质的局部加热至极高的温度并产生 物质的蒸发，在此过程中被蒸发出来的物质仍能保持其原来 的元素比例。
2.3 真空蒸发装置
真空蒸发所采用的设备根据使用目的的不同有很大差别。 从简单的电阻加热蒸镀装臵到极其复杂的分子束外延设备， 都属于真空蒸发范畴。在蒸发沉积装臵中，最重要的组成 部分是物质的蒸发源，根据其加热原理可分为以下类型。
1、电阻式蒸发装置 （1）电阻加热蒸发法： 采用钽、钼、钨等高熔点金属，做成适当形状的加 热装臵（也称“蒸发源”，注意与“蒸发材料”区 别），其上装入待蒸发材料，通以电流后，对蒸发 材料进行直接加热蒸发，或者把待蒸发材料放入 Al2O3、BeO等坩埚中进行间接加热蒸发，
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。
第2章+薄膜的物理气相沉积I
例：残余气体对蒸发薄膜的污染
在沉积过程中，残余气体的分子和蒸发物质的原子 将分别射向衬底，并同时沉积在衬底上。蒸发物质 原子的沉积速率为
G N As （2-15） MA
其量纲为原子数/cm2·s。其中ρ为沉积物质的密度， s为厚度沉积速度。
可求出气体杂质在沉积物中的浓度为
c
pMA
（2-16）
sNA 2MgRT
假设被蒸发物质是由面积为Ae的小球上均 匀地发射出来，如图所示。这时，蒸发出来的 物质总量Me为
dM e ΓdedAt
M e dAedtAet
（2-11）
其中，Г——蒸发物质的质量蒸发速度， dAe——蒸发源的表面积元， t——时间。
由于蒸发源为一点源，因而衬底面积元dAs上沉积 的物质量取决于其对应的空间角大小，即衬底上 沉积的原子质量密度为
(C 1 ) 4
dM
s
M
e
dA s cos 4 r 2
dM dA
s s
M e cos 4 r 2
2、面蒸发源
在蒸发方法中经常使用的克努森源是在一个 高温坩埚的上部开一个小口，它所形成的蒸发 源相当于一个面蒸发源。
面蒸发源空间角示意图
对于面蒸发源
dMs θ O’ x
h rx
φ
dAs x dAe
He RT
I
He
pe Be RT
(2 5a) (2 5b)
其中，I——积分常数， B——相应的系数。
说明： 1. 由于使用了近似条件ΔHe=ΔH ，即热焓变化=汽化
热，故蒸气压表达式只在某一温度区间才严格成立。 2. 要准确地描述Pe-T的关系，应该将△H写成△H（T ）
的函数形式。
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。
第三讲_薄膜的物理气相沉积-蒸发沉积
提高薄膜的沉积速率和真空度，均有助于提高薄膜纯度
蒸发沉积技术的种类
电阻热蒸发 电子束热蒸发 电弧热蒸发 激光束热蒸发 空心阴极热蒸发
电阻式热蒸发装置
特点： 装置简单，应用广泛 需要针对不同的被蒸发材料选择加热材料和方法 加热温度不能过高，易产生电阻丝等加热材料的污染
A A xA pA (0) M B B B x B pB (0) M A
都将不同于合金中的组元之比
合金中各元素的热蒸发
合金组元的蒸气压之比一般都要偏离合金的原 始成分。当组元A与其他组元的吸引作用力较小时 ，它将拥有较高的蒸气压；反之，其蒸气压将相对 较低。 当需要制备的薄膜成分已知时，由上式可以确 定所需要使用的合金蒸发源的成分。比如，已知在 1350K的温度下，Al的蒸气压高于Cu，因而为了获 得Al-2%Cu成分的薄膜，需要使用的蒸发源的大致 成分应该是Al-13.6%Cu。但当组元差别很大时，这 一方法就失去了可行性。
合金中各元素的热蒸发
对于初始成分确定的蒸发源来说，由上式确定的 组元蒸发速率之比将随着时间而发生变化: 易于蒸发 的组元的优先蒸发将造成该组元的不断贫化，进而造 成该组元蒸发速率的不断下降。
解决这一问题的办法
使用较多的物质作为蒸发源，即尽量减小组元成分的相 对变化 采用向蒸发容器中不断地、但每次仅加入少量被蒸发物质 的方法，即使得少量蒸发物质的不同组元能够实现瞬间的 同步蒸发 利用加热至不同温度的双蒸发源或多蒸发源的方法，分别 控制和调节每个组元的蒸发速率(所谓三温度法)
第三讲
薄膜材料的蒸发沉积
Preparation of thin films by vacuum evaporation
纳米薄膜应用综述
纳米薄膜应用综述引言纳米技术作为21世纪的一个新兴领域，正日益受到人们的关注和重视。
纳米材料具有尺寸效应、表面效应和量子效应等特性，展现出许多与传统材料不同的奇特性能，被广泛应用于材料、生物、医学、环境、电子信息等领域。
纳米薄膜作为纳米材料的一种重要形式，具有极大的表面积和高度的界面能，被广泛应用于涂层、传感器、光伏、生物医学等领域。
一、纳米薄膜的制备方法1. 物理气相沉积法物理气相沉积法包括热蒸发法、溅射法、分子束外析等，通过在真空环境下使材料直接蒸发或溅射，然后在基底表面沉积形成纳米薄膜。
该方法制备的纳米薄膜均匀度高，结晶度好，但设备成本高，生产效率低。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法包括液相沉积法、气相沉积法等，通过在气相反应体系中使一种化学气体在基底表面发生化学反应，生成纳米薄膜。
该方法成本低，易于实现大面积生产，但纳米薄膜的结晶质量相对较差。
3. 溶液法溶液法包括溶液浸渍法、溶液旋涂法等，通过在溶液中将纳米材料溶解或悬浮，然后在基底表面沉积成薄膜。
该方法简单易行，设备成本低，但纳米薄膜的结晶度较低。
以上是一些常见的纳米薄膜制备方法，不同方法适用于不同的应用场景，制备出来的纳米薄膜性能也各有差异。
二、纳米薄膜在涂层领域的应用1. 自清洁涂层自清洁涂层是一种能够在接触光线、风力、水汽等环境下自动清洁的功能涂层，可以减少人工清洁成本，保持表面光亮。
纳米薄膜可以使涂层具有一定的光催化和亲水性能，使涂层在受光照射下具有氧化有机污染物的分解能力，保持表面清洁。
2. 防护涂层防护涂层是一种用于防止金属、塑料等基底受到外部侵蚀、氧化等危害的功能涂层，可以提高材料的使用寿命。
纳米薄膜可以提高涂层的硬度和耐磨性，防止基底受到腐蚀和氧化，延长材料的使用寿命。
3. 共价键涂层共价键涂层是一种将纳米材料与涂层基底形成共价键结构的功能涂层，可以提高涂层的附着力和稳定性。
纳米薄膜可以在涂层基底表面形成稳定的共价键结构，增强涂层的附着力，提高涂层的稳定性。
薄膜材料与技术
薄膜材料与技术引言薄膜材料是一种在厚度范围内具有特定性能和结构的材料，它在多个领域中发挥着重要作用。
薄膜技术是制备、改进和应用薄膜材料的一套方法和工艺。
本文将介绍薄膜材料的定义、制备方法、常见应用以及未来的发展趋势。
薄膜材料的定义薄膜材料是在纳米尺度至微米尺度范围内的一种特殊材料，其厚度通常在0.1nm到100μm之间。
相比于传统材料，薄膜材料具有较高的比表面积和特殊的物理、化学性质，使得其在光电、能源、生物医学等领域具有广泛的应用前景。
薄膜材料的制备方法薄膜材料的制备方法多种多样，常见的制备方法包括：1.物理气相沉积（PVD）：通过热蒸发、电子束蒸发、激光蒸发等方法将材料蒸发在基底上，形成薄膜。
2.化学气相沉积（CVD）：将气相前体分子引入反应室中，经过热分解或化学反应，在基底表面生成薄膜。
3.溶液法：将溶解了材料的溶液涂覆在基底上，通过溶剂蒸发或化学反应，将材料转变为薄膜。
常见的溶液法包括旋涂法、浸渍法等。
4.声波法：利用声波的能量使材料溶解或悬浮在溶剂中，然后将溶液通过超声波定向沉积在基底上。
5.离子束辅助沉积（IBAD）：通过将离子束轰击基底表面，促使薄膜材料原子结晶或沉积在基底上。
薄膜材料的应用领域薄膜材料在多个领域中发挥着重要作用，以下是几个常见的应用领域：1.光学领域：薄膜材料在光学镀膜中广泛应用，用于改善光学元件的透射和反射特性。
例如，透明导电薄膜可用于制造触摸屏、光伏电池和显示器件。
2.电子领域：薄膜材料可用于制造半导体器件，如晶体管、薄膜电阻器和电容器。
此外，薄膜材料还可用于制造柔性电子产品和纳米电子元件。
3.能源领域：薄膜太阳能电池是一种高效能源转换设备，薄膜材料在其制备过程中起到关键作用。
此外，薄膜材料还可用于燃料电池、锂离子电池等能源存储和转换装置中。
4.生物医学领域：薄膜材料在生物医学传感器、生物芯片、医用导管等方面有广泛应用。
例如，聚合物薄膜可用于修复组织缺损，金属薄膜可用于制造仿生传感器。
薄膜的物理气相沉积PPT课件
真空蒸镀（Vacuum Evaporation）
蒸发条件（分压 Pi < 平衡蒸汽压 Pe）
物理机制 蒸发与凝聚同时发生，动态双向进行； T 一定时，动态平衡时的蒸汽压即平衡蒸汽压 Pi > Pe 凝聚； Pi < Pe 蒸发 (净蒸发 > 0)
怎样实现蒸发条件？ He 升温 ： PeaeRT T 也随之↓ 充入其它气体： P = ∑Pi 总压不变、目标物质分压 Pi ↓
湖南大学电子封装材料与薄膜技术研究所 Institute of Electronic Packaging Materials and Thin Films Technology
薄膜技术与应用
薄膜的物理气相沉积技术（Ⅰ）
湖南大学电子封装材料与薄膜技术研究所
Institute of Electronic Packaging Materials and Thin Films Technology
膜层在高真空环境下形成，蒸汽中的膜层粒子基本上是原子态，在工 件表面形成细小的核心，生长成细密的组织；
一般只在工件面向蒸发源的一面可以沉积膜层，工件的背面几乎不沉 积。
2020/12/3
7
湖南大学电子封装材料与薄膜技术研究所
Institute of Electronic Packaging Materials and Thin Films Technology
分类
电阻加热、电子束蒸发、电弧放电、激光加热、分子束外延
2020/12/3
6
湖南大学电子封装材料与薄膜技术研究所
Institute of Electronic Packaging Materials and Thin Films Technology
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薄膜的物理气相沉积
薄膜的物理气相沉积Ⅰ——热蒸发
8
薄膜沉积速率正比于气体分子的通量。
单位表面上元素的净蒸发速率
ΦαN2（ AπpMe Rph） T
α — 系数，介于0~1之间；
m n M N
A
pe、ph — 平衡蒸气压和实际情况下的分压。 单位表面上元素的质量蒸发速率
组元蒸气压相近时，可估算合金蒸发源的成分。 例如，1350K，薄膜成分：Al-2％Cu (质量分数)，
需蒸发源成分：A1-13.6％Cu (质量分数)。
薄膜的物理气相沉积
薄膜的物理气相沉积Ⅰ——热蒸发
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对于初始成分确定的蒸发源，组元蒸发速率 之比随时间而变化。 原因：易于蒸发的组元的优先蒸发使该组元不 断贫化，进而使该组元蒸发速率不断下降。
薄膜的物理气相沉积
薄膜的物理气相沉积Ⅰ——热蒸发
5
组成部分： 真空室； 蒸发源及蒸发加热装置； 衬底放置及加热装置。
薄膜的物理气相沉积
薄膜的物理气相沉积Ⅰ——热蒸发
6
真空蒸发镀膜机
薄膜的物理气相沉积
薄膜的物理气相沉积Ⅰ——热蒸发
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2.1.1 元素的蒸发速率
平衡蒸气压：一定温度下，蒸发气体与凝聚相平 衡过程中所呈现的压力。
第二章 薄膜的物理气相沉积（I） —— 蒸发法
物理气相沉积（Physical Vapor Deposition, PVD） 物理过程，如物质的热蒸发或在 受到粒子束轰击时物质表面原子的溅射等现 象，实现物质原子从源物质到薄膜的可控转移 过程。
薄膜的物理气相沉积薄膜的物理气相沉积ⅠFra bibliotek—热蒸发1
特点： (1)需要使用固态的或者熔化态的物质作为沉
间结合力，合金中各元素的蒸发过程可以被近 似视为各元素相互独立的蒸发过程，就像它们 在纯元素蒸发时的情况一样。
薄膜的物理气相沉积
薄膜的物理气相沉积Ⅰ——热蒸发
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以AB二元合金为例：
理想溶液，即两组元A-B原子间的作用能与A-A 或B-B原子间的作用能相等；
拉乌尔定律 pB=xBpB(0) 非理想溶液
15
2.1.3 化合物与合金的热蒸发 薄膜成分偏离 蒸发源成分
化合物的蒸发: ①蒸气可能具有完全不同于蒸发源的化学成分; ②气相分子还可能发生化合与分解过程。
薄膜成分可能偏离蒸发源的化学组成
薄膜的物理气相沉积
薄膜的物理气相沉积Ⅰ——热蒸发
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薄膜的物理气相沉积
薄膜的物理气相沉积Ⅰ——热蒸发
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合金蒸发： 合金中原子间结合力小于化合物中不同原子
（真空度较高，沉积速度较高，薄膜纯度较高，薄 膜与基片结合较差）
溅射法（10-2 ~ 10Pa） （多元合金薄膜化学成分容易控制，沉积层对衬底 的附着力较好）
离子镀、反应蒸发沉积、离子束辅助沉积等
薄膜的物理气相沉积
薄膜的物理气相沉积Ⅰ——热蒸发
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2.1 物质的热蒸发 2.2 薄膜沉积的厚度均匀性和纯度 2.3 真空蒸发装置
例如，液态Al，平衡蒸气压满足的关系式:
lp g ( P ) 1 a5 1 .5 9 4 3 0 9 .93 l 3 9 T g 3 .9 5 1 2 6 T 0
e
T
薄膜的物理气相沉积
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热蒸发用的坩埚 石墨电极间高温放电
2
薄膜的物理气相沉积
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薄膜的物理气相沉2积
薄膜的物理气相沉积Ⅰ——热蒸发
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物质的蒸发模式：
1. 即使是当温度达到熔点时，其平衡蒸气压也低于 10-1 Pa。（大多数金属） 加热到熔点以上
2. 低于熔点时，平衡蒸气压已经相对较高。 （Cr、 Ti、Mo、Fe、Si） 固态物质的升华
薄膜的物理气相沉积
薄膜的物理气相沉积Ⅰ——热蒸发
薄膜的物理气相沉积
薄膜的物理气相沉积Ⅰ——热蒸发
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求：1527℃，镍铬合金（Ni 80%，Cr 20%）中
两种元素的蒸发速率之比。
已知：pCr=10Pa，pNi=1Pa。
则：
Φ Φ Crx xCrP P Cr
M Ni20 105.7 82.8 M 80 1 5.0 2
Ni
Ni Ni
Cr
开始蒸发时，Cr的初始蒸发速率为Ni的2.8倍。随
Γα(p p)
e
h
M 2πRT
对元素蒸发速率影响最大的因素：
蒸发源所处的温度。
薄膜的物理气相沉积
薄膜的物理气相沉积Ⅰ——热蒸发
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2.1.2 元素的平衡蒸气压
克劳修斯-克莱普朗（ Clausius-Claperon） 方程：
dp e
dT
△H T△V
pV=RT
dp e
p△H
dT RT2
ΔH — 蒸发过程中每摩尔元素的热焓变化，随温 度不同而不同, ΔH (T)；
ΔV — 相应蒸发过程中物质体积的变化，ΔV≈V 。
薄膜的物理气相沉积
薄膜的物理气相沉积Ⅰ——热蒸发
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ΔH≈气化热ΔHe，则
ln p △H e I
e
RT
p Be △
H
e
RT
e
I — 积分常数 B — 系数
在一定的温度区间内严格成立
薄膜的物理气相沉积
薄膜的物理气相沉积Ⅰ——热蒸发
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更准确地描述元素平衡蒸气压随温度的变化， 需要代入实际的ΔH(T)函数形式。
薄膜的物理气相沉积
薄膜的物理气相沉积Ⅰ——热蒸发
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2.1 物质的热蒸发
工作原理： 在真空环境下，给待蒸发物质提供足够的热
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，即可实现真空蒸发沉积。
步骤：①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输运； ③蒸发粒子到达基片后凝结、成核、长大、 成膜。
pB = αBpB(0)=γBxBpB(0) αB — 活度，“有效浓度”； γB — 活度系数，组元偏离理想溶液的程度。
薄膜的物理气相沉积
薄膜的物理气相沉积Ⅰ——热蒸发
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合金组元蒸发速率之比
φ φ A p pA
M MB γ γ AxxAp pA((0 0))
M B
M
B
B
A
BB B
A
★蒸发法不宜被用来制备组元平衡蒸气压差别 较大的合金的薄膜。
积过程的源物质； (2)源物质要经过物理过程进入气相； (3)需要相对较低的气体压力环境；
① 气相分子的运动路径近似为一条直线； ② 气相分子在衬底上的沉积几率接近100%。
(4)在气相中及衬底表面并不发生化学反应。
薄膜的物理气相沉积
薄膜的物理气相沉积Ⅰ——热蒸发
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基本PVD方法： 蒸发法（<10-3 Pa）