第八章薄膜的制备
薄膜材料的制备流程
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选择合适的基底材料，如硅片、玻璃、金属等。
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。
薄膜制备方法概述.ppt
RF
MW
LECVD
……
ECR
❖ 物理气相沉积(PVD)
➢ 物理气相沉积:薄膜材料通过物理方法输运到基 体表面的镀膜方法；
➢ 通常是固体或熔融源；
➢ 在气相或衬底表面没有化学反应；
➢ 代表性技术：蒸发镀膜、溅射镀膜；
➢ 技术特点：真空度高、沉积温度低、设备相对 比较简单。薄膜质量差，可控度小、表面容易 不均匀。
第二节 薄膜制备技术
真空 蒸发
物理气相沉积 （PVD）
溅射
沉积
气
相
分子束外延
沉 积
（MBE）
离子镀
化学气相沉积 （CVD）Байду номын сангаас
电 镀 法 溶胶-凝胶法
热壁 冷壁
电阻加热 感应加热 电子束加热 激光加热
直流溅射 射频溅射 磁控溅射 离子束溅射
直流二极型离子镀
射频放电离子镀
等离子体离子镀
HFCVD
DC
PECVD
❖ 化学气相沉积(CVD) ➢ 化学气相沉积: 沉积过程中发生化学反应，薄膜
与原料的化合状态不一样。 ➢ 代表性技术：低压CVD(LPCVD), 常压CVD
APCVD, 等离子体增强CVD (PECVD);金属有机 源CVD(MOCVD) ➢ 技术特点：薄膜质量高，致密，可控性好，
❖ 其它成膜技术：液相外延(LPE)，电沉积，溶胶 凝胶(sol-gel)，自组装，spin-coating，化学浴沉 积(CBD)等。
❖ 新的薄膜制备技术： ➢ 以蒸发沉积为基础发展出了电子束蒸发沉积、分子束
外延薄膜生长(MBE) ； ➢ 以载能束与固体相互作用为基础, 先后出现了离子束
溅射沉积、脉冲激光溅射沉积(PLD)、强流离子束蒸 发沉积、离子束辅助沉积(IBAD)、低能离子束沉积； ➢ 以等离子体技术为基础出现了等离子体增强化学气相 沉积(PECVD)、磁控溅射镀膜；
第八章-薄膜的结构与缺陷
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原因解释： 阴影效应 在沉积过程中，基片表面优先生长出许
多峰状微小晶粒，由于阴影效果，遮住了相邻的 晶粒使继续入射的原子达不到其表面，使薄膜表 面凹凸不平，内部出现大缺陷。
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2023/11/13
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若沉积薄膜时真空度较低，由于残余气压过高， 入射的气相原子和残余气体分子相碰撞，先在 气相中凝结成烟尘，然后再到达基体表面沉积 形成薄膜。由于这种薄膜由微粒松散堆积而成， 也是多孔性的。
看作区域1 在Ts/Tm 值为0时在非常光滑基体上形 成的极限形式。是区域1结构中晶粒尺寸小到难 以分辨时呈现的纤维结构。 当入射气相粒子流垂直入射沉积在较光滑、均匀 的基体表面上时，在吸附原子的表面扩散速率足 够大时，可形成接近区域1 的结构。
特点：晶粒间界致密，机械性能好。
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区域 2 在基体温度较大，或沉积吸附原子在基
扩散到表面上稳定的位置，排列到晶体格点中去。 外延温度不仅取决于基底与薄膜材料的组合还取决
于基底表面是否有污染，以及蒸镀速度。
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二．薄膜的晶体结构
◆ 薄膜的晶体结构是指薄膜中各晶粒的晶型状况。 ◆ 在大多数情况下，薄膜中晶粒的晶格结构与块 状晶体是相同的。（7个晶系14 种布拉非格子）
◆不同之处：
晶粒择优取向薄膜（包括锥形结构、纤维结构和柱 状结构）
在多晶薄膜中，常常出现一些块状材料中未曾发 现的介稳相结构。
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晶界：多晶薄膜中不同晶粒间的交界面，具有与晶 粒内部不同的特征。 晶界特点： ①由于晶界中晶格畸变较大，晶界上原子的平均能
量高于晶粒内部原子的平均能量，它们的差值称 为晶界能。 ②由于晶界中原子排列不规则，其中有较多的空位。 微量杂质原子常富集在晶界处，杂质原子沿晶界 扩散比穿过晶粒要容易。
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在各种领域都有广泛应用的材料，其制备方法多种多样。
本文将介绍薄膜的制备方法，希望能够对您有所帮助。
首先，薄膜的制备方法可以分为物理方法和化学方法两大类。
物理方法包括蒸发法、溅射法、激光热解法等，而化学方法则包括溶液法、化学气相沉积法等。
接下来，我们将逐一介绍这些方法的具体步骤和特点。
蒸发法是一种常用的物理方法，其制备步骤为首先将原料物质加热至其汽化温度，然后使其在基底上凝结形成薄膜。
这种方法制备的薄膜质量较高，但是成本较高，且只适用于高蒸发温度的材料。
溅射法是另一种常用的物理方法，其制备步骤为将原料物质置于真空室中，通过离子轰击或者电子轰击的方式使其蒸发并沉积在基底表面形成薄膜。
这种方法可以制备多种材料的薄膜，但是设备复杂，成本较高。
激光热解法是一种新型的物理方法，其制备步骤为使用激光热解原料物质，使其在基底上沉积形成薄膜。
这种方法可以制备高质量的薄膜，但是设备成本高，且只适用于特定材料。
溶液法是一种常用的化学方法，其制备步骤为将原料物质溶解在溶剂中，然后将溶液涂覆在基底上，通过溶剂挥发使其形成薄膜。
这种方法成本低，适用范围广，但是薄膜质量较低。
化学气相沉积法是另一种常用的化学方法，其制备步骤为将原料物质的化合物气体在基底表面发生化学反应，形成薄膜。
这种方法可以制备高质量的薄膜，但是设备复杂，成本较高。
总的来说，薄膜的制备方法多种多样，每种方法都有其独特的优点和局限性。
在选择制备方法时，需要根据具体的应用需求和材料特性进行综合考虑。
希望本文能够对您有所帮助，谢谢阅读！。
薄膜的制备工艺(PPT43页)
1.3薄膜特点
• 表面能级很大 • 薄膜和基片的粘附性 • 薄膜中的内应力 • 异常结构和非理想化学计量比特性 • 量子尺寸效应和界面隧道穿透 • 容易实现多层膜效应
2.薄膜的制备方法
真空蒸发 Evaperation
PVD
气 相 法
CVD
溅射 Sputtering 离子镀 Ion plating
➢ ④很容易大面积地在各种不同形状（平板状、圆棒状、圆 管内壁、球状及纤维状等）、不同材料（如金属、玻璃、 陶瓷、高分子等）的基底上制备薄膜，甚至可以在粉体材 料表面制备一层包覆膜，这是其它的传统工艺难以实现的；
➢ ⑤制备纳米结构薄膜材料； ➢ ⑥用料省，成本较低。
2.3.2溶胶－凝胶方法制备薄膜工艺
1．凝胶网络由前驱物 产生的无机聚合物建立 2．凝胶与溶胶体积相 当 3．可由时间参数清楚 地反映凝胶的形成过程 4．凝胶是透明的
1．凝胶网络由络合物 通过氢键建立 2．凝胶在水中能液化 3．凝胶是透明的
粉体 薄膜
薄膜 块体 纤维 粉体
薄膜 粉体 纤维
2.3.5Sol－Gel方法制备薄膜的步骤：
①复合醇盐的制备 按照所需材料的化学计量比，把各组分的醇盐或 其它金属有机物在一种共同的溶剂中进行反应， 使各组元反应成为一种复合醇盐或者是均匀的混 合溶液。
MOCVD法的特点
此法的主要优点是：
1)较低的衬底温度； 2)较高的生长速率； 3)精确的组上生长、可直接制备图案器件、
易于规模化和商业化。
• MOCVD法制备出的铁电薄膜有(Sr,Ba)TiO3、 Pb(Zr,Ti)O3、BaTiO3、PbTiO3、(Pb,La)TiO3、 Bi4Ti3O12、SrBi2Ta2O9等十多种，但这种方法受制 于金属有机源（MO）的合成技术，难以找到合适 的金属有机源，仅能用于少数几种薄膜的制备。 因此继续开发新的、挥发温度较低的、毒性低的 MO源是MOCVD获得长足发展的关键。
第八章 实验一 磁控溅射法制备透明导电氧化物ITO薄膜-2012
磁控溅射法制备透明导电氧化物ITO薄膜授课老师：张群材料科学系实验目的： 1. 掌握磁控溅射镀膜系统的原理和操作方法2. 掺锡氧化铟（ITO）透明导电氧化物薄膜的制备一．引言透明导电氧化物（Transparent Conductive Oxide, TCO）薄膜是一种高简并态的氧化物半导体材料，以其独特的透明性与导电性结合于一体而广泛应用于平板显示和太阳电池等领域。
TCO薄膜材料一般具有载流子浓度高，费米能级（E F）位于导带能级（E C）以上，电阻率小（可低至10-4 Ω·cm），禁带宽度宽（>3 eV）等特点，使薄膜在具有良好的导电性的同时在可见光范围具有高的透射率（>80 %）。
其中常见的TCO材料是掺锡氧化铟In2O3:Sn（ITO）、掺氟氧化锡SnO2:F（FTO）和掺铝氧化锌ZnO:Al（AZO）薄膜。
由于ITO薄膜具有优良的电学和光学性能，获得了广泛的应用，几乎成为TCO薄膜的代名词。
ITO薄膜除了具有上述TCO 薄膜的共性之外，还具有紫外线吸收率大，红外线反射率高，微波衰减性好等特点。
另外，膜层具有很好的酸刻、光刻性能，便于细微加工，可以被刻蚀成不同的电极图案等良好的加工性能。
图1是1970-2000年间报道的In2O3 , ZnO和SnO2基透明导电薄膜的电阻率，显然，ITO具有最小的电阻率。
图1 1970-2000年间报道的In2O3 (△), ZnO (●)和SnO2(□)基薄膜的电阻率二. 磁控溅射镀膜磁控溅射是二十世纪七十年代发展起来的一种新型溅射技术，目前在科学研究和大量生产方面都获得了广泛的应用。
磁控溅射镀膜具有高速、低温和低损伤等优点。
高速是指成膜速率快，低温和低损伤是指基板的温升低、薄膜表面损伤小。
1. 磁控溅射镀膜工作原理所谓溅射是指将具有一定能量的粒子（离子）轰击靶材表面，使得靶材原子或分子从表面射出的现象。
溅射镀膜就是利用溅射效应，使射出的原子或分子在基板表面沉积形成薄膜。
薄膜的制备工艺
应用：广泛用 于制备各种功 能薄膜，如金 属薄膜、半导 体薄膜、介质
薄膜等
优点：工艺简 单、成本低、 可大面积制备
缺点：薄膜质 量受基底表面 粗糙度影响较
大
溅射沉积
原理：利用高能粒子轰击固体靶材，使靶材表面的原子或分子被溅射出来，并沉积在基底表面 形成薄膜
特点：成膜速率高、附着力强、可制备各种金属、合金和化合物薄膜
薄膜的制备工艺
汇报人：XX
薄膜制备的原理 薄膜制备的工艺流程 薄膜制备的设备与材料 薄膜制备的应用领域
薄膜制备的技术发展与展望
薄膜制备的原理
物理气相沉积
定义：利用物理方法将气态物质沉积在基材上，形成薄膜的工艺 原理：通过蒸发、溅射、离子束轰击等方式，使气态物质在基材表面凝结 成膜 分类：根据沉积原理的不同，可分为真空蒸镀、溅射镀膜、离子镀膜等
分类：直流溅射、射频溅射和磁控溅射等
应用：电子器件、光学器件、装饰和包装等领域
薄膜制备的工艺流程
前处理
清洗：去除表面污垢和杂 质
预处理：改变表面性质， 提高附着力
刻蚀：增加表面粗糙度， 提高附着力
其他处理：如氧化、脱脂 等
镀膜
真空蒸发镀膜：在真空条件下，将蒸发材料加热蒸发并沉积在基材表面形成薄膜 溅射镀膜：利用离子束溅射沉积材料在基材表面形成薄膜 化学气相沉积镀膜：通过化学反应将气态前驱体转化为固态薄膜沉积在基材表面 物理气相沉积镀膜：利用物理方法将气态粒子或原子沉积在基材表面形成薄膜
后处理
目的：提高薄膜性能和稳定性
作用：消除内应力、增加硬度和耐 磨性等
添加标题
添加标题
添加标题
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方法：退火、热处理、化学处理等
应用：适用于不同材料和用途的薄 膜
薄膜制备方法
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，是制备薄膜最一般的方法。
这种方法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和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和蒸发源发生反应，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、饱和蒸气压低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和高纯薄膜材料。
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和磁滞损失（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)。
薄膜的制备工艺
03 薄膜制备工艺流程
原料选择与处理
根据薄膜性能要求选择合适的原料 对原料进行纯化处理确保无杂质 对原料进行干燥处理去除水分 对原料进行表面处理增强附着力
靶材选择与制备
靶材种类：根 据薄膜性质和 应用需求选择
合适的靶材
靶材纯度：高 纯度靶材有利 于获得高质量
薄膜
靶材制备方法： 真空熔炼、粉
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表面化学性质分析：研究薄膜表面 的化学基团、反应活性等。
化学稳定性分析：测试薄膜在各种 环境条件下的化学稳定性如耐腐蚀、 抗氧化等性能。
薄膜的机械性能表征
拉伸测试：测量薄膜在拉伸 应力下的行为表征其抗拉强 度和延展性。
硬度测试：通过硬度计测量 薄膜表面的硬度反映其耐磨 性。
半导体薄膜的制备技术
物理气相沉积技术：利用物理方法如真空蒸发、溅射等将材料气化后沉积成薄膜。 化学气相沉积技术：利用化学反应将气态物质转化为固态薄膜。 溶胶-凝胶法：通过溶液中的化学反应将前驱体转化为凝胶再经过热处理形成薄膜。 脉冲激光沉积技术：利用高能脉冲激光将靶材气化在基底上沉积成薄膜。
应用：广泛应用于电子、光学、机 械等领域如半导体器件、太阳能电 池、金属表面防护等
物理气相沉积
定义：利用物理方法将材料气 化并在基材上沉积成膜的工艺
分类：真空蒸镀、溅射镀膜、 离子镀膜等
优点：成膜材料广泛、工艺简 单、环保等
应用：光学、电子、机械、航 空航天等领域
04
不同材料的薄膜制备技 术
金属薄膜的制备技术
电镀法：利用电解原理将金属离子 还原成金属原子并沉积在基材表面 形成金属薄膜。
非金属薄膜的制备技术
化学气相沉积：利用化学反应在基 材表面生成薄膜
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（atmosphere pressure CVD,APCVD）、金属有机物气相沉
积（MOCVD）和微波电子回旋共振化学气相沉积 (Microwave Electron cyclotron resonance chemical vapor deposition, MW-ECR-CVD）等。
•主要方法有：
真空蒸发镀膜的三种基本过程： （1）热蒸发过程 是镀料由凝聚相转变成气相（固相或液相气相）的相变过程。每种蒸发物质 在不同温度时有不相同的饱和蒸汽压；蒸发化合物时，其组分之间发生反应， 其中有些组分以气态或蒸气进入蒸发空间。 （2）气化原子或分子在蒸发源与基片之间蒸发粒子的输运，即这些粒子在环境 气氛中的飞行过程。 飞行过程中与真空室内残余气体分子发生碰撞的次数，取决于蒸发原子的平均
• 在半导体工艺过程中，无论是导体、半导体，还是绝缘体，
均可用CVD技术来淀积薄膜，其已成为集成电路制造中最 主要的薄膜淀积方法。
Types of Chemical Vapor Deposition
• 化学气相沉积，包括低压化学气相沉积（low pressure CVD,LPCVD）、离子增强型气相沉积（plasma enhanced (assisted) CVD,PECVD,PACVD）、常压化学气相沉积
（3）电阻加热装臵热蒸发特性 低压大电流使高熔点金属制成的蒸发源产生焦耳热，使蒸发源中承 载的膜料汽化或升华。 优点：简单、经济、操作方便。 缺点： 1）来自坩埚、加热元件和支撑部件的可能的污染； 2）加热功率或加热温度有一定的限制，不适用于高纯或难熔物质 的蒸发； 3）膜料容易热分解； 4）膜料粒子初始动能低，膜层填充密度低，机械强度差。
process often used in the semiconductor industry
for the deposition of thin films of various
materials.
• 化学气相反应按激发源的不同可分为光化学气相沉积 （photo-CVD）、热化学气相沉积(hot wire-CVD)和等离子 体化学气相沉积(PECVD)等。
（CVD）
液 相 法
化学溶液镀膜法：化学镀(CBD)、电镀(ED)、溶胶凝胶（Sol-Gel）、金属有机物分解（MOD）、液 相外延（LPE）、水热法（hydrothermal method）、 喷雾热解(spray pyrolysis)、喷雾水解(spray hydrolysis)、c）按反应器壁的温度可分为热壁方式和冷壁方式CVD。
（d）按反应激活方式可分为热激活和等离子体激活CVD等。
•
主要优点是：
①高的沉积速率；
②能保证正确的化学计量比，易形成单一结晶结构；
③易形成均匀、大面积薄膜；
④对化学液相沉积，易进行微量、均匀掺杂来改进薄膜性能； ⑤低成本设备购置与维修。 • 主要缺点是：
族化合物半导体。
（b）按反应器内的压力可分为： 常压化学气相沉积（APCVD）（~1atm）； 低压化学气相沉积（LPCVD）（10~100Pa） LPCVD具有沉积膜均匀性好、台阶覆盖及一致性较好、针孔较小、膜结构完整 性优良、反应气体的利用率高等优点，不仅用于制备硅外延层，还广泛用于 制备各种无定形钝化膜，如SiO2和Si3N4以及多晶硅薄膜
空中向基片表面沉积形成薄膜的过程称为物理气相沉积。
主要方法有： 1、真空蒸发（Vacuum evaporation）
真空蒸发镀膜，这是制备薄膜最一般的方法。这种方法是把装有基片的真
空室抽成真空，使气体压强达到10-2 Pa以下，然后加热镀料，使其原子或 利用物质在高温下的蒸发现象，可以制备各种薄膜。真空蒸发法所采用的 设备根据其使用目的，可能有很大差别，从最简单的电阻加热蒸镀装臵到 极为复杂的分子束外延设备，都属于真空蒸发沉积装臵的范畴。
的附着力较小，工艺重复性不够好等。
蒸发源的类型
• 蒸发源是蒸发装置的关键部件，大多金属材料都 要求在1000~2000℃的高温下蒸发。因此，必须将 蒸发材料加热到很高的蒸发温度。最常用的加热 方式有：电阻法、电子束法、高频法等。 • 一、电阻蒸发源 • 采用钽、钼、钨等高熔点金属，做成适当形状的 蒸发源，其上装入待蒸发材料，让电流通过，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。 • 优点：蒸发源结构简单、廉价易作； • 缺点：需考虑蒸发源的材料和形状。
蒸气压在 1×10-6Pa 2117 1957 1592 1762 1292
蒸气压在 1×10-3Pa 2567 2407 1957 2127 1612
（2）选用蒸发源应考虑的因素/对蒸发源材料的要求 1）熔点高，热稳定性好； 2）蒸发源在工作温度有足够低的蒸气压；防止或减少 在高温下蒸发原材料会随蒸发材料而成为杂质进入 蒸镀膜层中。 3）不与膜料反应； 4）高温下与膜料不相湿（相渗），或虽相渗，但不相 溶； 5）经济实用。 热蒸发中影响蒸发速率的是膜料的汽化温度和蒸发 源的加热温度。
1、电阻加热蒸发 常用的电阻加热蒸发法是将待蒸发材料放置在电阻加热装置中， 通过电路中的电阻加热给待沉积材料提供蒸发热使其汽化。 （1）常用蒸发源/蒸发加热装置材料及其特性
平衡温度
蒸发源材 料 钨（W） 钽（Ta） 钼（Mo） 铌（Nb） 铂（Pt）
熔点/℃
3410 2996 2617 2468 1772
一般，对于制备薄膜的要求，可以归纳如下： ①膜厚均匀； ②膜的成分均匀；
③沉积速率高，生产能力高；
④重复性好； ⑤具有高的材料纯度高，保证化合物的配比； ⑥具有较好的附着力（与基体），较小的内应力。
8.1.1 物理气相沉积(physical vapor deposition )
利用热蒸发源材料或电子束、激光束轰击靶材等方式产生气相物质，在真
溅射法是近几年发展相当快的一种镀膜方法。包括直流溅射(DC sputtering)（一般只能用于靶材为良导体的溅射）、射频溅射(rf sputtering)、磁控溅射(magnetron sputtering)、反应溅射 (reactive sputtering)和离子束溅射(ion beam sputtering)； 根据使用目的，不同溅射方法内又可以有一些具体的差异。例如， 在各种溅射方法中可以结合不同的施加偏压的方法。另外，还可以
发沉积。这种方法具有加热温度高，可避免坩埚污染，材料的蒸
发速率高，蒸发过程容易控制等特点。 在实际应用中，多使用波长位于紫外波段的脉冲激光器作为蒸发 的光源，如波长为248nm、脉冲宽度为20ns的KrF准分子激光等。
• 物理气相沉积（PVD）薄膜的优缺点
主要优点： • ①由于在真空中进行，能保证薄膜高纯、清洁和干燥； • ②能与半导体集成电路工艺兼容。 主要缺点： ①低的沉积速率； ②对多组元化合物，由于各组元蒸发速率不同，其薄膜难以保证正确的 化学计量比和单一结晶结构； ③溅射方法由于高能离子轰击，易使薄膜受伤； ④高成本设备购置与维修。
将上述各种方法结合起来构成某种新的方法，比如，将射频技术与
反应溅射相结合，就构成了射频反应溅射的方法。
溅射
二级溅射、三级/四级溅射、偏压溅射、反应 溅射、磁控溅射、射频溅射、对向靶溅射、离 子束溅射、中频溅射
3、脉冲激光溅射沉积膜(pulsed laser ablation/pulsed laser deposition)（PLD） 使用高功率的激光束作为能源进行蒸发沉积的方法被称为激光蒸
（1）化学气相沉积：CVD技术可按照沉积温度、反应器内的压力、反应器壁 的温度和沉积反应的激活方式进行分类。 （a）按沉积温度可分为： 低温（200~500℃）：主要用于基片或衬底温度不宜在高温下进行沉积的某些 场合，如沉积平面硅和MOS集成电路的纯化膜。 中温（500~1000℃）和高温（1000~1300℃）CVD：广泛用来沉积III-V族和II-VI
8.1.2 化学气相沉积 (chemical vapor deposition )
• 化学气相沉积:一定化学配比的反应气体，在特定激活条件 下(一般是利用加热、等离子体和紫外线等各种能源激活气 态物质)，通过气相化学反应生成新的膜层材料沉积到基片
上制取膜层的一种方法。
• Chemical vapor deposition (CVD) is a chemical
属于真空蒸发方法，但 与传统真空蒸发不同的是，分子束外延系统具有 超高真空，并配有原位监测和分析系统，能够获得高质量的单晶薄膜。
2、溅射法 荷能粒子轰击固体材料靶，使固体原子从表面射出，这些 原子具有一定的动能和方向性。在原子射出的方向上放上
基片，就可在基片上形成一层薄膜，这种制备薄膜的方法
叫做溅射法。 • 溅射法属于物理气相沉积(PVD)，射出的粒子大多处于原 子状态，轰击靶材料的荷能粒子一般是电子、离子和中性 粒子。
自由程及蒸发源到基片之间的距离，常称源-基距。
（3）蒸发原子或分子在基片表面上的淀积过程， 即是蒸发粒子到达基片后凝结、成核、长大、成膜。 由于基板温度远低于蒸发源温度，因此，淀积物分子在基板表面将直接发生从 气相到固相的相转变。
• 真空蒸发镀膜的优缺点： • 优点：设备比较简单、操作容易；制成的薄膜纯度高、质 量好，厚度可较准确控制；成膜速率快、效率高，用掩膜 可以获得清晰图形；大多数材料都可以作为膜层材料蒸发。 • 缺点：不容易获得结晶结构的薄膜，所形成的薄膜与基板
第八章 薄膜制备技术
薄膜制备方法的分类
物理气相沉积
（PVD）
气 相 法
化学气相沉积
真空蒸发 Evaperation 溅射 Sputtering 离子镀 Ion plating 常压CVD、低压CVD、 金属有机物CVD、 等离子体CVD、 光CVD、热丝CVD
薄膜制备的 物理方法
薄膜制备的化 学方法