真空蒸发镀膜法介绍、特点和应用
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Pv~T关系曲线对于制作薄膜有重要的实际意义，它可以帮 助我们合理地选择蒸发材料及确定蒸发条件。
•规定：物质在饱和蒸汽压为10-2托时对应的温度称为该物质 的蒸发温度。
3. 饱和蒸汽压
在一定温度下，真空室内蒸发物质的蒸汽与固 体或液体处于平衡过程中所表现出的压力，称为 该物质在该温度下的饱和蒸汽压。
蒸发物表面液相、汽相处于动态平衡，即到达 液相表面的分子与从液相到汽相分子数相等。
一般地，温度T升高，饱和蒸汽压Pv升高；一定T， 一个Pv，具有恒定值，是对应关系。一个Pv一定T。
19
Ta 181 2020 2230 2510 2860 3330 3980 3270
4.5
W 183.8 2150 2390 2680 3030 3500 4180 3650
4.4
单位： J×1017cm-2.s-1(P=1Pa,粘附系数α=1)
T升高，Pv近似直线升高。在真空条件下，物质的蒸发要 比常压下容易得多，所要蒸发温度也大大降低，蒸发过程 大大缩短，蒸发速率显著提高。
制备化合物薄膜，
分子束外延 激光蒸发法
如 A（ l 激活蒸汽）+O（ 2 活性气体） Al2O3（固）。
制备多元化合物半导体，例如 GaAs,GaAlAs,InP 等 III-V 族半导体材料,是制 备激光器件、光电器件、超晶格器件的重要手 段。 制作金刚石、类金刚石、c-BN 等超硬材料，
顺序蒸发法 连续或非连续 镀膜
把 Hv 近似看作常数
ln Pv
C
Hv RT
C 为积分常数。
ln Pv
A B T
A,B 均为常数，一般由试验测定，A=C/2, B= Hv /2.3R.
此式即为蒸发材料的饱和蒸汽压与温度的近似关系式。对于大
多数材料，蒸汽压小于 1 托的比较窄的温度范围内，上式是一
个精确的表达式。
表2.1 一些表常2.1用一些材常料用材的料的蒸蒸气气压压与与温度温关系度关系
蒸汽原子或分子在蒸发源与基片之 间输运，在此输运过程中与气体分 子发生碰撞，碰撞次数与真空度密 切相关，与源—基距有关。
蒸发分子或原子在基片表面上的淀 积: 即蒸汽凝聚、成核、核生长、形 成连续薄膜，由于基板温度远小于 蒸发源温度，因此，淀积物分子在 基板表面上将直接从气相到固相， 成为固态薄膜。
因为Vg>> VS，并假设在低气压下蒸汽分子符合理想气体
状态方程。
Vg -VS Vg
式中，R为气体常数
Vg
RT Pv
dPv Pv
H v dT RT 2
d (ln Pv ) Hv
d (1/ T ) R
ln Pv 1/应T 是一条直线。
由于气化热 H v 通常随温度只有微小的变化，故
用途 如 蒸 镀 Al, Sn, Cu, Fe, In, Zn, Ag,Cr, Ni,Ti 等 熔 点
电子束加热法
相对较低的金属。 膜材加热到 3000 : 6000 °C，主要用于蒸镀难熔
感应加热法
双源、多源蒸发 法 化合物蒸发法
金属和非镀材料，如W , Mo, Si, O2 , Al2O3 等。 蒸发速率大，温度均匀稳定，金属蒸发源一次 装料，无需送料机构，操作比较简单。 制备多元合金，如电极 Ni Cr 薄膜等。
BaTiO3, SrTiO3, ZnS 等复杂组成的化合物材料。
多层复合薄膜。 制备多种薄膜的工业化生产的主要手段。
6.1 真空蒸发的工作原理
一般说来，真空蒸发设备简单、操作容易、 成膜速度快、效率高，薄膜的生长机理比 较单纯。但不容易获得结晶结构的薄膜， 所形成的薄膜在基板上的附着力较小，工 艺重复性不够好等。
真空蒸发镀膜法介绍、特 点和应用
何为薄膜？
真空蒸发镀膜是真空镀膜技术中发展最早，应用 最广泛的一种。
真空蒸发镀膜方法：电阻加热法蒸发镀膜、高频 感应蒸发、电子束蒸发、激光蒸发、反应蒸发法、 瞬时蒸发法、连续或半连续蒸发法等。
而且新的技术还在出现.
表 6-1 真空蒸发镀膜的用途
加热法 电阻加热法
金 属
分子 量
不同蒸气压Pv(Pa)下的温度T（K）
10-8
10-6
10-4
10-2
100
102
熔点 蒸发速 （K） 率*
Au 197 964 1080 1220 1405 1670 2040 1336
6.1
Ag 107.9 759 847 958 1105 1300 1605 1234
9.4
In 114.8 677 761 870 1015 1220 1520 429
760
693
17
Cd 112.4 310 347 392
450 538
665
594
பைடு நூலகம்14
Te 127.6 385 428 482
553 647
791
723
12
Se 79
301 336 380
437 516
636
490
17
As 74.9 340 377 423 477 550 645 1090
17
C 12 1765 1930 2140 2410 2730 3170 4130
1. 真空蒸发结构
真空室：为蒸发过程提供必要的真空环境; 蒸发源: 放置蒸发材料并对其加热； 基板：用于接收蒸发物质并在其表面形成固体物
质； 基板加热器及测量器等。
2. 真空蒸发的基本过程
真空蒸发镀膜包括以下三个基本过 程：
加热蒸发过程: 由于每种物质在不同 温度下有不同的蒸汽压，蒸汽压与 温度成正比。加热待蒸发的材料， 使由凝聚相转变为气相，即固相 液相气相，或固相气相。
9.4
Al 27
860 958 1085 1245 1490 1830 932
18
Ga 69.7 796 892 1015 1180 1405 1745 303
11
Si 28.1 1145 1265 1420 1610 1905 2330 1685
15
Zn 65.4 354 396 450
520 617
饱和蒸汽压与温度的关系曲线
饱和蒸汽压与温度的关系曲线
饱和蒸汽压与温度T之间的关系可以从克拉
伯龙—克劳休d斯Pv 方 程推Hv导出来：
dT T (Vg Vs )
Hv--摩尔气化热或蒸发热（J/mol）； Vg,VS.分别为气相、固相（液相）的摩尔体
积；
T—绝对温度。
•规定：物质在饱和蒸汽压为10-2托时对应的温度称为该物质 的蒸发温度。
3. 饱和蒸汽压
在一定温度下，真空室内蒸发物质的蒸汽与固 体或液体处于平衡过程中所表现出的压力，称为 该物质在该温度下的饱和蒸汽压。
蒸发物表面液相、汽相处于动态平衡，即到达 液相表面的分子与从液相到汽相分子数相等。
一般地，温度T升高，饱和蒸汽压Pv升高；一定T， 一个Pv，具有恒定值，是对应关系。一个Pv一定T。
19
Ta 181 2020 2230 2510 2860 3330 3980 3270
4.5
W 183.8 2150 2390 2680 3030 3500 4180 3650
4.4
单位： J×1017cm-2.s-1(P=1Pa,粘附系数α=1)
T升高，Pv近似直线升高。在真空条件下，物质的蒸发要 比常压下容易得多，所要蒸发温度也大大降低，蒸发过程 大大缩短，蒸发速率显著提高。
制备化合物薄膜，
分子束外延 激光蒸发法
如 A（ l 激活蒸汽）+O（ 2 活性气体） Al2O3（固）。
制备多元化合物半导体，例如 GaAs,GaAlAs,InP 等 III-V 族半导体材料,是制 备激光器件、光电器件、超晶格器件的重要手 段。 制作金刚石、类金刚石、c-BN 等超硬材料，
顺序蒸发法 连续或非连续 镀膜
把 Hv 近似看作常数
ln Pv
C
Hv RT
C 为积分常数。
ln Pv
A B T
A,B 均为常数，一般由试验测定，A=C/2, B= Hv /2.3R.
此式即为蒸发材料的饱和蒸汽压与温度的近似关系式。对于大
多数材料，蒸汽压小于 1 托的比较窄的温度范围内，上式是一
个精确的表达式。
表2.1 一些表常2.1用一些材常料用材的料的蒸蒸气气压压与与温度温关系度关系
蒸汽原子或分子在蒸发源与基片之 间输运，在此输运过程中与气体分 子发生碰撞，碰撞次数与真空度密 切相关，与源—基距有关。
蒸发分子或原子在基片表面上的淀 积: 即蒸汽凝聚、成核、核生长、形 成连续薄膜，由于基板温度远小于 蒸发源温度，因此，淀积物分子在 基板表面上将直接从气相到固相， 成为固态薄膜。
因为Vg>> VS，并假设在低气压下蒸汽分子符合理想气体
状态方程。
Vg -VS Vg
式中，R为气体常数
Vg
RT Pv
dPv Pv
H v dT RT 2
d (ln Pv ) Hv
d (1/ T ) R
ln Pv 1/应T 是一条直线。
由于气化热 H v 通常随温度只有微小的变化，故
用途 如 蒸 镀 Al, Sn, Cu, Fe, In, Zn, Ag,Cr, Ni,Ti 等 熔 点
电子束加热法
相对较低的金属。 膜材加热到 3000 : 6000 °C，主要用于蒸镀难熔
感应加热法
双源、多源蒸发 法 化合物蒸发法
金属和非镀材料，如W , Mo, Si, O2 , Al2O3 等。 蒸发速率大，温度均匀稳定，金属蒸发源一次 装料，无需送料机构，操作比较简单。 制备多元合金，如电极 Ni Cr 薄膜等。
BaTiO3, SrTiO3, ZnS 等复杂组成的化合物材料。
多层复合薄膜。 制备多种薄膜的工业化生产的主要手段。
6.1 真空蒸发的工作原理
一般说来，真空蒸发设备简单、操作容易、 成膜速度快、效率高，薄膜的生长机理比 较单纯。但不容易获得结晶结构的薄膜， 所形成的薄膜在基板上的附着力较小，工 艺重复性不够好等。
真空蒸发镀膜法介绍、特 点和应用
何为薄膜？
真空蒸发镀膜是真空镀膜技术中发展最早，应用 最广泛的一种。
真空蒸发镀膜方法：电阻加热法蒸发镀膜、高频 感应蒸发、电子束蒸发、激光蒸发、反应蒸发法、 瞬时蒸发法、连续或半连续蒸发法等。
而且新的技术还在出现.
表 6-1 真空蒸发镀膜的用途
加热法 电阻加热法
金 属
分子 量
不同蒸气压Pv(Pa)下的温度T（K）
10-8
10-6
10-4
10-2
100
102
熔点 蒸发速 （K） 率*
Au 197 964 1080 1220 1405 1670 2040 1336
6.1
Ag 107.9 759 847 958 1105 1300 1605 1234
9.4
In 114.8 677 761 870 1015 1220 1520 429
760
693
17
Cd 112.4 310 347 392
450 538
665
594
பைடு நூலகம்14
Te 127.6 385 428 482
553 647
791
723
12
Se 79
301 336 380
437 516
636
490
17
As 74.9 340 377 423 477 550 645 1090
17
C 12 1765 1930 2140 2410 2730 3170 4130
1. 真空蒸发结构
真空室：为蒸发过程提供必要的真空环境; 蒸发源: 放置蒸发材料并对其加热； 基板：用于接收蒸发物质并在其表面形成固体物
质； 基板加热器及测量器等。
2. 真空蒸发的基本过程
真空蒸发镀膜包括以下三个基本过 程：
加热蒸发过程: 由于每种物质在不同 温度下有不同的蒸汽压，蒸汽压与 温度成正比。加热待蒸发的材料， 使由凝聚相转变为气相，即固相 液相气相，或固相气相。
9.4
Al 27
860 958 1085 1245 1490 1830 932
18
Ga 69.7 796 892 1015 1180 1405 1745 303
11
Si 28.1 1145 1265 1420 1610 1905 2330 1685
15
Zn 65.4 354 396 450
520 617
饱和蒸汽压与温度的关系曲线
饱和蒸汽压与温度的关系曲线
饱和蒸汽压与温度T之间的关系可以从克拉
伯龙—克劳休d斯Pv 方 程推Hv导出来：
dT T (Vg Vs )
Hv--摩尔气化热或蒸发热（J/mol）； Vg,VS.分别为气相、固相（液相）的摩尔体
积；
T—绝对温度。