真空蒸镀技术介绍.pptx

提要物理气相沉积（physicalvapordeposition,PVD）是利用某种物理过程物质的热蒸发或在粒子轰击下物质表面原子的溅射，不涉及化学反应过程的，实现原子从源物质到薄膜的可控转移的薄膜（及其他材料）制备方法。化学气相沉积（chemicalvapordeposition,CVD）是经由气态的先驱物，通过气相原子、分子间的化学反应，生成薄膜（及其他材料）的技术手段。使用固态或熔融态的物质作为沉积过程的源物质
源物质经过物理过程进入气相
在气相中及在衬底表面并不发生化学反应
使用相对较低的气体压力环境

低压PVD环境下：
其他气体分子的散射作用较小，气相分子的运动路径为一直线；
气相分子在衬底上的沉积几率接近100%蒸发法的显著特点之一是其较高的背底真空度。在较高的真空度下：
不仅蒸发出来的物质原子或分子具有较长的平均自由程，可以直接沉积到衬底表面上;
且还可以确保所制备的薄膜具有较高的纯净度。薄膜蒸发沉积装置的示意图元素的平衡蒸气压随温度的变化元素的平衡蒸气压随温度的变化元素的平衡蒸气压随温度的变化为一个介于01之间的系数；pe和ph是元素的平衡蒸气压和实际分压。当=1，且ph=0时，蒸发速率取得最大值
由此，可以计算物质的蒸发、沉积速率由于元素的平衡蒸气压随温度的增加很快，因而对元素蒸发速率影响最大的因素是蒸发源所处的温度根据物质的特性,物质的蒸发有两种类型:

在低于熔点时，元素的蒸气压已较高(如Cr、Ti、Mo、Fe、Si等)。此时，直接利用由固态物质的升华现象，即可实现元素的热蒸发
即使是到了元素的熔点以上，其平衡蒸气压也低于10-1Pa。此时，需要将物质加热到其熔点以上。大多数金属的热蒸发属于这种情况

石墨没有熔点，而其升华温度又很高，因而多利用石墨电极的放电过程来使碳元素发生热蒸发一般认为，纯元素多是以单个原子、但有时也可能是以原子团的形式蒸发进入气相的。比如：
Cu,As2化合物的热蒸发GaAs的情况化合物的热蒸发化合物热蒸发的微观过程合金中各元素的热蒸发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。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MBEgrowthfortheprocessA+B2=>AB2在物质蒸发的过程中，被蒸发原子的运动具有明显的方向性。并且，蒸发原子运动的方向性对被沉积的薄膜的均匀性会产生重要的影响。

物质的蒸发源可以有不同的形态。距衬底较远、尺寸较小的蒸发源可以被认为是点蒸发源。此时，可设想被蒸发出的物质是由表面积为Ae的小球面上均匀地发射出来的，蒸发出来的物质总量Me等于
Me==Aet
其中是物质的质量蒸发速度，dAe为蒸发源的表面积元，t为蒸发时间。点蒸发源的示意图其中，是衬底表面法线与空间角方向间的偏离角度，r是蒸发源与衬底之间的距离。显然，薄膜的沉积速率将与距离r的平方成反比，并与衬底和蒸发源之间的方向夹角有关。当=0、r较小时，沉积速率较大面蒸发源的示意图面蒸发源时，衬底面积元dAe上沉积的物质量为实际面源情况下薄膜沉积速率随角度的变化在蒸发沉积方法中常使用的克努森盒(Knudsencell)，相当于一个面蒸发源。它是在一个高温坩埚的上部开一个直径很小的小孔。在坩埚内，物质的蒸气压近似等于其平衡蒸气压；而在坩埚外，仍保持着较高的真空度。与普通的面蒸发源相比，它具有较小的有效蒸发面积，因此它的蒸发速率较低。但其蒸发束流的方向性较好。最为重要的是，克努森盒的温度以及蒸发速率可以被控制得极为准确。蒸发源的几种不同形式点源与面源情况下薄膜相对沉积速率与衬底距离与尺寸的关系在同时需要蒸发沉积的样品较多、而每个样品的尺寸相对较小的时候，可改变衬底的放置方式来改善样品间薄膜厚度的均匀性。此时,可将面蒸发源和衬底表面同处在一个圆周上。使与蒸发源较远的衬底处于较有利的空间角度，而较近的衬底处于不利的角度位置，因而使得所沉积的薄膜的厚度与角度或无关。提高蒸发沉积薄膜的厚度均匀性可采取的衬底放置方法加大蒸发源到衬底表面的距离（牺牲沉积速率和纯度）
利用转动衬底的方法在蒸发法中,一般真空度均较高,被蒸发物质的原子、分子一般是处于分子流的状态。因此,当蒸