文档介绍：薄膜材料制备技术Thin Film Materials
北京科技大学材料科学学院唐伟忠
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第二讲
薄膜材料制备的真空蒸发法
Preparation of thin films
by vacuum evaporation
提要
元素的热蒸发
化合物与合金的热蒸发
蒸发沉积薄膜的均匀性
制备薄膜材料的各种蒸发方法
物理气相沉积(physical vapor deposition, 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。
物理气相沉积
化学气相沉积(chemical vapor deposition, 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。
化学气相沉积
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%
物理气相沉积方法的特点
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。
真空蒸发法的特点
薄膜蒸发沉积装置的示意图
装置的主要组成:真空环境、蒸发源、衬底……
原则上,真空度应越高越好(10-5Pa)
元素的平衡蒸气压随温度的变化
曲线上的点标明的是相应元素的熔点


元素的平衡蒸气压随温度的变化
lgpe(Pa)=
+--10-6T
由克劳修斯-克莱普朗(Clausius-Clapeyron)方程
有
如,液态Al的平衡蒸气压就满足关系式