文档介绍：薄膜沉积的?物理方法注意: 其中除了 LPE 技术外,都可划入广义的 PVD 技术范畴! ?因此本章重点学****蒸发、溅射、离子镀三类基本 PVD 方法! PVD 的概念: 在真空度较高的环境下,通过加热或高能粒子轰击的方法使源材料逸出沉积物质粒子(可以是原子、分子或离子),这些粒子在基片上沉积形成薄膜的技术。其技术关键在于:如何将源材料转变为气相粒子(而非 CVD 的化学反应)! PVD 的三个关键过程: PVD 的工程分类: ?基于气相粒子发射方式不同而分! ?????????????????????) Epitaxy Hot Wall HWE ( ) Epitaxy Phase Liquid LPE ( ) Epitaxy Beam Molecular MBE ( Epitaxy IBD IBAD PVD Sputtering n Evaporatio Deposition Vapor Physical PVD) (, 热壁外延, 液相外延, 分子束外延外延技术等) 、(离子镀、离化) 溅射( ) 蒸发( 物理气相沉积技术????????(凝结、形核、长大) 气相粒子在基片上成膜沉积激发粒子输运到基片输运相原子、分子、离子) 从源材料发射粒子(气产生气相物质的???????、气相外延沉积和离子束辅助沉积、离子镀、离子束沉积、溅射沉积技术、真空蒸发沉积技术 4 3 2 1 3 薄膜沉积的物理方法一、概念: 在真空环境下,以各种加热方式赋予待蒸发源材料以热量,使源材料物质获得所需的蒸汽压而实现蒸发,所发射的气相蒸发物质在具有适当温度的基片上不断沉积而形成薄膜的沉积技术。二、两个关键: ?真空度: P≤ 10 -3 Pa (保证蒸发,粒子具分子流特征,以直线运动) ?基片距离( 相对于蒸发源): 10~50 cm (兼顾沉积均匀性和气相粒子平均自由程) 三、蒸发条件: 分压分压 P P i i < < 平衡蒸汽压平衡蒸汽压 P P ei ei 1、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■P i > P ei?凝聚; P i < P ei?蒸发(净蒸发> 0) 2、怎样实现蒸发条件? ?升温:课本: P29-30 a、b??? T ?P ei ???真空: 系统总压 P??目标物质分压 P i也随之??充入其它气体: P = ∑P i?总压不变、目标物质分压 P i? 3 薄膜沉积的物理方法真空蒸发沉积(蒸镀) 真空蒸发沉积的概念及物理学基础 RT H ei eeaP ???? 3、材料分类(基于蒸发特性): ?易升华材料( Cr、 Ti、 Si等): T<T m时,P e就已很高( >> Pa) ?升华?难升华材料(石墨): 无T m,升华温度(T s)又很高?往往需借助电弧等高温放电热源才能蒸发! ?液态蒸发材料(大多数金属): T=T m时,P e仍较低(P e < Pa) , 但可以继续?T获得高的 P e! ?需加热到 T m以上一定温度才能实现蒸发! 四、蒸发速率: 1、 Knudsen 公式: 式中: ?—单位面积上元素的净蒸发速率; ?—蒸发因子(0~1) ;M—气体的原子/分子量; 2、 Langmuir 公式: 可知: ??=1 ,P i = 0 时, 蒸发速率最大; ?由于? T?时P ei ???T是?的主要影响因素! 3 薄膜沉积的物理方法真空蒸发沉积(蒸镀) 真空蒸发沉积的概念及物理学基础?? MRT PPN i eiA????????2?? TMPPk i ei????)( )(材料常数速率单位面积上的质量蒸发 RT H ei eeaP ????五、沉积厚度及沉积速率: 1、影响沉积速率的因素: ?蒸发源尺寸;?源-基片距离; ?凝聚系数。 2、物理学表述(Knudsen 余弦定律): ?点源: ?小平面源: 式中: d 0—距蒸发源最近位置(中心处)的膜厚; d —距该中心距离为 l处的膜厚; ?—沉积角度; r—沉积半径。 3、规律: ?距蒸发源近:则膜厚不均匀程度增加、但沉积速率提高; ?距蒸发源远:则膜厚均匀程度好、但沉积速率降低。 3 薄膜沉积的物理方法真空蒸发沉积(蒸镀) 真空蒸发沉积的概念及物理学基础 Knudsen 余弦定律??????? 3 2/322 2/320 cos /1/??????hrhldd??????? 4 222 220 cos /1/??????hrhldd 六、残余气体的影响: ?实际蒸发过程中,真空环境内总是存在一定量的残余气体分子,其影响主要表现在