薄膜的物理气相沉积.pptx

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1、最常见的最常见的最常见的最常见的PVDPVD方法方法方法方法蒸发法蒸发法蒸发法蒸发法：溅射法溅射法溅射法溅射法：1 1 1 1、较高的沉积速度；、较高的沉积速度；、较高的沉积速度；、较高的沉积速度；2 2 2 2、相对较高的真空度，导致较高、相对较高的真空度，导致较高、相对较高的真空度，导致较高、相对较高的真空度，导致较高的薄膜质量。的薄膜质量。的薄膜质量。的薄膜质量。1 1 1 1、在沉积多元合金薄膜时化学成、在沉积多元合金薄膜时化学成、在沉积多元合金薄膜时化学成、在沉积多元合金薄膜时化学成分容易控制；分容易控制；分容易控制；分容易控制；2 2 2 2、沉积层对衬底的附着力较好。、沉积层对衬

2、底的附着力较好。、沉积层对衬底的附着力较好。、沉积层对衬底的附着力较好。三三.分类分类脉冲激光沉积法脉冲激光沉积法脉冲激光沉积法脉冲激光沉积法第1页/共60页第一节第一节 物质的热蒸发物质的热蒸发 （Thermal Evaporation）一、元素的蒸发速率一、元素的蒸发速率二、元素的蒸气压二、元素的蒸气压三、化合物和合金的三、化合物和合金的蒸发蒸发第2页/共60页一、物质的蒸发速度一、物质的蒸发速度1.1.元素的净蒸发速率元素的净蒸发速率 在一定的温度下，每种液体或固体物质都具有特定的在一定的温度下，每种液体或固体物质都具有特定的平衡蒸气压平衡蒸气压。当环境中被蒸发物质的分压降低到了其平衡。

3、当环境中被蒸发物质的分压降低到了其平衡蒸气压以下时，就会发生物质的净蒸发。由气体分子通量蒸气压以下时，就会发生物质的净蒸发。由气体分子通量的表达式，单位表面上的表达式，单位表面上净蒸发速率净蒸发速率应为：应为：（2-12-1）其中为一个系数，它介于01之间；Pe平衡蒸气压；ph实际分压当=1，并且ph=0时，取得最大值。一一.蒸发速率的表达式蒸发速率的表达式第3页/共60页 由于物质的平衡蒸气压随着由于物质的平衡蒸气压随着温度温度的上的上升增加很快，因而对物质蒸发速度影响最升增加很快，因而对物质蒸发速度影响最大的因素是蒸发源的大的因素是蒸发源的温度温度。（2-2）2.2.元素的质量蒸发速率元素

4、的质量蒸发速率二二.影响蒸发速率的因素影响蒸发速率的因素第4页/共60页二、元素的平衡蒸气压二、元素的平衡蒸气压 克劳修斯克劳修斯-克莱普朗方程克莱普朗方程指出，物质的平衡蒸气压指出，物质的平衡蒸气压pe随温随温 度度T的变化率可以定量地表达为：的变化率可以定量地表达为：其中，H蒸发过程中单位摩尔物质的热焓变化，随着温度不同而不同，V相应过程中物质体积的变化。（2-32-3）一一.平衡蒸气压的推导平衡蒸气压的推导第5页/共60页 由于在蒸发时，由于在蒸发时，故故（2-42-4）利用理想气体状态方程利用理想气体状态方程 ，1mol气体的体积为：气体的体积为：代入代入克克-克方程，则有克方程，则有

5、第6页/共60页 作为近似，可以利用物质在某一温度时的气化热作为近似，可以利用物质在某一温度时的气化热He代替代替H，从而得到物质蒸气压的两种近似，从而得到物质蒸气压的两种近似表达方式：表达方式：其中，I积分常数，B相应的系数。第7页/共60页说明：说明：1.由于使用了近似条件由于使用了近似条件He=H，即热焓变化，即热焓变化=汽化汽化热，故热，故蒸气压表达式只在某一温度区间才严格成立蒸气压表达式只在某一温度区间才严格成立。2.要准确地描述要准确地描述Pe-T的关系，应该的关系，应该将将H写成写成H（T）的函数形式）的函数形式。例如例如：液态下的：液态下的Al贡献较小贡献较小第8页/共60页P

6、-T关系关系：两者之间基本上保持为线性关系两者之间基本上保持为线性关系第9页/共60页 根据物质的蒸发特性，物质的蒸发模式可被划根据物质的蒸发特性，物质的蒸发模式可被划分为分为两种类型：两种类型：1 1、将物质加热到其熔点以上（、将物质加热到其熔点以上（固固-液液-气气）例如例如：多数金属：多数金属 2 2、利用由固态物质的升华，实现物质的气相沉积。、利用由固态物质的升华，实现物质的气相沉积。（固固-气气）例如例如：Cr，Ti，Mo，Fe，Si等等二二.元素的蒸发元素的蒸发C例外例外第10页/共60页三、化合物和合金的热蒸发三、化合物和合金的热蒸发 一一.化合物的蒸发化合物的蒸发 1.1.化合

7、物蒸发中存在的问题：化合物蒸发中存在的问题：a)a)蒸发出来的蒸气可能具有完全不同于其固态或液态的蒸发出来的蒸气可能具有完全不同于其固态或液态的成分；（成分；（蒸气组分变化蒸气组分变化）b)b)在气相状态下，还可能发生化合物各组元间的化合与在气相状态下，还可能发生化合物各组元间的化合与分解过程。分解过程。后果是后果是沉积后的薄膜成分可能偏离化合物沉积后的薄膜成分可能偏离化合物正确的化学组成正确的化学组成。2.2.化合物蒸发过程中可能发生的各种物理化学变化化合物蒸发过程中可能发生的各种物理化学变化 无分解蒸发、固态分解蒸发和气态分解蒸发无分解蒸发、固态分解蒸发和气态分解蒸发第11页/共60页 1

8、.1.合金蒸发与化合物蒸发的区别与联系合金蒸发与化合物蒸发的区别与联系 联系联系：也会发生成分偏差。也会发生成分偏差。区别区别：合金中原子间的结合力小于在化合物中合金中原子间的结合力小于在化合物中 不同原子间的结合力，因而不同原子间的结合力，因而合金中各元素原子的蒸合金中各元素原子的蒸 发过程实际上可以被看做是各自相互独立的过程发过程实际上可以被看做是各自相互独立的过程，就像它们在纯元素蒸发时的情况一样。就像它们在纯元素蒸发时的情况一样。二二.合金的蒸发合金的蒸发第12页/共60页 2.2.合金蒸发的热力学定律描述合金蒸发的热力学定律描述 1 1）理想溶液的）理想溶液的拉乌尔定律拉乌尔定律 当

9、当AB二元合金的两组元二元合金的两组元A-B原子间的作用能与原子间的作用能与A-A或或B-B原子间的作用能相等时，合金即是一种理想溶原子间的作用能相等时，合金即是一种理想溶液。由理想溶液的液。由理想溶液的拉乌尔定律拉乌尔定律，合金中组元，合金中组元B的平衡的平衡蒸气压蒸气压pB将小于纯组元将小于纯组元B的蒸气压的蒸气压pB(0)，并与它在合，并与它在合金中的摩尔分数金中的摩尔分数xB成正比，即成正比，即（2-62-6）对于对于A-B二元理想溶液来讲，二元理想溶液来讲，A、B两组元的气压之比为两组元的气压之比为1887年法国物理学家拉乌尔（年法国物理学家拉乌尔（Raoult）在溶液蒸气压）在溶液

10、蒸气压实验中总结出著名的拉乌尔定律。拉乌尔定律指出：实验中总结出著名的拉乌尔定律。拉乌尔定律指出：如果溶质是不挥发性的，即它的蒸气压极小，与溶剂如果溶质是不挥发性的，即它的蒸气压极小，与溶剂相比可以忽略不计，则在一定的温度下，稀溶液的蒸相比可以忽略不计，则在一定的温度下，稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压与其分子分数的乘积。气压等于纯溶剂的蒸气压与其分子分数的乘积。第13页/共60页 当组元当组元B B与合金间的吸引作用较小时，它与合金间的吸引作用较小时，它将拥有较高的蒸气压；反之，其蒸气压将相对将拥有较高的蒸气压；反之，其蒸气压将相对较低。用活度较低。用活度B代替式代替式2-72-7中的浓度中

11、的浓度xB B，应有，应有（2-82-82-82-8）（2-92-92-92-9）其中其中 2 2）热力学描述）热力学描述B为元素为元素B在合金中的活度系数在合金中的活度系数第14页/共60页由物质蒸发的速度公式由物质蒸发的速度公式得到合金组元得到合金组元A，B的蒸发速率之比为的蒸发速率之比为结论：结论：当需要制备的薄膜成分已知时，由上式就可以确当需要制备的薄膜成分已知时，由上式就可以确定所需使用的合金蒸发源的成分。定所需使用的合金蒸发源的成分。（2-102-102-102-10）例如：例如：已知在已知在1350K的温度下，的温度下，Al的蒸气压高于的蒸气压高于Cu，因而为了获得因而为了获得A

12、l2Cu成分的薄膜，需要使用的蒸发成分的薄膜，需要使用的蒸发源的大致成分应该是源的大致成分应该是Al13.6Cu。第15页/共60页 对于初始成分确定的蒸发源来说，确定的对于初始成分确定的蒸发源来说，确定的物质蒸发速率之比将随着时间变化而发生变化。物质蒸发速率之比将随着时间变化而发生变化。解决办法：解决办法：1 1、用较多的蒸发物质作为蒸发源；、用较多的蒸发物质作为蒸发源；2 2、采用向蒸发容器中每次只加入少量被、采用向蒸发容器中每次只加入少量被蒸发物质的方法，使不同的组元能够实现瞬间蒸发物质的方法，使不同的组元能够实现瞬间的同步蒸发；的同步蒸发；3 3、利用加热至不同温度的双源或多源的、利用

13、加热至不同温度的双源或多源的方法，分别控制和调节每一组元的蒸发速率。方法，分别控制和调节每一组元的蒸发速率。3.3.组元蒸发速率随时间变化组元蒸发速率随时间变化第16页/共60页第二节第二节 薄膜沉积的厚度均匀性和纯薄膜沉积的厚度均匀性和纯度度一、薄膜沉积的方向性和阴影效应一、薄膜沉积的方向性和阴影效应二、蒸发沉积薄膜的纯度二、蒸发沉积薄膜的纯度第17页/共60页一、薄膜沉积的方向性和阴影效应一、薄膜沉积的方向性和阴影效应 在物质的蒸发过程中，蒸发原子的运动具有明在物质的蒸发过程中，蒸发原子的运动具有明显的显的方向性方向性。并且，由于被蒸发原子的运动具有方并且，由于被蒸发原子的运动具有方向性，

14、因而沉积薄膜本身的均匀性以及其微观组织向性，因而沉积薄膜本身的均匀性以及其微观组织也将受到影响。也将受到影响。1、点蒸发源、点蒸发源相对衬底距离较远，尺寸较相对衬底距离较远，尺寸较小的蒸发源都可以被认为是小的蒸发源都可以被认为是点蒸发源。点蒸发源。第18页/共60页（2-112-112-112-11）假设被蒸发物质是由面积为假设被蒸发物质是由面积为Ae的小球上均的小球上均匀地发射出来，如图所示。这时，蒸发出来的匀地发射出来，如图所示。这时，蒸发出来的物质总量物质总量Me为为其中，其中，蒸发物质的质量蒸发速度，蒸发物质的质量蒸发速度，dAe蒸发源的表面积元，蒸发源的表面积元，t时间。时间。第19

15、页/共60页 由于蒸发源为一点源，因而衬底面积元由于蒸发源为一点源，因而衬底面积元dAs上上沉积的物质量取决于其对应的空间角大小，即沉积的物质量取决于其对应的空间角大小，即衬底上沉积的原子质量密度为衬底上沉积的原子质量密度为 其中，其中，衬底表面与空间角法线方向的偏离衬底表面与空间角法线方向的偏离 角度，角度，r蒸发源与衬底之间的距离。蒸发源与衬底之间的距离。结论结论:当当=0=0，r r较小时，沉积速率较大。较小时，沉积速率较大。（2-122-122-122-12）第20页/共60页点蒸发源空间角示意图点蒸发源空间角示意图dOOhMedAedAsdMsxxrx第21页/共60页2、面蒸发源、

16、面蒸发源 在蒸发方法中经常使用的克努森源是在在蒸发方法中经常使用的克努森源是在一个高温坩埚的上部开一个小口，它所形成一个高温坩埚的上部开一个小口，它所形成的蒸发源相当于一个的蒸发源相当于一个面蒸发源面蒸发源。第22页/共60页（dA面所构成的立体角）OOhMedAedAsdMsxxrx对于面蒸发源对于面蒸发源面蒸发源空间角示意图面蒸发源空间角示意图第23页/共60页特点：特点：1 1、在蒸发源内物质的蒸气压近似等于其平、在蒸发源内物质的蒸气压近似等于其平衡蒸气压；衡蒸气压；2 2、蒸发源外仍可保持真空室的高真空度。、蒸发源外仍可保持真空室的高真空度。3 3、衬底上物质的沉积规律：面积元、衬底上

17、物质的沉积规律：面积元dAs上上接受的沉积物质量为接受的沉积物质量为（2-132-132-132-13）质量沉积速度为质量沉积速度为:第24页/共60页 其中，影响沉积速度的参数又增加了一个与蒸其中，影响沉积速度的参数又增加了一个与蒸发源平面法线间的夹角发源平面法线间的夹角。说明说明：实际情况中，：实际情况中，coscos为为coscosn n，这是由，这是由于被蒸发的物质往往是处于蒸发容器的内部，于被蒸发的物质往往是处于蒸发容器的内部，因而造成被蒸发出来的物质流具有了因而造成被蒸发出来的物质流具有了更强的方更强的方向性向性。第25页/共60页3、薄膜沉积的厚度均匀性（、薄膜沉积的厚度均匀性（

18、Thickness distribution）1 1）均匀性讨论）均匀性讨论 薄膜沉积的厚度均匀性是一个经常需要考虑薄膜沉积的厚度均匀性是一个经常需要考虑的问题。需要同时沉积的面积越大，则沉积的均匀的问题。需要同时沉积的面积越大，则沉积的均匀性越难得到保证。由薄膜沉积的速度公式，可计算性越难得到保证。由薄膜沉积的速度公式，可计算出对于点蒸发源和面蒸发源的沉积厚度随着衬底尺出对于点蒸发源和面蒸发源的沉积厚度随着衬底尺寸大小的变化情况。寸大小的变化情况。第26页/共60页结论结论：点蒸发源所对应的沉积均匀性稍好于面蒸发源的情况。：点蒸发源所对应的沉积均匀性稍好于面蒸发源的情况。第27页/共60页

19、方法一方法一 ：在同时需要蒸发沉积的样品数较在同时需要蒸发沉积的样品数较多、而每个样品的尺寸相对较小的时候，经常多、而每个样品的尺寸相对较小的时候，经常可以改善实验装置来提高样品的均匀性，可以改善实验装置来提高样品的均匀性，如转如转动衬底动衬底。原理：原理：将面蒸发源和衬底表面放在一个圆周上，将面蒸发源和衬底表面放在一个圆周上，有有coscos=cos=cos=(1/2)r/r=(1/2)r/ro o,其中其中r ro o为相应圆周为相应圆周的半径。这时，衬底上沉积的物质量的半径。这时，衬底上沉积的物质量（2-142-142-142-14）使得薄膜的沉积厚度变得与角度使得薄膜的沉积厚度变得与角

20、度或或无关。无关。2 2）改善样品均匀性方法）改善样品均匀性方法第28页/共60页方法二方法二 ：加大蒸发源到衬底表面的距离也可加大蒸发源到衬底表面的距离也可以改善薄膜的厚度均匀性。以改善薄膜的厚度均匀性。缺点：缺点：降低薄膜沉积速率，增加被蒸发物质损降低薄膜沉积速率，增加被蒸发物质损耗。耗。第29页/共60页 定义定义：当蒸发源与衬底之间存在某种障碍物的当蒸发源与衬底之间存在某种障碍物的时候，物质的沉积将会产生时候，物质的沉积将会产生阴影效应阴影效应，即蒸发出，即蒸发出来的物质将被障碍物阻挡而不能沉积在衬底上。来的物质将被障碍物阻挡而不能沉积在衬底上。缺点：缺点：1.阴影效应可能破坏薄膜沉积

21、的均匀性；阴影效应可能破坏薄膜沉积的均匀性；2.薄膜的沉积将会受到蒸发源方向性的限制，造成薄膜的沉积将会受到蒸发源方向性的限制，造成有些部位没有物质沉积。有些部位没有物质沉积。4 4、阴影效应、阴影效应第30页/共60页优点：优点：可以在蒸发沉积的时候，有目的地使用一些特定可以在蒸发沉积的时候，有目的地使用一些特定形状的形状的掩膜掩膜(Mask)，从而实现薄膜的选择性沉积。，从而实现薄膜的选择性沉积。第31页/共60页Si表面Al差指电极ZnO薄膜表面Al差指电极第32页/共60页二、蒸发沉积薄膜的纯度二、蒸发沉积薄膜的纯度 1 1、影响薄膜纯度的因素：影响薄膜纯度的因素：1 1）蒸发源的纯度

22、；）蒸发源的纯度；（使用高纯物质作为蒸发源使用高纯物质作为蒸发源）2 2）加热装置、坩埚可能造成的污染；）加热装置、坩埚可能造成的污染；（改善实验装置改善实验装置）3 3）真空系统中的残留气体。）真空系统中的残留气体。（改善真空条件改善真空条件 ）第33页/共60页 在沉积过程中，残余气体的分子和蒸发物质的原子在沉积过程中，残余气体的分子和蒸发物质的原子将分别射向衬底，并同时沉积在衬底上。蒸发物质将分别射向衬底，并同时沉积在衬底上。蒸发物质原子的沉积速率为原子的沉积速率为（2-152-152-152-15）其量纲为原子数其量纲为原子数/cm/cm2 2s s。其中。其中为沉积物质的密度，为沉积

23、物质的密度，s s为厚度沉积速度。为厚度沉积速度。可求出气体杂质在沉积物中的浓度为可求出气体杂质在沉积物中的浓度为（2-162-162-162-16）例：例：残余气体对蒸发薄膜的污染残余气体对蒸发薄膜的污染其中其中MA和和Mg分别为蒸发物质和残余气体的相对原子分别为蒸发物质和残余气体的相对原子质量，质量，p是残余气体的压力。是残余气体的压力。第34页/共60页由杂质浓度 可以看出：沉积沉积物中杂质的含量与残余气体的压强成正比，与沉积的速物中杂质的含量与残余气体的压强成正比，与沉积的速度成反比。度成反比。结论：结论：1.同一沉积速率，真空度越高，杂质含量越低；同一沉积速率，真空度越高，杂质含量越

24、低；2.同一真空度，沉积速率越大，杂质含量越低。同一真空度，沉积速率越大，杂质含量越低。例如：例如：在溅射法制备薄膜时，薄膜的沉积速度比蒸发法低在溅射法制备薄膜时，薄膜的沉积速度比蒸发法低一个数量级，而真空度要高一个数量级，而真空度要高5个数量级以上，故溅射法制备个数量级以上，故溅射法制备的薄膜纯度较蒸发法制备的纯度要低。的薄膜纯度较蒸发法制备的纯度要低。第35页/共60页 3、制备高纯的薄膜材料要求：、制备高纯的薄膜材料要求：1）改善沉积的真空条件）改善沉积的真空条件 2）提高物质的蒸发以及薄膜的沉积速度）提高物质的蒸发以及薄膜的沉积速度第36页/共60页第三节第三节 真空蒸发装置真空蒸发装

25、置(Thermal Evaporation)一、电阻式蒸发装置一、电阻式蒸发装置二、电子束蒸发装置二、电子束蒸发装置三、电弧蒸发装置三、电弧蒸发装置四、激光蒸发装置四、激光蒸发装置根据加热根据加热原理划分原理划分第37页/共60页一、电阻式蒸发装置一、电阻式蒸发装置 （SourceSource）一一.电阻式加热装置对电阻材料的要求电阻式加热装置对电阻材料的要求1.1.能够在高温下使用且在高温下具有较低的蒸气压能够在高温下使用且在高温下具有较低的蒸气压2.2.不与被蒸发物质发生化学反应不与被蒸发物质发生化学反应3.3.无放气现象和其他污染无放气现象和其他污染4.4.具有合适的电阻率具有合适的电阻

26、率电阻式蒸发装置电阻式蒸发装置目前使用最广泛的加热装置第38页/共60页 1 1 1 1、将钨丝绕制成各种等直径或不等直径的螺旋状，、将钨丝绕制成各种等直径或不等直径的螺旋状，、将钨丝绕制成各种等直径或不等直径的螺旋状，、将钨丝绕制成各种等直径或不等直径的螺旋状，即可作为加热源。即可作为加热源。即可作为加热源。即可作为加热源。2 2 2 2、对于不能用钨丝装置加热的物质，采用难熔金、对于不能用钨丝装置加热的物质，采用难熔金、对于不能用钨丝装置加热的物质，采用难熔金、对于不能用钨丝装置加热的物质，采用难熔金属板制成的电阻加热装置。属板制成的电阻加热装置。属板制成的电阻加热装置。属板制成的电阻加热

27、装置。3 3 3 3、高熔点氧化物、高温裂解、高熔点氧化物、高温裂解、高熔点氧化物、高温裂解、高熔点氧化物、高温裂解BNBNBNBN、石墨、难熔金属、石墨、难熔金属、石墨、难熔金属、石墨、难熔金属等制成的坩埚也可以作为蒸发容器。等制成的坩埚也可以作为蒸发容器。等制成的坩埚也可以作为蒸发容器。等制成的坩埚也可以作为蒸发容器。二二.常用的电阻材料及作用常用的电阻材料及作用电阻材料：电阻材料：电阻材料：电阻材料：一般均是难熔金属，如一般均是难熔金属，如一般均是难熔金属，如一般均是难熔金属，如WW、MoMo、TaTa等等。等等。等等。等等。作用：作用：做加热器做加热器或者或者支撑被加热物质支撑被加热物

28、质三三.电阻式加热方式电阻式加热方式第39页/共60页电阻式蒸发装置电阻式蒸发装置第40页/共60页第41页/共60页三三.电阻式加热局限性电阻式加热局限性1.坩埚、加热元件以及各种支撑部件可能造成污染；坩埚、加热元件以及各种支撑部件可能造成污染；2.电阻加热的加热功率和加热温度受到限制电阻加热的加热功率和加热温度受到限制3.不适用于高纯和难熔物质的蒸发不适用于高纯和难熔物质的蒸发第42页/共60页二、电子束二、电子束(Electron Beam)加热蒸发加热蒸发发射电子束发射电子束加速（数千伏）加速（数千伏）偏转（横向磁场）偏转（横向磁场）轰击坩埚轰击坩埚薄膜沉积薄膜沉积?第43页/共60页

29、 磁场偏转法的使用可以避免灯丝材料的磁场偏转法的使用可以避免灯丝材料的蒸发对于沉积过程可能造成的污染。蒸发对于沉积过程可能造成的污染。第44页/共60页优点：优点：1 1、能克服电阻加热方法可能受到坩埚，加热体以及、能克服电阻加热方法可能受到坩埚，加热体以及各种支撑部件的污染的缺点。各种支撑部件的污染的缺点。2 2、能克服电阻加热方法受到加热功率或温度的限制。、能克服电阻加热方法受到加热功率或温度的限制。3 3、在同一蒸发沉积装置中可以安置多个坩埚，这使、在同一蒸发沉积装置中可以安置多个坩埚，这使得人们可以同时或分别对多种不同的材料进行蒸发。得人们可以同时或分别对多种不同的材料进行蒸发。第45

30、页/共60页缺点：缺点：缺点：缺点：电子束能量的绝大部分要被坩埚的水冷系统电子束能量的绝大部分要被坩埚的水冷系统电子束能量的绝大部分要被坩埚的水冷系统电子束能量的绝大部分要被坩埚的水冷系统所带走，因而其热效率较低。所带走，因而其热效率较低。所带走，因而其热效率较低。所带走，因而其热效率较低。典型应用：典型应用：典型应用：典型应用：1 1 1 1、纯金属、合金、氧化物材料、纯金属、合金、氧化物材料、纯金属、合金、氧化物材料、纯金属、合金、氧化物材料 2 2 2 2、有机电致发光薄膜、有机电致发光薄膜、有机电致发光薄膜、有机电致发光薄膜第46页/共60页第47页/共60页电阻蒸发与电子蒸发复合镀膜

31、设备第48页/共60页三、电弧蒸发装置三、电弧蒸发装置原理：原理：将欲蒸发的材料制成放电电极，在薄将欲蒸发的材料制成放电电极，在薄膜沉积时，依靠调节真空室内电极间距的方膜沉积时，依靠调节真空室内电极间距的方法来点燃电弧，而瞬间的高温电弧将使电极法来点燃电弧，而瞬间的高温电弧将使电极端部产生蒸发从而实现薄膜的沉积。端部产生蒸发从而实现薄膜的沉积。方法：方法：1 1、直流加热法、直流加热法 2 2、交流加热法、交流加热法第49页/共60页缺点：缺点：在放电过程中容易产生微米量级大小的电在放电过程中容易产生微米量级大小的电极颗粒飞溅，从而会影响沉积薄膜的均匀性。极颗粒飞溅，从而会影响沉积薄膜的均匀性

32、。应用：应用：仿金装饰镀（仿金装饰镀（TiN）、硬质膜（）、硬质膜（TiN/TiC）第50页/共60页第51页/共60页四、激光蒸发四、激光蒸发(Laser Evaporation)装置装置第52页/共60页优点：优点：1 1、加热温度高，可避免坩埚污染、加热温度高，可避免坩埚污染 2 2、材料的蒸发速率高，蒸发过程容易控制、材料的蒸发速率高，蒸发过程容易控制 3 3、粒子能量一般显著高于其他的蒸发方法、粒子能量一般显著高于其他的蒸发方法 4 4、适用于蒸发成分比较复杂的合金或化合、适用于蒸发成分比较复杂的合金或化合物材料（物材料（如如YBCO）第53页/共60页要求：要求：昂贵的准分子激光器

33、，需要采用特殊的窗昂贵的准分子激光器，需要采用特殊的窗口材料将激光束引入真空室中，并要使用透凹口材料将激光束引入真空室中，并要使用透凹面镜等将激光束聚焦至被蒸发的材料上。针对面镜等将激光束聚焦至被蒸发的材料上。针对不同波长的激光束，需要选用具有不同光谱透不同波长的激光束，需要选用具有不同光谱透过特性的窗口和透镜材料。过特性的窗口和透镜材料。典型应用：典型应用：氧化物超导薄膜（氧化物超导薄膜（YBCO）、氧化物铁电介）、氧化物铁电介电薄膜、铁氧体薄膜等。电薄膜、铁氧体薄膜等。第54页/共60页五、空心阴极蒸发装置五、空心阴极蒸发装置第55页/共60页特点：特点：1.空心阴极可以提供数安培至数百安

34、培的高强度电子空心阴极可以提供数安培至数百安培的高强度电子流，从而提高薄膜的沉积速度；流，从而提高薄膜的沉积速度；2.大电流蒸发出来的物质原子进一步发生部分的离化，大电流蒸发出来的物质原子进一步发生部分的离化，从而生成大量的被蒸发物质的离子。从而生成大量的被蒸发物质的离子。缺点：缺点：1.空心阴极在工作时要维持空心阴极在工作时要维持1-10-2Pa的气压条件；的气压条件；2.空心阴极在产生高强度电子流的同时也容易产生阴极空心阴极在产生高强度电子流的同时也容易产生阴极的损耗和蒸发物质的飞溅的损耗和蒸发物质的飞溅第56页/共60页小小 结结蒸发法特点：蒸发法特点：工艺简单、成本低廉，但是在沉积过程中工艺简单、成本低廉，但是在沉积过程中容易引入污染，而且蒸发法获得的粒子能容易引入污染，而且蒸发法获得的粒子能量较低，沉积层和衬底的附着力小，需要量较低，沉积层和衬底的附着力小，需要较高的真空度。较高的真空度。第57页/共60页本章作业本章作业 试比较说明常见的几种蒸发镀膜方法各自的原理及特点以及适用的材料试比较说明常见的几种蒸发镀膜方法各自的原理及特点以及适用的材料第58页/共60页蒸发法制备的CdS纳米带Faraday 第59页/共60页感谢您的观看。第60页/共60页