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1、薄膜材料及其制備1概念采用一定方法，使處于某種狀態(tài)一種或幾種的物質以物理或化學方式沉積于襯底材料表面，在襯底材料表面形成一層新的物質。是由離子、原子或分子的沉積過程形成的二維材料。狀態(tài)氣態(tài)液態(tài)固態(tài)結晶態(tài)非晶多晶單晶2組成金屬薄膜非金屬薄膜物性硬質薄膜超導薄膜金屬導電薄膜介電薄膜半導體薄膜光學薄膜磁學薄膜3一、物理氣相沉積-蒸發(fā)法1.物質的熱蒸發(fā)利用物質高溫下的蒸發(fā)現象，可制備各種薄膜材料。與濺射法相比，蒸發(fā)法顯著特點之一是在較高的真空度條件下，不僅蒸發(fā)出來的物質原子或分子具有較長的平均自由程，可以直接沉積到襯底表面上，且可確保所制備的薄膜具有較高純度。制備方法42.元素的蒸發(fā)速率環(huán)境中元素的
2、分壓降至其平衡蒸氣壓之下時，就會發(fā)生元素的蒸發(fā)。元素的平衡蒸氣壓Pe隨溫度的變化率：純元素多以單個原子，但有時也可能是以原子團的形式蒸發(fā)進入氣相?！翊蠖鄶到饘?，當溫度達到元素熔點時，其平衡蒸氣壓也低于10-1Pa，這種情況下，要想利用蒸發(fā)方法進行物理氣相沉積，需將物質加熱到其熔點以上?！窳硪活愇镔|，如Cr、Ti、Mo、Fe、Si等，在低于熔點的溫度下，其蒸汽壓已相對較大。可直接利用升華現象，實現元素的氣相沉積。Ti升華泵：轟擊蒸發(fā)吸附氣體石墨：無熔點，電極間高溫放電蒸發(fā)53.化合物與合金的蒸發(fā)沉積后的薄膜可能偏離蒸發(fā)源化學組成（成分、物相）氣相分子化合與分解薄膜成分偏離蒸發(fā)源成分對于二元合金
3、理想溶液：AB二元合金的兩組元A—B原子間的作用能與A—A或B—B原子間的作用能相等的合金。合金中組元的平衡蒸氣壓將小于純組元的蒸氣壓：PA=xAPA(0)；PB=xBPB(0)蒸汽壓和蒸發(fā)速度都將不同一般為非理想溶液：組元蒸氣壓之比將更加偏離合金的原始成分。當組元B與其他組元的吸引作用力較小時，它將擁有較高的蒸氣壓；反之，其蒸氣壓將相對較低。PA=αAPA(0)；PB=αBPB(0)6A、B兩組元蒸發(fā)速率之比利用上式可估算所需使用的合金蒸發(fā)源的成分。如：在1350K，A1的蒸氣壓高于Cu，為獲得Al—2％Cu(質量分數)成分的薄膜，需要使用的蒸發(fā)源成分為A1—13.6％Cu(質量分數)。但
4、組元蒸發(fā)速率之比將隨時間變化●采用多的蒸發(fā)源●不斷加入易蒸發(fā)組元●采用多蒸發(fā)源7沉積均勻性●蒸發(fā)源的形式●蒸發(fā)源距襯底的距離●襯底位置與運動蒸發(fā)源84.真空蒸發(fā)裝置●電阻式蒸發(fā)裝置使用溫度高；高溫下蒸汽壓低；不與被蒸發(fā)物質反應；無放氣和污染；適當的電阻率。W、Mo、Ta等難熔金屬或石墨的片、舟、絲（螺旋潤濕性Al2O3涂覆）。普通電阻加熱或感應加熱。9●電子束蒸發(fā)裝置電阻加熱的缺點：可能造成污染；加熱功率或加熱溫度有限，不適于高純或難熔物質的蒸發(fā)。電于束蒸發(fā)裝置正好克服了電阻加熱法的不足被加熱物質放于水冷的柑禍中，電子束只轟擊其中很少一部分物質，而其余的大部分物質在坩堝冷卻作用下一直處于低溫
5、，即后者實際上變成了被蒸發(fā)物質的坩堝。因此．電子束蒸發(fā)沉積可避免坩堝材料的污染。在同一蒸發(fā)沉積裝置中可以安置多個坩堝，可同時或分別蒸發(fā)和沉積多種不同物質。10裝置中，由加熱的燈絲發(fā)射出的電子束受到數千伏的偏置電壓的加速，并經過橫向布置的磁場偏轉270°后到達被轟擊坩堝處。磁場偏轉法可避免燈絲材料的蒸發(fā)對于沉積過程可能造成的污染。其缺點是電子束的絕大部分能量要被坩堝的水冷系統(tǒng)帶走。因而其熱效率較低；另外，過高的加熱功率也會對整個薄膜沉積系統(tǒng)形成較強的熱輻射。11●電弧放電蒸發(fā)裝置也具有避免電阻加熱材料或坩堝材料的污染，加熱溫度較高的特點，特別適用于熔點高，同時具有一定導電性的難熔金屬、石墨等的
6、蒸發(fā)。同時，這一方法所用的設備比電子束加熱裝置簡單，是一種較為廉價的蒸發(fā)裝置。欲蒸發(fā)的材料制成電極，依靠調節(jié)真空室內電極間距點燃電弧，瞬間的高溫電弧使電極端部產生蒸發(fā)從而實現物質的沉積。控制電弧的點燃次數或時間可沉積一定厚度的薄膜。既可用直流，又可用交流。缺點是放電過程中容易產生微米級電極顆粒的飛濺，影響被沉積薄膜的均勾性。12●激光蒸發(fā)裝置使用高功率激光束作為能源進行薄膜的蒸發(fā)沉積。顯然，也具有加熱溫度高，可避免坩堝污染，蒸發(fā)速率高，蒸發(fā)過程容易控制等特點。多用波長位于紫外波段的脈沖激光器作為蒸發(fā)光源。針對不同波長的激光束，需選用具有不同光譜透過特性的窗口和透鏡材料，將激光束引入真空室，并
7、聚焦至蒸發(fā)材料上。特別適于蒸發(fā)成分復雜的合金或化合物，如高溫超導材料YBa2Cu3O7、鐵電陶瓷、鐵氧體等。因高能量激光束可短時間將物質局部加熱至極高溫度而蒸發(fā)。這樣被蒸發(fā)物質仍能保持其原來的元素比例。也存在容易產生微小物質顆粒飛濺，影響薄膜均勻性問題。13二、物理氣相沉積-濺射法利用電場中加速后的高能離子，轟擊被濺射物質做成的靶電極，使靶表面原子被濺射出來。這些被濺射出來，并沿一定方向射向襯底，從而實現薄膜
