最新PVD知識整理教學講義ppt課件.ppt

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1、PVD知識整理蒸鍍?yōu)R鍍離子鍍2PVD物理氣相沉積（PVD）是指在真空條件下，用物理的方法將材料汽化成原子、分子或電離成離子，并通過氣相過程在襯底上沉積一層具有特殊性能的薄膜技術。（1）PVD沉積基本過程：從原材料中發(fā)射粒子（通過蒸發(fā)、升華、濺射和分解等過程）；粒子輸運到基片（粒子間發(fā)生碰撞，產(chǎn)生離化、復合、反應，能量的交換和運動方向的變化）；粒子在基片上凝結、成核、長大和成膜(2)PVD的方法真空蒸發(fā)脈沖激光沉積濺射離子鍍外延膜生長技術蒸鍍飽和蒸汽壓與溫度的關系對薄膜制備技術很重要，可合理選擇蒸發(fā)材料即確定蒸發(fā)條件蒸鍍蒸發(fā)速率氣體分子運動論，處于熱平衡時，壓強為P的氣

2、體，單位時間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)：式中n是分子密度，va是算術平均速度，m是分子質量，k為玻爾茲曼常數(shù)蒸發(fā)材料表面液相、氣相處于平衡時，蒸發(fā)速率可表示為：式中dN是蒸發(fā)分子數(shù)，ae是蒸發(fā)系數(shù)，A是蒸發(fā)表面積，Pk為液相靜壓單位面積的質量蒸發(fā)速率為：M為蒸發(fā)物質的摩爾上式確定了蒸發(fā)速率、蒸氣壓和溫度之間的關系蒸發(fā)速率除了與物質的分子量、絕對溫度和蒸發(fā)物質在T溫度時有關外，還與材料本身的表面清潔度有關。尤其是蒸發(fā)源的溫度影響最大蒸鍍蒸發(fā)速率在蒸發(fā)溫度以上進行蒸發(fā)時，蒸發(fā)源溫度的微小變化即可引起蒸發(fā)速率發(fā)生很多的變化，對金屬：控制蒸發(fā)源的溫度來控制速率加熱時避免出現(xiàn)過

3、大的溫度梯度蒸發(fā)速率正比于材料的飽和蒸汽壓，溫度變化10%，飽和蒸汽壓變化一個數(shù)量級蒸鍍蒸發(fā)分子的平均自由程與碰撞幾率真空室存在兩種粒子：蒸發(fā)物質的原子或分子；殘余氣體分子。由氣體分子運動論可求出在熱平衡下，單位時間通過單位面積的氣體分子數(shù)，即為氣體分子對基片的碰撞率蒸發(fā)分子的平均自由程為（d為碰撞截面）蒸鍍蒸發(fā)分子的平均自由程與碰撞幾率蒸發(fā)分子的碰撞百分數(shù)與實際行程對平均自由程之比如圖。當平均自由程等于源之比如圖。當平均自由程等于源--基距時，有63％的蒸發(fā)分子受到碰撞，如果自由程增加10倍，撞幾率減小到9％。因此，只有在平均自由程源--基距大得，才有效減少渡越中的

4、碰撞。蒸鍍蒸發(fā)所需熱量和蒸發(fā)離子的能量電阻式蒸發(fā)源所需熱量，除將蒸發(fā)材料加熱所需熱量外，還必須考慮蒸發(fā)源在加熱過程中產(chǎn)需熱量外，還必須考慮蒸發(fā)源在加熱過程中產(chǎn)生的熱輻射和熱傳導所損失的熱量。即蒸發(fā)源生的熱輻射和熱傳導所損失的熱量。即蒸發(fā)源所需熱量的總量Q（即為蒸發(fā)源所需要的總功）為：Q1為蒸發(fā)材料蒸發(fā)時所需的熱量Q2為蒸發(fā)源因熱輻射而損失的熱量Q3為蒸發(fā)源因熱傳導而損失的熱量蒸發(fā)熱量Q值的80％以上是作為蒸發(fā)熱而消耗。此外，還有輻射和傳導損失的熱量。蒸鍍薄膜沉積的厚度均勻性和純度被蒸發(fā)的原子運動具有明顯的方向性，在各方向的蒸發(fā)速率通常不同。厚度分布取決于蒸發(fā)源的發(fā)射特

5、性、蒸發(fā)源與基片的距離及幾何形狀。點蒸發(fā)源：能夠從各個方向蒸發(fā)等量的微小球狀蒸發(fā)源?；迤矫鎯?nèi)薄膜厚度分布：h：蒸發(fā)源與基本垂直距離δ：蒸發(fā)源與基本水平距離t0：電蒸發(fā)源正上方基板處薄膜的厚度蒸鍍薄膜沉積的厚度均勻性和純度小平面蒸發(fā)源：蒸發(fā)范圍局限在半球形空間，蒸發(fā)特性具有方向性?；迤矫鎯?nèi)薄膜厚度分布：蒸鍍薄膜沉積的厚度均勻性和純度點蒸發(fā)源與面蒸發(fā)源鍍膜厚度分布比較：點蒸發(fā)源的厚度分布略均勻些蒸鍍根據(jù)加熱原理（或加熱方式）分有：電阻加熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)、閃爍蒸發(fā)、激光熔融蒸發(fā)、射頻加熱蒸發(fā)。蒸鍍熱蒸鍍蒸鍍熱蒸鍍電阻加熱蒸發(fā)特點：結構簡單、成本低廉、操作方便；支撐

6、坩堝及材料與蒸發(fā)物反應；難以獲得足夠高溫蒸發(fā)介電材料（Al2O3、TiO2）；蒸發(fā)率低；加熱導致合金或化合物分解。可制備單質、氧化物、介電和半導體化合物薄膜。蒸鍍電子束蒸鍍蒸鍍電子束蒸鍍電子束通過5-10kV的電場加速后，聚焦并打到待蒸發(fā)材料表面，電子束將能量傳遞給待蒸發(fā)材料使其熔化，電子束迅速損失能量。電子束蒸發(fā)系統(tǒng)的核心部件：電子束槍（熱陰極和等離子體電子）電子束聚焦方式：靜電聚焦和磁偏轉聚焦電子束產(chǎn)生后，需要對他進行聚焦而使其能夠直接打到被蒸發(fā)材料的表面。蒸鍍電子束蒸鍍電子束蒸發(fā)源的優(yōu)點電子束轟擊熱源的束流密度高，能獲得遠比電阻加熱源更大的能量密度。達到104～

7、109W/cm2的功率密度，熔點3000℃的材料蒸發(fā)，如WW、Mo、Ge、SiO2、Al2O3等。被蒸發(fā)材料可置于水冷坩鍋中→避免容器材料蒸發(fā)、及及其與蒸發(fā)材料反應熱量可直接加到蒸鍍材料的表面→熱效率高、熱傳導和熱輻射損失小電子束蒸發(fā)源的缺點電子槍發(fā)出的一次電子和蒸發(fā)材料發(fā)出的二次電子會使．蒸發(fā)原子和殘余氣體分子電離→影響膜層質量?？蛇x擇電子槍加以解決．電子束蒸鍍裝置結構復雜、價格昂貴．．加速電壓高時，產(chǎn)生軟．產(chǎn)生軟xx射線，人體傷害蒸鍍激光加熱蒸鍍（PLD）高功率激光束作為熱源蒸發(fā)待蒸鍍材料，激光光束通過真空室窗口打到待蒸發(fā)材料使之蒸發(fā)，最后沉積在