薄膜物理1蒸發(fā)源的類型ppt課件

1、蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型二、電子束蒸發(fā)源二、電子束蒸發(fā)源電阻加熱蒸發(fā)源缺陷電阻加熱蒸發(fā)源缺陷(1) 來(lái)自加熱安裝、坩堝等能夠呵斥的污染來(lái)自加熱安裝、坩堝等能夠呵斥的污染(2) 電阻加熱法的加熱功率或加熱溫度也有一定的限制電阻加熱法的加熱功率或加熱溫度也有一定的限制電子束蒸發(fā)抑制了電阻加熱法的上述兩個(gè)缺陷，特別適宜制備電子束蒸發(fā)抑制了電阻加熱法的上述兩個(gè)缺陷，特別適宜制備高熔點(diǎn)薄膜資料和高純薄膜資料高熔點(diǎn)薄膜資料和高純薄膜資料要制備純度很高的薄膜資料，以及蒸鍍某些難熔金屬和氧化要制備純度很高的薄膜資料，以及蒸鍍某些難熔金屬和氧化物資料時(shí)，采用電阻加熱蒸發(fā)源不能滿足要求物資料時(shí)，采用電阻加熱蒸發(fā)源

2、不能滿足要求蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型電子束蒸發(fā)是將蒸發(fā)資料放入水冷銅坩堝中，直接利用電子束電子束蒸發(fā)是將蒸發(fā)資料放入水冷銅坩堝中，直接利用電子束加熱，使蒸發(fā)資料氣化蒸發(fā)后凝結(jié)在基板外表成膜，是真空蒸加熱，使蒸發(fā)資料氣化蒸發(fā)后凝結(jié)在基板外表成膜，是真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)的一種重要的加熱方法和開(kāi)展方向發(fā)鍍膜技術(shù)的一種重要的加熱方法和開(kāi)展方向電子束加熱原理與特點(diǎn)電子束加熱原理與特點(diǎn)電子束加熱原理是基于電子在電場(chǎng)作用下，獲得動(dòng)能轟擊處于電子束加熱原理是基于電子在電場(chǎng)作用下，獲得動(dòng)能轟擊處于陽(yáng)極的蒸發(fā)資料上，使蒸發(fā)資料加熱氣化，從而實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)鍍膜陽(yáng)極的蒸發(fā)資料上，使蒸發(fā)資料加熱氣化，從而實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)鍍膜假設(shè)不思索發(fā)

3、射電子的初速度，那么有假設(shè)不思索發(fā)射電子的初速度，那么有Uem221U：電子的加速電壓：電子的加速電壓e：電荷：電荷(1.610-19C)m: 電子的質(zhì)量電子的質(zhì)量(9.110-28g)蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型這樣高速運(yùn)動(dòng)的電子在一定的電磁場(chǎng)作用下，使之聚集成電這樣高速運(yùn)動(dòng)的電子在一定的電磁場(chǎng)作用下，使之聚集成電子束并轟擊到蒸發(fā)資料的外表，使動(dòng)能變?yōu)闊崮茏邮⑥Z擊到蒸發(fā)資料的外表，使動(dòng)能變?yōu)闊崮茈娮拥倪\(yùn)動(dòng)速度為電子的運(yùn)動(dòng)速度為NoImagesmU/1093. 55假設(shè)假設(shè)U = 10 kV, 那么電子速度可到達(dá)那么電子速度可到達(dá)6104 km/s當(dāng)加速電壓很高時(shí)，產(chǎn)生的熱能可足以使蒸發(fā)資料氣化

4、蒸當(dāng)加速電壓很高時(shí)，產(chǎn)生的熱能可足以使蒸發(fā)資料氣化蒸發(fā)，從而成為真空蒸發(fā)的良好熱源發(fā)，從而成為真空蒸發(fā)的良好熱源蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型電子束蒸發(fā)源的優(yōu)點(diǎn)電子束蒸發(fā)源的優(yōu)點(diǎn)(1) 電子束轟擊熱源的束流密度高，能獲得遠(yuǎn)比電阻加熱源更大電子束轟擊熱源的束流密度高，能獲得遠(yuǎn)比電阻加熱源更大 的能量密度。可在不太小的面積上到達(dá)的能量密度?？稍诓惶〉拿娣e上到達(dá)104109 W/cm2的功率的功率 密度，因此使高熔點(diǎn)資料蒸發(fā)密度，因此使高熔點(diǎn)資料蒸發(fā) (溫度可達(dá)溫度可達(dá)3000)。如蒸發(fā)。如蒸發(fā) W、 Mo、Ge、SiO2、Al2O3等等(2) 由于被蒸發(fā)資料是置于水冷坩堝內(nèi)，因

5、此可防止容器資料的由于被蒸發(fā)資料是置于水冷坩堝內(nèi)，因此可防止容器資料的 蒸發(fā)蒸發(fā) ，以及容器資料與蒸鍍資料之間的反響，這對(duì)提高鍍膜，以及容器資料與蒸鍍資料之間的反響，這對(duì)提高鍍膜 的純度極為重要的純度極為重要(3) 熱量可直接加到蒸鍍資料的外表，因此熱效率高，熱傳導(dǎo)和熱量可直接加到蒸鍍資料的外表，因此熱效率高，熱傳導(dǎo)和 熱輻射的損失少熱輻射的損失少蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型電子束蒸發(fā)源的缺陷電子束蒸發(fā)源的缺陷(1) 電子槍發(fā)出的一次電子和蒸發(fā)資料發(fā)出的二次電子會(huì)使蒸發(fā)電子槍發(fā)出的一次電子和蒸發(fā)資料發(fā)出的二次電子會(huì)使蒸發(fā) 原子和剩余氣體電離，這有時(shí)會(huì)影響膜層質(zhì)量原子和剩余氣體電離，這有時(shí)會(huì)影響膜層

6、質(zhì)量 (可經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)可經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì) 和選用不同構(gòu)造的電子槍加以處理和選用不同構(gòu)造的電子槍加以處理)(2) 多數(shù)化合物在遭到電子轟擊會(huì)部分發(fā)生分解，以及剩余氣體多數(shù)化合物在遭到電子轟擊會(huì)部分發(fā)生分解，以及剩余氣體 分子和膜料分子部分地被電子所電離，將對(duì)薄膜的構(gòu)造和性分子和膜料分子部分地被電子所電離，將對(duì)薄膜的構(gòu)造和性 質(zhì)產(chǎn)生影響質(zhì)產(chǎn)生影響(3) 電子束蒸鍍安裝構(gòu)造較復(fù)雜，設(shè)備價(jià)錢(qián)較昂貴電子束蒸鍍安裝構(gòu)造較復(fù)雜，設(shè)備價(jià)錢(qián)較昂貴(4) 當(dāng)加速電壓過(guò)高時(shí)所產(chǎn)生的軟當(dāng)加速電壓過(guò)高時(shí)所產(chǎn)生的軟X射線對(duì)人體有一定損傷射線對(duì)人體有一定損傷蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型三、高頻感應(yīng)蒸發(fā)源三、高頻感應(yīng)

7、蒸發(fā)源高頻感應(yīng)蒸發(fā)源是將裝有蒸發(fā)資料的坩堝放在高頻螺旋線圈高頻感應(yīng)蒸發(fā)源是將裝有蒸發(fā)資料的坩堝放在高頻螺旋線圈的中央，使蒸發(fā)資料在高頻電磁場(chǎng)的感應(yīng)下產(chǎn)生強(qiáng)大的渦流的中央，使蒸發(fā)資料在高頻電磁場(chǎng)的感應(yīng)下產(chǎn)生強(qiáng)大的渦流損失和磁滯損失損失和磁滯損失 (對(duì)鐵磁體對(duì)鐵磁體)，致使蒸發(fā)資料升溫，直至氣化，致使蒸發(fā)資料升溫，直至氣化蒸發(fā)蒸發(fā)蒸發(fā)源普通由水冷高頻線圈和石墨或陶瓷坩堝組成，其原理蒸發(fā)源普通由水冷高頻線圈和石墨或陶瓷坩堝組成，其原理如以下圖所示如以下圖所示蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型高頻感應(yīng)蒸發(fā)源的特點(diǎn)高頻感應(yīng)蒸發(fā)源的特點(diǎn)(1) 蒸發(fā)速率大，可比電阻蒸發(fā)

8、源大蒸發(fā)速率大，可比電阻蒸發(fā)源大10倍左右倍左右(2) 蒸發(fā)源的溫度均勻穩(wěn)定，不易產(chǎn)生飛濺景象蒸發(fā)源的溫度均勻穩(wěn)定，不易產(chǎn)生飛濺景象 (3) 蒸發(fā)資料是金屬時(shí)，蒸發(fā)資料可產(chǎn)生熱量。因此，坩堝可選蒸發(fā)資料是金屬時(shí)，蒸發(fā)資料可產(chǎn)生熱量。因此，坩堝可選 用和蒸發(fā)資料反響最小的資料用和蒸發(fā)資料反響最小的資料 (4) 蒸發(fā)源一次裝料，無(wú)需送料機(jī)構(gòu)，溫度控制比較容易，操作蒸發(fā)源一次裝料，無(wú)需送料機(jī)構(gòu)，溫度控制比較容易，操作 比較簡(jiǎn)單比較簡(jiǎn)單 蒸發(fā)源的類型蒸發(fā)源的類型高頻感應(yīng)蒸發(fā)源的缺陷高頻感應(yīng)蒸發(fā)源的缺陷 (1) 蒸發(fā)安裝必需屏蔽，并需求較復(fù)雜和昂貴的高頻發(fā)生器蒸發(fā)安裝必需屏蔽，并需求較復(fù)雜和昂貴的高頻發(fā)

9、生器 (2) 假設(shè)線圈附近的壓強(qiáng)超越假設(shè)線圈附近的壓強(qiáng)超越10-2 Pa，高頻場(chǎng)就會(huì)使剩余氣體，高頻場(chǎng)就會(huì)使剩余氣體 電離，使功耗增大電離，使功耗增大 第四節(jié)合金及化合物的蒸發(fā)第四節(jié)合金及化合物的蒸發(fā)對(duì)于兩種以上元素組成的合金或化合物，在蒸發(fā)時(shí)如何控對(duì)于兩種以上元素組成的合金或化合物，在蒸發(fā)時(shí)如何控制成分，以獲得與蒸發(fā)資料化學(xué)比不變的膜層，是非常重制成分，以獲得與蒸發(fā)資料化學(xué)比不變的膜層，是非常重要的問(wèn)題要的問(wèn)題利用蒸發(fā)法制備合金或化合物時(shí)，常需求思索薄膜成分偏利用蒸發(fā)法制備合金或化合物時(shí)，常需求思索薄膜成分偏離蒸發(fā)資料成分的問(wèn)題離蒸發(fā)資料成分的問(wèn)題合金及化合物的蒸發(fā)合金及化合物的蒸發(fā)蒸發(fā)二元

10、以上的合金及化合物的主要問(wèn)題蒸發(fā)二元以上的合金及化合物的主要問(wèn)題一、合金的蒸發(fā)一、合金的蒸發(fā)蒸發(fā)資料在氣化過(guò)程中，由于各成分的飽和蒸氣壓不同，會(huì)發(fā)蒸發(fā)資料在氣化過(guò)程中，由于各成分的飽和蒸氣壓不同，會(huì)發(fā)生分解和分餾，從而引起薄膜成分的偏離生分解和分餾，從而引起薄膜成分的偏離合金中原子間的結(jié)合力小于在不同化合物中不同原子間的結(jié)合合金中原子間的結(jié)合力小于在不同化合物中不同原子間的結(jié)合力。因此合金中各元素的蒸發(fā)過(guò)程可以近似看作各元素間相互力。因此合金中各元素的蒸發(fā)過(guò)程可以近似看作各元素間相互獨(dú)立蒸發(fā)的過(guò)程，就像它們?cè)诩冊(cè)卣舭l(fā)時(shí)的情況一樣。但即獨(dú)立蒸發(fā)的過(guò)程，就像它們?cè)诩冊(cè)卣舭l(fā)時(shí)的情況一樣。但即使如

11、此，合金在蒸發(fā)和堆積過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生成分的偏向使如此，合金在蒸發(fā)和堆積過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生成分的偏向合金及化合物的蒸發(fā)合金及化合物的蒸發(fā)合金中各成分的蒸發(fā)速率為合金中各成分的蒸發(fā)速率為T(mén)MPGAAA058. 0(g/cm2s)TMPGBBB058. 0(g/cm2s)PA ：A成分在溫度成分在溫度T時(shí)的平衡蒸氣壓時(shí)的平衡蒸氣壓PB ：B成分在溫度成分在溫度T時(shí)的平衡蒸氣壓時(shí)的平衡蒸氣壓GA： A成分的蒸發(fā)速率成分的蒸發(fā)速率GB： B成分的蒸發(fā)速率成分的蒸發(fā)速率MA： A成分的摩爾質(zhì)量成分的摩爾質(zhì)量MB： B成分的摩爾質(zhì)量成分的摩爾質(zhì)量合金及化合物的蒸發(fā)合金及化合物的蒸發(fā)BABABAMMPPGGA、B兩

12、種成分的蒸發(fā)速率之比為兩種成分的蒸發(fā)速率之比為要保證薄膜的成分與蒸發(fā)資料完全一致，必需使要保證薄膜的成分與蒸發(fā)資料完全一致，必需使1BABAMMPP這一點(diǎn)很難做到這一點(diǎn)很難做到合金及化合物的蒸發(fā)合金及化合物的蒸發(fā)AAAPXP BAAAnnnXBBBPXP 當(dāng)當(dāng)AB二元合金的兩組元二元合金的兩組元A-B 原子間的作用能與原子間的作用能與A-A或或B-B原原子間的作用能相等時(shí)，合金即是一種理想溶液子間的作用能相等時(shí)，合金即是一種理想溶液 由理想溶液的拉烏爾定律，合金中組元由理想溶液的拉烏爾定律，合金中組元A的平衡蒸氣壓的平衡蒸氣壓PA將將小于純組元小于純組元A的蒸氣壓的蒸氣壓PA，并與該組元在合金

13、中的摩爾分?jǐn)?shù)，并與該組元在合金中的摩爾分?jǐn)?shù)成正比成正比 BABBnnnX合金及化合物的蒸發(fā)合金及化合物的蒸發(fā)BABABAPPnnPPBAAAmmmWBABBmmmW設(shè)設(shè)mA、mB分別為組元金屬分別為組元金屬A、B在合金中的質(zhì)量，在合金中的質(zhì)量，WA、WB為為在合金中的濃度在合金中的濃度BBAABABAMnMnmmWW合金及化合物的蒸發(fā)合金及化合物的蒸發(fā)ABBABABAMMWWPPPPABBABABAMMWWPPGG因此，合金中組元因此，合金中組元A、B的蒸發(fā)速率之比為的蒸發(fā)速率之比為上式闡明，在二元合金中兩個(gè)組元金屬蒸發(fā)速率之比，在該上式闡明，在二元合金中兩個(gè)組元金屬蒸發(fā)速率之比，在該組元濃度

14、或百分含量一定情況下，與該組元的組元濃度或百分含量一定情況下，與該組元的 值成值成正比正比MP/合金及化合物的蒸發(fā)合金及化合物的蒸發(fā)普通的合金均不是一種理想溶液，拉烏爾定律對(duì)合金往往不普通的合金均不是一種理想溶液，拉烏爾定律對(duì)合金往往不完全適用，要援用所謂的活度系數(shù)完全適用，要援用所謂的活度系數(shù)S來(lái)進(jìn)展修正，但活度系來(lái)進(jìn)展修正，但活度系數(shù)數(shù)S為未知，可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定為未知，可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定 通常還是采用上式來(lái)估計(jì)合金蒸發(fā)的分餾量通常還是采用上式來(lái)估計(jì)合金蒸發(fā)的分餾量 合金及化合物的蒸發(fā)合金及化合物的蒸發(fā)CrNiNiCrNiCrNiCrMMPPWWGG計(jì)算：處于計(jì)算：處于1527下的鎳鉻合金下的鎳鉻合金

15、(Ni 80%, Cr 20%)在在PCr=10Pa, PNi=1Pa時(shí)，它們的蒸發(fā)速率之比時(shí)，它們的蒸發(fā)速率之比 (MNi= 58.7 MCr = 52.0)在在1527下開(kāi)場(chǎng)蒸發(fā)時(shí)，鉻的初始蒸發(fā)速率為鎳的下開(kāi)場(chǎng)蒸發(fā)時(shí)，鉻的初始蒸發(fā)速率為鎳的2.7倍。倍。隨著鉻的迅速蒸發(fā)，隨著鉻的迅速蒸發(fā)，GCr/GNi會(huì)逐漸減小，最終會(huì)小于會(huì)逐漸減小，最終會(huì)小于1這種分餾景象的出現(xiàn)使得接近基板的膜是富鉻的這種分餾景象的出現(xiàn)使得接近基板的膜是富鉻的7 . 20 .527 .581108020合金及化合物的蒸發(fā)合金及化合物的蒸發(fā)知在知在0的溫度下，的溫度下，Al的蒸氣壓高于的蒸氣壓高于Cu，因此為了獲得，因此

16、為了獲得Al-2%Cu(質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù))成分的薄膜，需求運(yùn)用的蒸發(fā)源大致應(yīng)成分的薄膜，需求運(yùn)用的蒸發(fā)源大致應(yīng)該是該是Al-13.6%Cu (質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù))對(duì)于初始確定的蒸發(fā)源來(lái)說(shuō)，由上式確定的組元蒸發(fā)速率之對(duì)于初始確定的蒸發(fā)源來(lái)說(shuō)，由上式確定的組元蒸發(fā)速率之比隨著時(shí)間而發(fā)生變化比隨著時(shí)間而發(fā)生變化這是由于易于蒸發(fā)的組元的優(yōu)先蒸發(fā)將呵斥該組元的不斷貧這是由于易于蒸發(fā)的組元的優(yōu)先蒸發(fā)將呵斥該組元的不斷貧化，進(jìn)而呵斥該組元蒸發(fā)速率的不斷下降化，進(jìn)而呵斥該組元蒸發(fā)速率的不斷下降合金及化合物的蒸發(fā)合金及化合物的蒸發(fā)NoImageAlCuCuAlCuAlCuAlMMPPWWGG計(jì)算：知在計(jì)算：知在0

17、 K的溫度下，的溫度下，Al-2%Cu合金合金(Al 98%, Cu 2%) 在在PAl=210-4Pa, PCu=10-3Pa，它們的蒸發(fā)速率之比，它們的蒸發(fā)速率之比MAl= 27.0 MCu= 63.715277 .631010229834合金及化合物的蒸發(fā)合金及化合物的蒸發(fā)This mean that the 2wt% Cu-Al vapor stream requires a melt with a 15:1 molar ratio of Al to Cu. In order to compensate for the preferential vaporization of Al t

18、he original melt composition must be enriched to 13.6wt% Cu. But the calculation only holds for the first instant of time. With successive loss of the volatile melt component, the evaporant flux changes in concert, and if nothing is done a graded film of varying composition will deposit, i.e., the d

19、esired stoichimetry at the substrate interface, and layers increasingly richer in Cu above it. Clearly, the desired steady-state deposition of alloys having uniform composition is not sustainable, and this fact is a potential disadvantage of evaporation methods合金及化合物的蒸發(fā)合金及化合物的蒸發(fā)處理的方法是什么？處理的方法是什么？(2) 采用向蒸發(fā)容器中不斷地，但每次僅參與少量被蒸發(fā)物質(zhì)采用向蒸發(fā)容器中不斷地，但每次僅參與少量被蒸發(fā)物質(zhì)的方法的方法(1) 運(yùn)用較多的物質(zhì)作為蒸發(fā)源，盡量減少組元成分的相對(duì)變運(yùn)用較多的物質(zhì)作為蒸發(fā)源，盡量減少組元成分的相對(duì)變化率化率(3) 利用加熱不同溫度的雙蒸發(fā)源或多蒸發(fā)源的方法，分別控利用加熱不同溫度的雙蒸發(fā)源或多蒸發(fā)源的方法，分別控制和調(diào)理每個(gè)組元的蒸發(fā)速率，此方法用得較為普遍制和調(diào)理每個(gè)組元的蒸發(fā)速率，此方法用得較為普遍采用真空蒸發(fā)法制造預(yù)定組成的薄膜，經(jīng)