F薄膜的制備方法離子束濺射CVD實(shí)用教案

1、2. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備：離子(lz)能量：幾十1500ev第1頁(yè)/共29頁(yè)第一頁(yè)，共30頁(yè)。3. 優(yōu)點(diǎn)： 膜層致密、均勻、減少缺陷 提高薄膜性能的穩(wěn)定性（不易吸附氣體 或潮氣(choq)） 附著好（界面有膜料粒子滲入） 可分別獨(dú)立調(diào)節(jié)各實(shí)驗(yàn)參數(shù)、控制生 長(zhǎng)，以利研究各條件對(duì)膜質(zhì)量的影響。第2頁(yè)/共29頁(yè)第二頁(yè)，共30頁(yè)。4. 原因：沉積前，先離子轟擊基片濺射表面吸附的污染物，表面除氣及凈化。薄膜形成初期，離子轟擊使部分膜料原子滲入基片表層，在界面形成中間薄層(bo cn)增強(qiáng)附著，改善應(yīng)力。沉積過(guò)程中，離子轟擊正在形成膜改善微觀結(jié)構(gòu)、膜層更致密。第3頁(yè)/共29頁(yè)第三頁(yè)，共30頁(yè)。1.何謂離子束混合？

2、在基片表面先沉積一層（膜厚1000 ） 或幾層（每層小于150 ）不同物質(zhì)(wzh)的膜。（總厚小于 1000 ） 用高能重離子轟擊膜層，使膜與基片表面混 合，或多層膜之間混合，形成新的表面材料 層。0（二）離子束混合(hnh)00第4頁(yè)/共29頁(yè)第四頁(yè)，共30頁(yè)。2. 對(duì)離子束的要求：離子能量盡量高（200300keV以上）較高的惰性氣體離子，如Ar3. 特點(diǎn)：獲得常規(guī)冶金方法得不到新材料(cilio)。比離子注入法更經(jīng)濟(jì)第5頁(yè)/共29頁(yè)第五頁(yè)，共30頁(yè)。用離子源產(chǎn)生的離子束轟擊(hngj)靶表面，把靶表面的靶原子濺射出來(lái)沉積在襯底表面（三）離子束濺射(jin sh)法第6頁(yè)/共29頁(yè)第六頁(yè)

3、，共30頁(yè)。（一）.直流二極(r j)濺射四 離子(lz)濺射鍍膜法第7頁(yè)/共29頁(yè)第七頁(yè)，共30頁(yè)。（二）射頻濺射第8頁(yè)/共29頁(yè)第八頁(yè)，共30頁(yè)。（三）磁控濺射1. 結(jié)構(gòu)(jigu)原理圖第9頁(yè)/共29頁(yè)第九頁(yè)，共30頁(yè)。2.磁控濺射原理： 把磁控原理和二極濺射法相結(jié)合，用磁場(chǎng)(cchng)來(lái)改變電子的運(yùn)動(dòng)方向，并束縛和延長(zhǎng)電子的運(yùn)動(dòng)軌跡，受正交電磁場(chǎng)(cchng)作用的電子，在其能量快耗盡時(shí)才落到基片上，大大提高氣體的離化率。第10頁(yè)/共29頁(yè)第十頁(yè)，共30頁(yè)。3.為什么要加磁場(chǎng)(cchng)？無(wú)磁場(chǎng)濺射方法的缺點(diǎn)：-濺射效率較低，所需要的工作氣壓較高-濺射方法沉積薄膜的沉積速率較低磁場(chǎng)

4、的存在將延長(zhǎng)(ynchng)電子在等離子體中的運(yùn)動(dòng)軌跡, 提高與氣體原子碰撞使其電離的幾率， 顯著提高濺射效率提高沉積速率, 比其它濺射方法高一個(gè)數(shù)量級(jí).降低氣壓，減少氣體污染第11頁(yè)/共29頁(yè)第十一頁(yè)，共30頁(yè)。第12頁(yè)/共29頁(yè)第十二頁(yè)，共30頁(yè)。特點(diǎn)：離化率較高，沉積速率快；基片溫升低； 工作(gngzu)氣壓較低氣體對(duì)膜質(zhì)量影響較小。第13頁(yè)/共29頁(yè)第十三頁(yè)，共30頁(yè)。四. CVD化學(xué)(huxu)氣相沉積法 Chemical Vapor Deposition1.什么叫CVD? 把含有(hn yu)構(gòu)成薄膜元素的一種或幾種化合物氣體（適當(dāng)流量比例）輸入反應(yīng)室，通過(guò)加熱或等離子體等方法使

5、其分解或反應(yīng)，而在基片上生長(zhǎng)所需薄膜。第14頁(yè)/共29頁(yè)第十四頁(yè)，共30頁(yè)。2. 常規(guī)CVD:沒(méi)等離子增強(qiáng)(zngqing)激活的CVD方法。1 混氣室 2轉(zhuǎn)子流量計(jì) 3步進(jìn)電機(jī)控制儀 4真空壓力表 5不銹鋼管?chē)姉U6噴頭 7基板 8石墨基座9 石英管反應(yīng)室 10機(jī)械泵 11WZK溫控儀 12電阻絲加熱源 13保溫層陶瓷管 14密封銅套 常壓化學(xué)相沉積(chnj)(APCVD)設(shè)備的示意圖第15頁(yè)/共29頁(yè)第十五頁(yè)，共30頁(yè)。（1）沉積條件氣態(tài)反應(yīng)物（液態(tài)或固態(tài)(gti)使其氣化）反應(yīng)生成物除所沉積物外，其余應(yīng)氣態(tài)，可排出反應(yīng)室沉積物的蒸氣壓應(yīng)足夠低（2）影響沉積質(zhì)量的因素沉積溫度氣體比例、流量

6、、氣壓基片晶體結(jié)構(gòu)、膨脹系數(shù)等第16頁(yè)/共29頁(yè)第十六頁(yè)，共30頁(yè)。(3). 優(yōu)點(diǎn)在遠(yuǎn)低于所得材料熔點(diǎn)的溫度下獲得高熔點(diǎn)材料便于制備各種單質(zhì)或化合物生長(zhǎng)速率較高鍍膜繞性好設(shè)備簡(jiǎn)單缺點(diǎn)(qudin)：反應(yīng)溫度比PECVD高基片溫度相對(duì)較高第17頁(yè)/共29頁(yè)第十七頁(yè)，共30頁(yè)。3.PECVD(包括(boku)RFCVD、MWCVD、ECRCVD) MWCVD結(jié)構(gòu)圖第18頁(yè)/共29頁(yè)第十八頁(yè)，共30頁(yè)。（1）PECVD原理： 利用射頻、微波方法在反應(yīng)室形成的離子體的高溫及活性，促使反應(yīng)氣體受激、分解、離化,以增強(qiáng)反應(yīng)，在基片生長(zhǎng)薄膜。（2）PECVD優(yōu)點(diǎn)： 可在較低溫度下生長(zhǎng)薄膜避免高溫下晶粒粗大

7、較低氣壓下制膜提高膜厚及成分的均勻性。 薄膜針孔小，更致密，內(nèi)應(yīng)力較小，不易產(chǎn)生裂紋(li wn) 附著力比普遍CVD好。第19頁(yè)/共29頁(yè)第十九頁(yè)，共30頁(yè)。缺點(diǎn)：生長(zhǎng)速率低于普通CVD設(shè)備相對(duì)復(fù)雜些（3） RFCVD、MWCVD和ECRCVD的區(qū)別: MWCVD f=2.45GHz,頻率高，氣體分解和離化率更高。 ECRCVD又加有磁場(chǎng)，促使電子回旋運(yùn)動(dòng)(yndng)與微波發(fā)生共振現(xiàn)象，有更大的離化率?？色@更好的薄膜質(zhì)量和高的生長(zhǎng)速率。第20頁(yè)/共29頁(yè)第二十頁(yè)，共30頁(yè)。（1）原理： 利用熱分解金屬有機(jī)化合物進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)(huxu fnyng)，氣相外延生長(zhǎng)薄膜的CVD方法。（2）適合的

8、金屬有機(jī)化合物: 金屬烷基化合物 如：三甲基鎵（CH3)3Ga，三甲基鋁（CH3)3Al二乙烷基鋅（C2H5)2Zn.第21頁(yè)/共29頁(yè)第二十一頁(yè)，共30頁(yè)。(2). MOCVD特點(diǎn) 沉積溫度低 如ZnSe（硒化鋅）膜，僅為350；而普通CVD法850 低溫生長(zhǎng)減少污染（基片、反應(yīng)室等）提高膜純度；降低膜內(nèi)空位密度(md)。（高溫生長(zhǎng)易產(chǎn)生空位） 可通過(guò)稀釋反應(yīng)氣體控制沉積速率，有利于沉積不同成分的極薄膜制備超晶格薄膜材料。主要缺點(diǎn)： 許多有機(jī)金屬化合物蒸氣有毒，易燃，需嚴(yán)格防護(hù) 有的氣相中就反應(yīng)，形成微粒再沉積到基片。第22頁(yè)/共29頁(yè)第二十二頁(yè)，共30頁(yè)。一、微量天平法1.原理: 高精度(

9、 jn d)微量天平稱(chēng)基片成膜前后的重量，得出給定面積S的厚膜質(zhì)量m，由下式計(jì)算出膜厚： ， 為塊材密度2.測(cè)量天平精度( jn d)達(dá)微克，不能測(cè)重基片的樣品 。第二章 薄膜厚度(hud)的測(cè)量smd 第23頁(yè)/共29頁(yè)第二十三頁(yè)，共30頁(yè)。二 電阻測(cè)量法（可測(cè)金屬、半金屬、半導(dǎo)體膜）1.原理：測(cè)方塊電阻R，利用=Rd 計(jì)算出厚度d。2.存在問(wèn)題：隨膜厚變化(binhu)有大的差別，特別是超薄膜。 原因： 膜不連續(xù)時(shí)，導(dǎo)電能力差； 連續(xù)膜時(shí)，雜質(zhì)缺陷也比塊材多； 薄膜界面對(duì)電子或空穴的非彈性散射 第24頁(yè)/共29頁(yè)第二十四頁(yè)，共30頁(yè)。3. 解決辦法： d2000時(shí)，可忽略非彈性散射效應(yīng)，減

10、少測(cè)量誤差，故用厚膜的 代替，則 . 實(shí)際用法(yn f)： 先在基片上蒸一層厚2000以上同種物質(zhì)膜 其它方法測(cè)出膜厚及R 代入 求出 用上述2000以上厚樣在真空中作測(cè)試樣,根 據(jù) ,求出現(xiàn)樣品膜厚.RdRdRRd2第25頁(yè)/共29頁(yè)第二十五頁(yè)，共30頁(yè)。三 多光束(gungsh)干涉測(cè)量法 (干涉顯微鏡法)1.測(cè)試原理圖第26頁(yè)/共29頁(yè)第二十六頁(yè)，共30頁(yè)。第27頁(yè)/共29頁(yè)第二十七頁(yè)，共30頁(yè)。2.原理: 垂直于薄膜表面(biomin)的單色光在薄膜表面(biomin)與小傾斜的半透明板之間的多次反射干涉形成干涉條紋, 干涉條紋在有臺(tái)階的薄膜樣品處出現(xiàn)偏移的原理來(lái)測(cè)量薄膜厚度。 tg=/2a 又tg=d/b 所以：d/b=/2a d=b/2a 半透明膜與膜平面夾角 波長(zhǎng) a相鄰兩條干涉條紋的間距 b干涉條紋在臺(tái)階下面平面的偏移距離第28頁(yè)/共29頁(yè)第二十八頁(yè)，共30頁(yè)。感謝您的觀看(gunkn)！第29頁(yè)/共29頁(yè)第二十九頁(yè)，共30頁(yè)。NoImage內(nèi)容(nirng)總結(jié)2. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備：。-濺射效率較低