薄膜制備與分析課堂講稿第一講

1.基本概念，基本數(shù)據(jù)，基本公式由理想氣體狀態(tài)方程：氣體質(zhì)量摩爾質(zhì)量氣體常數(shù)阿伏伽德羅常數(shù)玻爾茲曼常數(shù)總分子數(shù)氣體密度(個(gè)/米3)注：現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五(個(gè)/米3)1帕(Pa)=1牛頓/米2=1千克/米.秒2若P=一個(gè)大氣壓則:在T=293K(室溫)有：

①氣體密度方程：若則:在T=293K(室溫)有：(殘余分子)現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五

②赫茲-努曾方程：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)在單位面積上碰撞的分子數(shù)為：證明如下：設(shè)單位時(shí)間內(nèi)vx~vx+dvx的分子在單位面積上碰撞的分子數(shù)為dΓ.所以，在dt內(nèi)vx~vx+dvx的分子碰撞dS的分子數(shù)dNC為：分子數(shù)密度分子平均速率證畢.現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五

③氣體分子碰壁數(shù)率N公式單位時(shí)間內(nèi)在單位面積上碰撞的分子數(shù)為：證明如下：赫茲-努曾方程氣體常數(shù)阿伏伽德羅常數(shù)氣體摩爾質(zhì)量證畢.現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五證明如下：由大學(xué)物理知，氣體分子平均自由程為：分子直經(jīng)∝10-10m(個(gè)/米3)由(個(gè)/厘米3)

④氣體分子自由程公式(室溫T=25℃=298K)證畢.可見(jiàn)：壓強(qiáng)越小，平均自由程越大?，F(xiàn)在是5頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五真空壓強(qiáng)單位：1Pa(帕)=l牛頓/米21mmHg(毫米汞柱)=l33.3Pa1Torr(托)=1/760atm=l33.3Pa1bar(巴)=105Pa1atm(一個(gè)大氣壓)=101308Pa真空程度區(qū)域劃分：壓強(qiáng)(Pa)平均自由程(cm)超高真空≤10-6≥10510-1-10-65-105高真空≥103≤10-4粗真空103-10-110-4-5低真空現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五應(yīng)用1：薄膜制備中對(duì)真空度的要求是多少？設(shè)N0個(gè)蒸發(fā)分子經(jīng)d后未受殘余氣體分子碰撞的數(shù)目為：顯然，被碰撞的分子百分?jǐn)?shù)f為：為產(chǎn)生鍍膜效果，要求即有：將代入得：一般來(lái)說(shuō)，為保證膜層質(zhì)量，要求若則:現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五應(yīng)用2：抑制殘余氣體與蒸發(fā)材料之間的反應(yīng)所要的真空度是多少？因?yàn)闅堄鄽怏w分子到達(dá)基片上的速率N為:蒸發(fā)分子到達(dá)基片上的速率F為:膜層密度摩爾質(zhì)量膜層厚度阿伏伽德羅常數(shù)蒸發(fā)時(shí)間為了抑制殘余氣體與蒸發(fā)材料的反應(yīng)，要求：一般來(lái)說(shuō)：注：?jiǎn)挝幻娣e現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五第二講真空獲得與真空測(cè)量l.真空獲得抽真空設(shè)備①機(jī)械泵②羅茨泵③擴(kuò)散泵④分子泵⑤離子泵⑥升華泵抽氣能力(極限真空度)大氣105Pa~1Pa5Pa~10-6Pa5Pa~10-8Pa~10-10Pa10-3Pa~10-12Pa10-3Pa

104Pa~10-2Pa104

102

110-2

10-4

SPa抽速升/秒機(jī)械泵羅茨泵分子泵擴(kuò)散泵現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五①機(jī)械泵的工作原理由玻意耳定律：n個(gè)循環(huán)后：當(dāng)則但存在有害空間，所以存在極限Pm抽速(升/秒)因有害空間，所以實(shí)際抽速為:當(dāng)時(shí)，有害空間現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五②擴(kuò)散泵的工作原理

根據(jù)流速大處氣壓小的原理，靠油蒸汽射流攜帶氣體分子，再通過(guò)機(jī)械泵將氣體排出。氣壓小真空室接機(jī)械泵加熱器(電爐)擴(kuò)散泵油冷阱冷卻水管現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五③分子泵的工作原理

通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片，不斷地對(duì)氣體分子施以定向的動(dòng)量和壓縮作用。渦輪葉片高速旋轉(zhuǎn)現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五④離子泵的工作原理鈦陰極鈦陰極不銹鋼陽(yáng)極高壓5千伏磁場(chǎng)1-2千伏氣體分子電離a.鈦陰極板收集離子；b.濺射出來(lái)的鈦原子吸收氣體分子。抽氣原理：⑤升華泵的工作原理對(duì)鈦絲或鈦球通電加熱使鈦升華。因大面積上充分升華鈦，所以能獲得大的抽氣速率?，F(xiàn)在是13頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五2.真空測(cè)量真空測(cè)量規(guī)管：①熱電偶規(guī)管(真空計(jì))-----低真空測(cè)量②電離規(guī)管(真空計(jì))-----高真空測(cè)量測(cè)量范圍：10～1Pa(在此范圍測(cè)量精確)測(cè)量范圍：10-1

～10-6Pa

現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五熱電偶工作原理：任何兩根不同的金屬如鎳-康銅、銅-康銅、鉑-鉑銠等，當(dāng)其兩個(gè)接頭的溫度不同時(shí)，出現(xiàn)溫差電動(dòng)勢(shì)：熱電偶中間導(dǎo)體定律：在熱電偶回路中，加入一根中間導(dǎo)體，只要中間導(dǎo)體兩端的溫度相同，就不會(huì)影響熱電動(dòng)熱?，F(xiàn)在是15頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五①熱電偶規(guī)管的工作原理mAmVK加熱燈絲玻璃管半經(jīng)r1Pt接真空室

在低壓強(qiáng)下氣體的熱傳導(dǎo)與壓強(qiáng)成正比關(guān)系.總熱量的散失：輻射熱燈絲兩端支撐的傳熱氣體分子碰撞燈絲而帶走的熱量顯然：Q1和Q2與壓強(qiáng)P無(wú)關(guān);只有Q3與壓強(qiáng)P有關(guān);壓強(qiáng)P↑,碰撞次數(shù)↑,Q3↑,從而燈絲溫度變化越大。現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五粗真空下：l自由程<<r1管半經(jīng)→Q3起主導(dǎo)作用但Q3與壓強(qiáng)P關(guān)系微弱∴不能測(cè)準(zhǔn)。低真空下：l自由程≈r1管半經(jīng)→仍有Q3＞

Q1+Q2Q3與壓強(qiáng)P成正比∴能測(cè)準(zhǔn)。高真空下：l自由程>>r1管半經(jīng)→Q3很小,即Q3<<Q1+Q2Q3與壓強(qiáng)P關(guān)系弱

∴不能測(cè)?，F(xiàn)在是17頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五②電離真空規(guī)管的工作原理K+-d燈絲(陰極)柵極(加速極)接真空室+離子收集極離子收集極得到的離子流；加速極上得到的電子流。假設(shè)：電子自由程而現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五(電離規(guī)管的特征方程)當(dāng)P>5Pa：氧化；當(dāng)P>1×10-1Pa較高真空：電離達(dá)到平衡→飽和→不能測(cè)

當(dāng)P<10-6Pa超高真空：高速電子打到加速極上→產(chǎn)生軟X射線→X射線打到離子收集極上→產(chǎn)生光電子發(fā)射→導(dǎo)致離子流增加→形成虛假的離子流Ii，∴不能測(cè)

∴電離規(guī)管的測(cè)量范圍：l0-1Pa～l0-6Pa現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五薄膜制備實(shí)驗(yàn)分組1.蒸發(fā)薄膜制備組3.直流(DC)磁控射頻薄膜制備組4.射頻(RF)磁控濺射薄膜制備組(2.二極射頻濺射薄膜制備組5.等離子體增強(qiáng)型化學(xué)汽相沉積(PECVD)薄膜制備組六人一組，并選出組長(zhǎng)，上交名單和作實(shí)驗(yàn)的時(shí)間及聯(lián)系方法.每人至少選兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，建議多選實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)在是20頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五薄膜制備

第三講主要有兩種方法：物理氣相沉積法(PVD)化學(xué)氣相沉積法(CVD)一.物理氣相沉積法(PVD)蒸發(fā)、濺射、離子鍍等現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五1.蒸發(fā)鍍膜

(理論分析以熱力學(xué)為基礎(chǔ))⑴飽和蒸汽壓PvPv滿足克勞修斯-克拉珀龍方程如下：飽和蒸汽壓摩爾汽化熱絕對(duì)溫度汽相摩爾體積液相摩爾體積

在一定溫度下的真空室里，蒸發(fā)材料的蒸汽與其固體或液體達(dá)到相平衡時(shí)的汽壓稱為該溫度T下的飽和蒸汽壓Pv?，F(xiàn)在是22頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五推導(dǎo)如下：由熱力學(xué)第一定律：吉布斯自由能：u:內(nèi)能,S:熵,H:焓顯然：由熱力學(xué)平衡理論知：當(dāng)汽相和液相達(dá)到平衡時(shí)有：(汽相)(液相)而摩爾汽化熱(證畢)現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五對(duì)于l摩爾的氣體有RT=PV，再考慮到Vg>>Vl

有：代入→克勞修斯-克拉珀龍方程改變?yōu)椋憾鱄是漸變函數(shù),可視為常數(shù).摩爾氣體常數(shù)注：由此作一條直線(飽和蒸汽壓曲線)現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五討論：①其斜率由此求汽化熱△H②飽和蒸汽壓隨著溫度升高而迅速增加，反之亦然。這表明：提高真空度可降低鍍膜材料蒸發(fā)所需溫度。③比較不同材料的蒸發(fā)溫度.物質(zhì)1物質(zhì)3物質(zhì)2由此，可以判斷在混合蒸發(fā)材料中，哪個(gè)元素或化合物先蒸發(fā)等。以便采取相應(yīng)的技術(shù)措施?，F(xiàn)在是25頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五⑵兩種或兩種以上物質(zhì)蒸發(fā)的飽和蒸汽壓Pv分壓定律：混合物的總蒸汽壓PT等于各組元蒸汽分壓之和,即：拉烏爾定律：在混合物狀態(tài)下成分i的飽和蒸汽壓為：式中：PiT為該成分i單獨(dú)存在時(shí)在溫度T下的飽和蒸汽壓;Ni為該成分i在混合物中占摩爾分?jǐn)?shù)。顯然，對(duì)于二元化合物來(lái)說(shuō)(A,B)，其N(xiāo)A+NB=l，其飽和蒸汽分壓分別為：總飽和蒸汽壓為：對(duì)于三元、四元及多元化合物來(lái)說(shuō)也如此。現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五三元化合物的熔點(diǎn)為：TA、TB、TC:分別為元素A、B、C

的熔點(diǎn)；三元成分相圖oa、ob、oc

:分別為相圖中到各邊的垂直距離。顯然，當(dāng)TA，TB，TC分別為元素A，B，C飽和蒸汽壓所對(duì)應(yīng)的溫度時(shí)，則T0就是化合物總飽和蒸汽壓PT所對(duì)應(yīng)的溫度。現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五⑶蒸發(fā)粒子的速率和能量

蒸發(fā)汽粒子的速率分布可視為麥克斯韋速率分布：即一個(gè)分子在溫度T下速率為v的概率。所以,一個(gè)分子在溫度T下均方速率為：動(dòng)能：←分子平均速率現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五⑷蒸發(fā)速率

由赫茲-努曾公式,單位時(shí)間單位面積上碰撞的氣體分子數(shù)為：這也是單位時(shí)間從蒸發(fā)源單位面積上蒸發(fā)出來(lái)的分子數(shù):PV:飽和蒸汽壓所以,單位時(shí)間從蒸發(fā)源單位面積上蒸發(fā)出來(lái)的質(zhì)量為:現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五⑸沉積速率

單位時(shí)間到達(dá)樣品表面單位面積上的分子數(shù)為：(自證)NA:阿佛加德羅常數(shù)；M:分子量；S0:蒸發(fā)源面積。設(shè)d理為單位時(shí)間內(nèi)膜層生長(zhǎng)厚度-----沉積速率d理為膜層密度式中：d理(米/秒)現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五

但實(shí)際上并不是百分之百地凝結(jié)成膜，總有一部分原子或分子會(huì)產(chǎn)生解吸。因此，存在一個(gè)凝結(jié)系數(shù)α即：d實(shí)=αd理α=d實(shí)/d理

不同的基板，往往凝結(jié)系數(shù)α不同，從而沉積速率d實(shí)不同.這是實(shí)驗(yàn)上所觀察到的現(xiàn)象?，F(xiàn)在是31頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五⑹蒸發(fā)手段電阻蒸發(fā)電子束蒸發(fā)激光蒸發(fā)反應(yīng)蒸發(fā)現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五濺射制備薄膜第四講一.濺射制備薄膜的工作原理雷電→實(shí)驗(yàn)?zāi)M→陰極射管→1860年格格夫“濺射”現(xiàn)象陰極陽(yáng)極陰極輝光負(fù)輝光陽(yáng)極光柱阿斯頓暗區(qū)克魯克斯暗區(qū)法拉第暗區(qū)陰極射線管：現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五

冷陰極發(fā)射出的電子其能量?jī)H1.0eV，不足以激活氣體，因此，形成阿斯頓暗區(qū)；

電子加速后具有了能量，激活氣體分子使其處于激發(fā)態(tài)，而激發(fā)態(tài)向低能級(jí)躍遷便發(fā)光，由此形成陰極輝光區(qū)；

電子繼續(xù)加速，具有了較大能量，經(jīng)碰撞使氣體分子電離而自身電子速度降低，從而無(wú)法激活氣體分子，因此形成克魯克斯暗區(qū)。顯然，在這個(gè)區(qū)域里有高密度的正離子，并加速向陰極運(yùn)動(dòng),從而有大電壓降；

慢電子再經(jīng)電場(chǎng)加速后具有了能量，激活氣體分子使其處于激活態(tài)，經(jīng)躍遷到低能，由此形成負(fù)輝光區(qū)；現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五

電子加速過(guò)快，僅能電離部分氣體分子，不能激活氣體分子，因而是暗區(qū)，稱其為法拉第暗區(qū)，并且暗區(qū)較長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的法拉第暗區(qū)，電子又慢下來(lái)；

慢下來(lái)的電子具有了激活氣體分子的適合能量，而使其處于激活態(tài)，經(jīng)躍遷到低能級(jí)而形成陽(yáng)極光柱。

由此可見(jiàn)，電壓主要降在克魯克斯暗區(qū)，而陰極光柱的電壓降很小，如圖所示。陰極陽(yáng)極克魯克斯暗區(qū)V現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五中性粒子e-電子正離子負(fù)離子返回入射離子反射離子“濺射”現(xiàn)象:二次發(fā)射粒子入射離子能量=熱能+二次發(fā)射粒子能量95％5％中性粒子數(shù)：二次電子數(shù)：二次離子數(shù)100101加熱，結(jié)晶變化，擴(kuò)散，離子注入濺射理論:熱學(xué)理論---局部加熱蒸發(fā)，因不合實(shí)際而淘汰。動(dòng)量理論---動(dòng)量傳遞，當(dāng)動(dòng)能大于升華熱---濺出?，F(xiàn)普遍承認(rèn)現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五濺射參數(shù)：濺射率，濺射閥，濺射粒子速度和能量。①濺射率(濺射產(chǎn)額或?yàn)R射系數(shù))平均每個(gè)正離子能從陰極上打出的原子數(shù).實(shí)際結(jié)果：濺射率增大方向多晶材料的濺射率S：E:入射離子能量E0:升華熱其推導(dǎo)參見(jiàn)：現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五②濺射閾值入射離子使陰極靶產(chǎn)生濺射所需的最小能量.一般為：10-30eV/分子;而升華熱為：2-8eV/分子.③濺射粒子的速率和能量Ar+轟擊下，濺射粒子的平均速率為3-6×105cm/s平均能量為:10-40eV>>大于蒸發(fā)能量④二極濺射淀積速率0.3-5μm/s<<蒸發(fā)102-105μm/s結(jié)論：濺射法：能量大，但淀積速率低蒸發(fā)法：能量小，但淀積速率快現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五二.二極濺射、三極濺射1.二極濺射(DC直流濺射)抽氣出水冷卻水進(jìn)Ar氣等接負(fù)高壓陰極濺射原理圖樣品靶M輝光等離子區(qū)濺射步驟：①抽真空至10-3-10-4Pa.②充入惰性氣體(如Ar)

至7-0.1Pa.③加數(shù)千伏的負(fù)高壓,出現(xiàn)輝光放電.

這時(shí)，被電離了的Ar離子向靶加速運(yùn)動(dòng)，通過(guò)動(dòng)量傳遞，靶材原子被打出而濺射到樣品上，形成薄膜。現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五優(yōu)點(diǎn)：二極濺射結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單.缺點(diǎn)：不能濺射介質(zhì)膜即絕緣膜；濺射速率低，往往需要幾個(gè)小時(shí).二極濺射的優(yōu)缺點(diǎn)：現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五2.三極濺射陽(yáng)極(+50V)靶(-600V)磁場(chǎng)線圈(40-1000高斯)樣品柵極(+360V)熱燈絲惰性氣體(Ar)抽氣三極濺射原理圖

為提高濺射沉積速率和避免基板升溫而提出了三極濺射結(jié)構(gòu)→

由此可見(jiàn)，等離子區(qū)由熱陰極和一個(gè)與靶無(wú)關(guān)的陽(yáng)極來(lái)維持,而靶偏壓是獨(dú)立的。M現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五

由此可大大降低靶電壓，并且可在較低的氣壓(10-1Pa)進(jìn)行放電起輝。

再加入定向磁場(chǎng)，可把等離子體聚成一定的形狀，從而使電離效率明顯提高，進(jìn)而提高濺射沉積速率:2000nm/min另外，二次電子被磁場(chǎng)捕獲，可避免基板升溫。

顯然，三極濺射的濺射速率等比二極濺射有了較大的進(jìn)步，但是仍不能滿足實(shí)際要求的濺射沉積速率，氣體分子也只有0.3％-0.5％的被電離，因?yàn)殡娮訋缀跏侵本€運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)在是42頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五濺射制備薄膜第五講三.射頻濺射鍍膜(Rf濺射)

上堂課講的二極、三極濺射是直流(DC)濺射，這只能濺射金屬膜而不能濺射介質(zhì)絕緣材料。因?yàn)榘忻嫔险x子堆積越來(lái)越多，從而靶電勢(shì)越來(lái)越高，導(dǎo)致陰靶極和陽(yáng)極基板電勢(shì)差越來(lái)越小,最后,不能形成輝光放電而停止濺射,如圖所示。-1500~-3000V絕緣介質(zhì)靶樣品現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五

射頻濺射(RF)可濺射鍍制介質(zhì)膜和金屬膜,即在絕緣靶背面裝上一金屬電極,施加頻率為5-30MHz的高頻電場(chǎng)一般采用工業(yè)頻率13.56MHz，可使濺射持續(xù)進(jìn)行，其工作原理如圖所示：絕緣介質(zhì)靶樣品高頻電源-Vb0Vt負(fù)半周正半周現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五負(fù)半周時(shí)：氬離子濺射靶材，并堆積在靶面，但正離子運(yùn)動(dòng)相對(duì)電子運(yùn)動(dòng)要慢得多，所以正氬離子堆積慢。正半周時(shí)：電子打在靶表面上，與靶表面上的正離子Ar+中和，并堆積在靶面上，由于電子運(yùn)動(dòng)快，所以堆積快。

因此，從長(zhǎng)一段時(shí)間來(lái)看，靶材表面呈負(fù)性，即相當(dāng)于靶自動(dòng)地加了一個(gè)負(fù)偏壓Vb，從而靶材料能在正離子Ar+轟擊下持續(xù)濺射?，F(xiàn)在是45頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五

另外，電子在高頻電場(chǎng)中的振蕩可增加電離Ar+離子的幾率，從而使濺射速率提高。高頻電場(chǎng)頻率值選擇依據(jù)：∵陰陽(yáng)電極間構(gòu)成電容C,其間電壓V,蓄電量Q,則有：所以頻率為：這正是選擇工業(yè)頻率13.6MHz的依據(jù)。設(shè)I為一周期內(nèi)流過(guò)電極的平均電流10-2-10-3A，而△V≈500V，C≈10-11-10-12F，現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五四.磁控濺射鍍膜

上述幾種濺射方法其濺射速率較低，因?yàn)殡娮釉陉庩?yáng)電極之間作直線運(yùn)動(dòng)，所以僅有％的氣體分子被電離。

磁控濺射的濺射速率比上述幾種濺射方法提高十倍左右，并且對(duì)于許多材料，其濺射速率幾乎接近電子束的蒸發(fā)速率。-200~-500V磁芯磁力線樣品靶材現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五磁控濺射的工作原理:

引入正交電磁場(chǎng)使電子作曲線運(yùn)動(dòng)，從而使Ar原子的離化率提高到5-6％，進(jìn)而使濺射速率提高十倍以上。定性分析：定量分析：如圖.

電子受力為：設(shè)t=0時(shí)，電子初速v0=0,E、H為常數(shù)由此電子在開(kāi)初不可能有vz,即vz=0僅有vx初≠0,vy初≠0(電子在電場(chǎng)E作用下)現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五令：其解：當(dāng)t=0時(shí)現(xiàn)在是49頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五而在x方向僅受電場(chǎng)力作用，所以有：同理可證：自證現(xiàn)在是50頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五

由此可見(jiàn)，電子運(yùn)動(dòng)軌跡為在E與H構(gòu)成平面的擺線方程。

將x、y分別對(duì)t求導(dǎo),得電子速率方程：

由此可見(jiàn),電子運(yùn)動(dòng)速率呈周期性變化,并且速率峰值與E成正比,與H成反比,而變化頻率與H成正比,即：討論：…現(xiàn)在是51頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五離子鍍膜法,MBE法,CVD法第六講1.

離子鍍膜法①

真空蒸發(fā)+濺射→離子鍍膜法②

離子束濺射→離子鍍膜法現(xiàn)在是52頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五①

真空蒸發(fā)+濺射→離子鍍膜法等離子體樣品熱燈絲惰性氣體(Ar)抽氣蒸發(fā)材料本底真空:10-3-10-4Pa工作氣壓:10-2-1Pa用真空蒸發(fā)來(lái)制成薄膜;用濺射作用來(lái)清潔樣品表面→離子清洗.直流電壓現(xiàn)在是53頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五優(yōu)點(diǎn)：成膜速率快50μm/min，膜層潔凈，不受沾污，能量大(高出濺射法鍍膜粒子1-2個(gè)數(shù)量級(jí))缺點(diǎn)：正離子轟擊基片使其升溫，從而引起膜層中缺陷和針孔。a.將直流電壓換成高頻電源→高頻離子鍍；

b.另設(shè)一寬束離子源轟擊基片，能量可調(diào)→離子輔助沉積成膜。改進(jìn)措施：現(xiàn)在是54頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五②

離子束濺射→離子鍍膜法

真空蒸發(fā)鍍膜，濺射鍍膜，離子鍍膜都不能控制達(dá)到基片上的粒子流。為提高成膜質(zhì)量，需要精確控制成膜過(guò)程如圖所示：離子源Ar抽氣樣品靶材克努曾噴射源現(xiàn)在是55頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五優(yōu)點(diǎn)：成膜能精確控制，調(diào)束流和離子束能即可；高真空度下成膜，膜層質(zhì)量好；基片溫度低。

由圖可見(jiàn)，惰性離子Ar+束轟擊靶材，而將靶材分子濺射到基片上。這事實(shí)上屬二次離子束沉積。

進(jìn)一步改進(jìn)即實(shí)現(xiàn)一次離子束沉積：由固態(tài)物質(zhì)的離子束直接打在基片上沉積而形成薄膜---離子束沉積法。

但在工藝實(shí)現(xiàn)比較困難，因?yàn)椴灰桩a(chǎn)生足夠數(shù)量的固態(tài)物質(zhì)離子，并能將它們引出和聚焦成束?，F(xiàn)在是56頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五2.

分子束外延制膜法(MBE)

外延工藝：合適的條件下，在適當(dāng)?shù)囊r底上生成一層晶格結(jié)構(gòu)完整的新單晶層外延層的制膜工藝。

同質(zhì)外延：外適層與襯底材料在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上相同，但純度可控等。

異質(zhì)外延：外適層與襯底材料在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同。高品質(zhì)的半導(dǎo)體芯片就是由分子束外延制成?，F(xiàn)在是57頁(yè)\一共有62頁(yè)\編輯于星期五分子束外延裝置:Sn源Al源Ga源……檔板樣品工作室真空：10-8Pa;分子束噴射源多個(gè);各種監(jiān)控儀等。

將物質(zhì)如Al、Ga等摻雜劑分別放入噴射源的坩熔內(nèi)，加熱使物質(zhì)熔化升華就能產(chǎn)生相應(yīng)的分子束；這是目前最精確可控的成膜技術(shù)。

噴射源的孔徑遠(yuǎn)小于容器內(nèi)蒸汽分子的平均