真空蒸發(fā)蒸發(fā)鍍膜

關(guān)于真空蒸發(fā)蒸發(fā)鍍膜物理氣相沉積（PhysicalVaporDeposition）真空蒸發(fā)鍍膜真空濺射鍍膜真空離子鍍膜第2頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天真空蒸發(fā)鍍膜：將固體材料置于高真空環(huán)境中加熱，使之升華或蒸發(fā)并沉積在特定襯底上以獲得薄膜的工藝方法。第3頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一節(jié)真空蒸發(fā)原理第4頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一節(jié)真空蒸發(fā)原理蒸發(fā)度膜的三個(gè)基本過(guò)程：

加熱蒸發(fā)過(guò)程固相或液相轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀鄽庀嘣踊蚍肿拥妮斶\(yùn)過(guò)程（源-基距）氣相粒子在環(huán)境氣氛中的飛行過(guò)程，輸運(yùn)過(guò)程中氣相粒子與殘余氣體分子發(fā)生碰撞的次數(shù)，取決于蒸發(fā)原子的平均自由程，以及蒸發(fā)源與基片之間的距離。蒸發(fā)原子或分子在基片表面的淀積過(guò)程即蒸氣凝聚、成核、核生長(zhǎng)、形成連續(xù)薄膜的過(guò)程。由于基板溫度較低，因此，沉積物分子在基板表面將直接發(fā)生從氣相到固相的相轉(zhuǎn)變。第5頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一節(jié)真空蒸發(fā)原理2.飽和蒸氣壓概念在一定溫度下，真空室內(nèi)蒸發(fā)物質(zhì)的蒸氣與固體或液體平衡過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的壓力處于飽和蒸氣壓時(shí)，蒸發(fā)物表面液相、氣相處于動(dòng)態(tài)平衡；飽和蒸氣壓隨溫度的升高而增大；一定溫度下，各種物質(zhì)具有恒定的飽和蒸氣壓，相反一定的飽和蒸氣壓對(duì)應(yīng)一定的溫度；不同物質(zhì)在一定溫度下的飽和蒸氣壓不同；第6頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一節(jié)真空蒸發(fā)原理克拉伯龍-克勞修斯（Clapeylon-Clausius）方程

為摩爾汽化熱或蒸發(fā)熱（J/mol）；和分別為氣相和固相的摩爾體積（cm3）；為絕對(duì)溫度（K）。

因?yàn)?，假設(shè)低壓氣體符合理想氣體狀態(tài)方程，則有線性關(guān)系或飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系第7頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一節(jié)真空蒸發(fā)原理氣化熱Hv隨溫度變化很小或在30℃時(shí)，水的飽和蒸氣壓為4132.982Pa；在100℃時(shí)，水的飽和蒸氣壓增大到101324.72Pa第8頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天

飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系曲線對(duì)于薄膜制作技術(shù)有重要意義，它可以幫助我們合理選擇蒸發(fā)材料和確定蒸發(fā)條件。第一節(jié)真空蒸發(fā)原理蒸發(fā)溫度規(guī)定物質(zhì)在飽和蒸氣壓為10-2Torr時(shí)的溫度第9頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.蒸發(fā)速率

根據(jù)氣體分子運(yùn)動(dòng)論，在氣體壓力為P時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積器壁上的分子數(shù)量，即碰撞分子流量（通量或蒸發(fā)速率）J：冷凝系數(shù)

設(shè)蒸發(fā)材料表面液相、氣體處于動(dòng)態(tài)平衡，到達(dá)液相表面的分子全部粘接而不脫離，與從液相到氣相的分子數(shù)相等，則蒸發(fā)速率：第一節(jié)真空蒸發(fā)原理dN蒸發(fā)分子數(shù)，αe蒸發(fā)系數(shù)，A蒸發(fā)面積，t時(shí)間，Pv和Ph分別為飽和蒸氣壓和液體靜壓第10頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天最大蒸發(fā)速率：（2-9）單位面積質(zhì)量蒸發(fā)速率除了與蒸發(fā)物質(zhì)的分子量、絕對(duì)溫度和蒸發(fā)物質(zhì)在T溫度時(shí)的飽和蒸氣壓有關(guān)外，還與材料自身的清潔度有關(guān)，特別是蒸發(fā)源溫度的變化對(duì)蒸發(fā)速率影響極大第一節(jié)真空蒸發(fā)原理第11頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天第12頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天蒸發(fā)速率隨溫度變化關(guān)系對(duì)金屬之間蒸發(fā)源溫度微小變化就可以引起蒸發(fā)速率的很大變化。例：蒸發(fā)鋁，計(jì)算由于1％的溫度變化，對(duì)鋁蒸發(fā)薄膜生長(zhǎng)速率的影響。B=3.586×104（K）,在蒸氣壓為1Torr時(shí)的蒸發(fā)溫度為1830K。第一節(jié)真空蒸發(fā)原理第13頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天對(duì)基片的碰撞率：熱平衡條件下，單位時(shí)間通過(guò)單位面積的氣體分子數(shù)為：第一節(jié)真空蒸發(fā)原理

一般薄膜的淀積速率為每秒一個(gè)原子層，當(dāng)殘余氣體壓強(qiáng)為10-5Torr時(shí)，氣體分子和蒸發(fā)物質(zhì)原子幾乎按1：1的比例到達(dá)基板表面。第14頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天所以，真空度足夠高，平均自由程足夠大，且時(shí)：

為保證鍍膜質(zhì)量，在要求時(shí)，源-基距時(shí)，必須。

由此可見(jiàn)，只有當(dāng)（l為源-基距）時(shí)，即平均自由程較源-基距大得多的情況下，才能有效減少蒸發(fā)分子在輸運(yùn)過(guò)程中的碰撞。第一節(jié)真空蒸發(fā)原理第15頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天第三節(jié)蒸發(fā)源的類型

常用電阻加熱蒸發(fā)源形狀絲狀蒸發(fā)源線徑0.5－1mm蒸鋁用于蒸發(fā)塊狀或絲狀的升華材料和不易浸潤(rùn)材料箔狀蒸發(fā)源厚度0.05－0.15mm第16頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性及膜厚分布各種蒸發(fā)皿結(jié)構(gòu)第17頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性及膜厚分布★電子束蒸發(fā)源

電阻加熱蒸發(fā)源已不能滿足蒸鍍某些高熔點(diǎn)金屬和氧化物材料的需要，特別是制備高純薄膜。電子束加熱蒸發(fā)法克服了電阻加熱蒸發(fā)的許多缺點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。第18頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天

電子束加熱原理

可聚焦的電子束，能局部加溫元素源，因不加熱其它部分而避免污染高能量電子束能使高熔點(diǎn)元素達(dá)到足夠高溫以產(chǎn)生適量的蒸氣壓電子的動(dòng)能和電功率：第19頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天電子束蒸發(fā)源的優(yōu)點(diǎn)：

電子束的束流密度高，能獲得遠(yuǎn)比電阻加熱源更大的能量密度。被蒸發(fā)材料置于水冷坩堝內(nèi)，避免了容器材料的蒸發(fā)，以及容器材料與蒸發(fā)材料的反應(yīng)，提高了薄膜的純度。熱量直接加到蒸鍍材料表面，熱效率高，熱傳導(dǎo)和熱輻射損失小。電子束蒸發(fā)源的缺點(diǎn)：

可使蒸發(fā)氣體和殘余氣體電離，有時(shí)會(huì)影響膜層質(zhì)量；電子束蒸鍍裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴；產(chǎn)生的軟X射線對(duì)人體有一定的傷害。第20頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天

電子束蒸發(fā)源的結(jié)構(gòu)

環(huán)型槍直型槍e型槍結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單功率、效率不高第21頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天直型槍

使用方便，能量密度高，易于調(diào)節(jié)控制。體積大、成本高，蒸鍍材料會(huì)污染槍體結(jié)構(gòu)，存在從燈絲逸出的Na離子污染第22頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天第23頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天1-發(fā)射體，2-陽(yáng)極，3-電磁線圈，4-水冷坩堝，5-收集極，6-吸收極，7-電子軌跡，8-正離子軌跡，9-散射電子軌跡，10-等離子體吸收反射電子、背散射電子、二次電子吸收電子束與蒸發(fā)的中性離子碰撞產(chǎn)生的正離子e型槍第24頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天★高頻感應(yīng)蒸發(fā)源高頻感應(yīng)蒸發(fā)源的特點(diǎn)：蒸發(fā)速率大，比電阻蒸發(fā)源大10倍左右；蒸發(fā)源溫度均勻穩(wěn)定，不易產(chǎn)生飛濺；蒸發(fā)材料是金屬時(shí)，從內(nèi)部加熱；蒸發(fā)源一次加料，無(wú)需送料機(jī)構(gòu)，控溫容易，熱惰性小，操作簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：蒸發(fā)裝置必須屏蔽、高頻發(fā)生器昂貴，氣壓高于10-2Pa，高頻場(chǎng)就會(huì)使殘余氣體電離，使功耗增大第25頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天5.蒸發(fā)所需能量和離子能量★能量損失的種類

——

蒸發(fā)材料蒸發(fā)時(shí)所需的熱量

——

蒸發(fā)源因輻射所損失的能量

——

蒸發(fā)源因熱傳導(dǎo)而損失的能量★蒸發(fā)材料蒸發(fā)時(shí)所需的熱量第一節(jié)真空蒸發(fā)原理第26頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天

不同物質(zhì)在相同壓強(qiáng)下所需的蒸發(fā)熱是不同的；蒸發(fā)熱量值的80%以上是蒸發(fā)熱而消耗掉的。第一節(jié)真空蒸發(fā)原理第27頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一節(jié)真空蒸發(fā)原理1.真空蒸發(fā)的特點(diǎn)與蒸發(fā)過(guò)程

設(shè)備比較簡(jiǎn)單、操作容易；薄膜純度高、質(zhì)量好，厚度可較準(zhǔn)確控制；成膜速度快、效率高，采用掩?？梢垣@得清晰的圖形；薄膜生長(zhǎng)機(jī)理比較單純。缺點(diǎn)：不容易獲得結(jié)晶結(jié)構(gòu)的薄膜，薄膜附著力較小，工藝重復(fù)性差。特點(diǎn)：第28頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天主要內(nèi)容6-1真空蒸發(fā)原理6-2蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性及膜厚分布6-3蒸發(fā)源的類型6-4合金及化合物蒸發(fā)6-5膜厚和淀積速率的測(cè)量與監(jiān)控第29頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性及膜厚分布均勻膜層厚度是薄膜技術(shù)中的關(guān)鍵問(wèn)題。取決于如下因素：

蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性基板與蒸發(fā)源的幾何形狀基板與蒸發(fā)源的相對(duì)位置蒸發(fā)物質(zhì)的蒸發(fā)量基本假設(shè)：

1.蒸發(fā)原子或分子與殘余氣體分子之間不發(fā)生碰撞；

2.蒸發(fā)源附近的原子或分子之間不發(fā)生碰撞；

3.淀積到基片上的原子不發(fā)生再蒸發(fā)現(xiàn)象。第30頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性及膜厚分布★點(diǎn)蒸發(fā)源

能夠從各個(gè)方向蒸發(fā)等量材料的微小球狀蒸發(fā)源稱為點(diǎn)蒸發(fā)源（點(diǎn)源）。第31頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性及膜厚分布在基板平面內(nèi)薄膜厚度分布：當(dāng)在點(diǎn)源正上方，即時(shí)，膜層厚度為：第32頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性及膜厚分布★小平面蒸發(fā)源

這種蒸發(fā)源的發(fā)射特性具有方向性，使得在角方向蒸發(fā)的材料質(zhì)量和成正比。第33頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性及膜厚分布當(dāng)在點(diǎn)源正上方，即時(shí)，膜層厚度為：在基板平面內(nèi)薄膜厚度分布：第34頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性及膜厚分布點(diǎn)源：小平面源：第35頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性及膜厚分布第36頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性及膜厚分布第37頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性及膜厚分布★細(xì)長(zhǎng)平面蒸發(fā)源dSSHhrzxy0θθ-l/2adσ(x,y)l/2

視dS為小平面蒸發(fā)源，則dσ上得到的蒸發(fā)量為第38頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性及膜厚分布積分后在原點(diǎn)處，，則膜厚為第39頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性及膜厚分布★環(huán)狀蒸發(fā)源dφRAN0xydS2dS1hφ第40頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性及膜厚分布★實(shí)際蒸發(fā)源的發(fā)射特性

實(shí)際蒸發(fā)源的發(fā)射特性可根據(jù)熔融后的形態(tài)，選取不同的膜厚蒸發(fā)公式進(jìn)行理論分析和近似計(jì)算。（p33）★蒸發(fā)源與基板的相對(duì)位置配置點(diǎn)源與基板相對(duì)位置

為獲得均勻的膜厚，電源必須配置在基板圍成的球面中心。第41頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性及膜厚分布小平面源與基板相對(duì)位置

當(dāng)小平面源為球形工作架的一部分時(shí)，在內(nèi)球體表面上的膜厚分布是均勻的。當(dāng)時(shí)，

厚度與角無(wú)關(guān)，對(duì)于一定半徑的球形工作架，其內(nèi)表面膜厚取決于材料性質(zhì)、的大小及蒸發(fā)量。第42頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性及膜厚分布EvaporationSchemetoachieveUniformDeposition第43頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性及膜厚分布小面積基板時(shí)蒸發(fā)源的位置配置

如果被蒸鍍的面積比較小，可以將蒸發(fā)源直接配置于基板的中心線上，源-基距H取1~1.5D。第44頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性及膜厚分布大面積基板和蒸發(fā)源的配置

基板公轉(zhuǎn)加自轉(zhuǎn)多點(diǎn)源或小平面蒸發(fā)源第45頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天第46頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天第三節(jié)蒸發(fā)源的類型

蒸發(fā)源是蒸發(fā)裝置的關(guān)鍵部件。最常用的有：電阻法、電子束法、高頻法等。★電阻蒸發(fā)源直接加熱法（W、Mo、Ta）間接加熱法（Al2O3、BeO等坩堝）

對(duì)蒸發(fā)源材料的要求（p36表2-5）高熔點(diǎn)飽和蒸氣壓低化學(xué)性能穩(wěn)定，高溫下不與蒸發(fā)材料反應(yīng)良好的耐熱性原料豐富、經(jīng)濟(jì)耐用

高溫時(shí)，鉭和金形成合金，鋁、鐵、鎳、鈷等與鎢、鉬、鉭等形成合金

B2O3與鎢、鉬、鉭有反應(yīng)，W與水汽或氧反應(yīng)，形成揮發(fā)性的WO、WO2或WO3；Mo也能與水汽或氧反應(yīng)生成揮發(fā)性的MoO3第47頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天第三節(jié)蒸發(fā)源的類型

改進(jìn)的辦法，是采用氮化硼導(dǎo)電陶瓷坩堝、氧化鋯、氧化釷、氧化鈹、氧化鎂、氧化鋁坩堝及石磨坩堝，或采用蒸發(fā)材料自熱蒸發(fā)源。

常用的蒸發(fā)源材料有：

W、Mo、Ta，耐高溫的金屬氧化物、陶瓷或石墨坩堝

蒸鍍材料對(duì)蒸發(fā)源材料的“濕潤(rùn)性”濕潤(rùn)情況－面蒸發(fā)源濕潤(rùn)?。c(diǎn)蒸發(fā)源第48頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.4合金及化合物的蒸發(fā)

對(duì)于兩種以上元素組成的合金和化合物薄膜，在蒸發(fā)時(shí)如何控制組分，以獲得與蒸發(fā)材料化學(xué)比不變的膜層，是薄膜技術(shù)中的一個(gè)重要問(wèn)題。★合金的蒸發(fā)

二元以上合金或化合物，由于各成分飽和蒸氣壓不同，蒸發(fā)速率不同，引起薄膜成分偏離。

合金的蒸發(fā)可以近似地用拉烏爾定律來(lái)處理。

合金蒸發(fā)的組分偏離問(wèn)題第49頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天合金及化合物的蒸發(fā)拉烏爾定律（Raoult’sLaw）1887年，法國(guó)化學(xué)家Raoult從實(shí)驗(yàn)中歸納出一個(gè)經(jīng)驗(yàn)定律：在定溫下，在稀溶液中，溶劑的蒸氣壓等于純?nèi)軇┱魵鈮撼艘匀芤褐腥軇┑奈镔|(zhì)的量分?jǐn)?shù)，用公式表示為：如果溶液中只有A，B兩個(gè)組分，則拉烏爾定律也可表示為：溶劑蒸氣壓的降低值與純?nèi)軇┱魵鈮褐鹊扔谌苜|(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)。第50頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天合金及化合物的蒸發(fā)

設(shè)、分別圍A、B的質(zhì)量，、為合金中的濃度，則第51頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天合金及化合物的蒸發(fā)合金各組分的蒸發(fā)速率：

若要保證薄膜組分和蒸發(fā)料一致，則必須，實(shí)際上難于做到。第52頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天合金及化合物的蒸發(fā)例題：處于1527℃下的鎳鉻合金（Ni80%，Cr20%），在，時(shí)，蒸發(fā)速率比為：

鉻的初始蒸發(fā)速率是鎳的2.8倍；隨蒸發(fā)過(guò)程，會(huì)逐漸減小，最終會(huì)小于1。鎳-鉻合金薄膜實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了上述結(jié)果。在真空蒸發(fā)法制作合金薄膜時(shí)，為保證薄膜組成，經(jīng)常采用瞬時(shí)蒸發(fā)法、雙蒸發(fā)源法等。第53頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天合金及化合物的蒸發(fā)

瞬時(shí)蒸發(fā)法瞬時(shí)蒸發(fā)法又稱“閃爍”蒸發(fā)法。優(yōu)點(diǎn)：可以獲得成分均勻的薄膜，方便進(jìn)行摻雜。缺點(diǎn)：蒸發(fā)速率難于控制，蒸發(fā)速率不能太快。多用于Ⅲ-Ⅴ族及Ⅱ-Ⅵ半導(dǎo)體化合薄膜的制作。第54頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天合金及化合物的蒸發(fā)

雙源或多源蒸發(fā)法

將要形成合金的每一成分，分別裝入各自的蒸發(fā)源中，然后獨(dú)立地控制其蒸發(fā)速率，使達(dá)到基板的各種原子符合組成要求。第55頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天合金及化合物的蒸發(fā)★化合物的蒸發(fā)

電阻蒸發(fā)法、反應(yīng)蒸發(fā)法、雙源或多源蒸發(fā)法、三溫度法和分子束外延法等。反應(yīng)蒸發(fā)法：主要用于制備高熔點(diǎn)的絕緣介質(zhì)薄膜，如氧化物、氮化物、硅化物等。三溫度法和分子束外延：主要用于制備單晶半導(dǎo)體化合物薄膜，特別是Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體薄膜。第56頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天反應(yīng)蒸發(fā)法將活性氣體導(dǎo)入真空室，并與蒸發(fā)源逸出的金屬原子、低價(jià)化合物分子在基板表面淀積過(guò)程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而形成所需高價(jià)化合物薄膜。第57頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天合金及化合物的蒸發(fā)第58頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天合金及化合物的蒸發(fā)

在反應(yīng)蒸發(fā)中，蒸發(fā)原子或低價(jià)化合物分子與活性氣體發(fā)生反應(yīng)有三個(gè)可能的部位。

蒸發(fā)源表面（盡可能避免）蒸發(fā)源到基板的空間（反應(yīng)幾率很?。┗灞砻妫ㄖ饕磻?yīng)部位）第59頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天合金及化合物的蒸發(fā)

三溫度法分別控制低蒸氣壓元素（Ⅲ）的蒸發(fā)溫度TⅢ、高蒸氣壓元素（Ⅴ）的蒸發(fā)溫度TⅤ和基板溫度TS，一共三個(gè)溫度，即三溫度法。由于相當(dāng)與在高蒸氣壓元素氣氛中蒸發(fā)低低蒸氣壓元素，所以，類似于反應(yīng)蒸發(fā)法。第60頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天合金及化合物的蒸發(fā)——MBE★分子束外延

分子束外延是50年代用真空蒸發(fā)技術(shù)制備半導(dǎo)體薄膜材料發(fā)展而來(lái)的。隨著超高真空技術(shù)的發(fā)展而日趨完善，近十幾年來(lái)由于分子束外延技術(shù)的發(fā)展,開(kāi)拓了一系列嶄新的超晶格器件，擴(kuò)展了半導(dǎo)體科學(xué)的新領(lǐng)域，進(jìn)一步說(shuō)明了半導(dǎo)體材料的發(fā)展對(duì)半導(dǎo)體物理和半導(dǎo)體器件的影響。分子束外延的優(yōu)點(diǎn)就是能夠制備超薄層的半導(dǎo)體材料；外延材料表面形貌好，而且面積較大均勻性較好；可以制成不同摻雜劑或不同成份的多層結(jié)構(gòu)；外延生長(zhǎng)的溫度較低，有利于提高外延層的純度和完整性；利用各種元素的粘附系數(shù)的差別，可制成化學(xué)配比較好的化合物半導(dǎo)體薄膜。

第61頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天

分子束外延（Molecularbeamepitaxy,MBE）是在1969年由貝爾（Bell）實(shí)驗(yàn)室的J.R.Arthur命名的。它是在適當(dāng)?shù)囊r底和合適的條件下，沿襯底材料晶軸方向生長(zhǎng)一層結(jié)晶結(jié)構(gòu)完整的新單晶層薄膜的方法，故稱該工藝為外延。新生的單晶層叫外延層。氣相外延（VPE）：CVD外延、PVD外延液相外延（LPE）：分子束外延（MBE）：

廣泛應(yīng)用于固態(tài)微波器件、光電器件、超大規(guī)模集成電路、光通訊和制備超晶格材料等領(lǐng)域。第62頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天合金及化合物的蒸發(fā)

交流電弧蒸發(fā)法借鑒了碳素膜制備方法，不需要特別的設(shè)備。蒸發(fā)材料作為電極棒安裝在與蒸鍍室絕緣的兩根電極支持棒上，蒸鍍室的真空度達(dá)10-6-10-7Torr后，在電極間加交流電壓10-50V，移動(dòng)一個(gè)電極，使其與另一電極接觸．隨后立即拉開(kāi)。這樣，在電極間產(chǎn)生電弧放電，電極材料蒸發(fā)，在與蒸發(fā)源相距適當(dāng)距離的基片上形成薄膜。第63頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天合金及化合物的蒸發(fā)

適當(dāng)控制蒸鍍室的真空度，直流電弧放電可持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間。這種方法可用于金屬膜的蒸鍍，也可用于鐵氧體等氧化膜的蒸鍍。把燒結(jié)的鐵氧體塊體放入真空度為10-5Torr的蒸鍍室內(nèi)，使塊體表面朝上，Mo電極棒與塊體表面接觸，加直流電壓110V。當(dāng)接觸部位熔化時(shí)，將Mo電極稍微拉離表面就會(huì)引起電弧放電，使鐵氧體蒸發(fā)。為了維持放電，需要有10-6-10-7Torr的真空度和5-15A的放電電流。構(gòu)成鐵氧體的金屬元素有不同的蒸發(fā)溫度，因此得到的蒸鍍膜是不均勻的，但將其在空氣加熱至1250一1350℃就會(huì)形成均質(zhì)薄膜。母材的組成與膜的組成是有差別的，適當(dāng)選擇母材組成就可以得到符合組成要求的鐵氧體薄膜。第64頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天合金及化合物的蒸發(fā)

熱壁法

為獲得良好的外延生長(zhǎng)膜，人們研究了熱壁外延生長(zhǎng)法。熱壁法是利用加熱的石英管間接加熱蒸發(fā)材料，使其蒸發(fā)，在襯底上形成薄膜。

熱壁法的主要結(jié)構(gòu)是在熱管(熱壁)的上端安裝基片，在熱管下端安裝蒸發(fā)源，熱管起著輸運(yùn)蒸氣和使蒸氣溫度保持均勻的作用。熱管結(jié)構(gòu)是封閉的，因此可以防止蒸氣向外部散失，并可控制組分的蒸氣壓。第65頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天合金及化合物的蒸發(fā)

熱壁法的最大特點(diǎn)是在熱平衡狀態(tài)下成膜?？梢孕纬沙Ц窠Y(jié)構(gòu)。第66頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天合金及化合物的蒸發(fā)激光蒸發(fā)法的特點(diǎn)：

激光加熱可以達(dá)到極高的溫度，可蒸發(fā)任何高熔點(diǎn)材料，且獲得很高的蒸發(fā)速率；非接觸式加熱，完全避免了蒸發(fā)源的污染，簡(jiǎn)化了真空室，非常適合在超高真空下制備高純薄膜；能對(duì)某些化合物或合金進(jìn)行“閃爍”蒸發(fā)，有利于保證薄膜成分的組成和防止分解，是淀積介質(zhì)薄膜、半導(dǎo)體薄膜和無(wú)機(jī)化合物薄膜的好方法。第67頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天第68頁(yè),共77頁(yè)，2024年2月25日，星期天膜厚和淀積速率的測(cè)量與監(jiān)控

薄膜厚度是薄膜最重要的參數(shù)之一，它影響著薄膜的各種性質(zhì)及其應(yīng)用。薄膜淀積速率是制膜工藝中的一個(gè)重要參數(shù)，它直接影響薄膜的結(jié)構(gòu)的特性。重點(diǎn)：薄膜厚度的測(cè)量和監(jiān)控。第69頁(yè),共77頁(yè)，2024年2