《蒸发法薄膜制备》PPT课件

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1、平均自由程的定义及公式，物理含义三种常见的真空泵，它们的特点及具体应用。常见真空计的类型及使用范围现有机械泵、分子泵，请将他们按适当的顺序连接到真空制膜腔体上（画图），并说明理由。第一章薄膜技术基础作业第二章、真空蒸发镀膜1.真空蒸发原理2.蒸发特性及膜厚分布3.蒸发源的类型4.合金及化合物的蒸发5.膜厚和淀积速率的测量与监控物理气相沉积●定义物理气相沉积(physicalvapordeposition，PVD)是利用某种物理过程，如物质的热蒸发或在受到粒子轰击时物质表面原子的溅射等现象，实现物质原子从源物质到薄膜的可控转移的过程。特点（与CVD相比）(1)需要使用固态的或者熔融态的物质作

2、为沉积过程的源物质；(2)源物质经过物理过程而进入气相；(3)需要相对较低的气体压力环境；a)其他气体分子对于气相分子的散射作用较小b)气相分子的运动路径近似为一条直线；c)气相分子在衬底上的沉积几率接近100％。(4)在气相中及在衬底表面大多不发生化学反应1.真空蒸发原理①定义：简称真空蒸镀，在真空腔室中加热原材料，使其以原子或者分子的形式逸出（熔化升华），形成蒸气流，入射到基片表面并凝结成连续薄膜的方法。②主要部件分子泵机械泵排气口观察窗电源基片加热器线缆(1)真空室(2)蒸发源(3)基板(4)基板加热器及测温器等：真空蒸发的过程蒸发逸出粒子输运凝聚成膜凝聚相→气相。该阶段的主要作用因

3、素：饱和蒸气压蒸气流在蒸发源与基片之间的飞行,该阶段的主要作用因素：分子的平均自由程凝聚→成核→核生长→连续薄膜③真空蒸发镀膜的特点B缺点(1)薄膜与基片的附着力小；(2)工艺重复性不好，膜厚不易控制；(3)不能淀积高熔点物质；(4)加热器具易污染薄膜原材料。A优点(1)设备简单，操作容易；(2)成膜速率快，0.1-50m/min；(3)制得的薄膜纯度高、分布均匀；(4)薄膜生长机理单纯。1.真空蒸发原理——决定因素①①饱和蒸气压：气—液平衡称为饱和，饱和状态的气体与液体分别称为饱和气体与饱和液体，该状态下的压力称为饱和蒸气压。平衡气相与液相的能量、质量交换相等一定温度下，气态与液态分子

4、数目交换相等真空蒸发近似平衡过程，需保持真空与温度常识气与汽不一样临界温度与室温相比不同室温下，汽可压缩成液体，气不可压缩成液体蒸气压方程—控制温度与压强Step1：克拉伯龙——克劳修斯方程Pv饱和蒸气压，Hv摩尔气化热或者液化热，V摩尔体积Step2：忽略液体体积,气体状态方程Step3：代入克—克方程Step4：解微分方程安托万方程安托万常数100Pa以下适用PvT●蒸发温度定义：饱和蒸气压为10-2托时的温度。由此，蒸发材料分为两种：1）蒸发：蒸发温度大于熔点，大多数金属2）升华：加热温度小于熔点，如Cr、Ti、Mo、Fe等1.真空蒸发原理——决定因素②②蒸发速率：单位面积上，单位

5、时间内从气相到达固相表面并能够停留的分子数。单位面积停留分子数碰撞频率逸出几率当α=1，Ph=0时，蒸发速率最大如何获得最大蒸发速率？1.基片足够清洁，减少逸出；2.冷却基片（特殊情况除外）；3.升高蒸发源温度，增大蒸气压。4.提高背底真空度，增大蒸发系数α。不完全蒸发、逸出从液面逸出α蒸发系数Ph液体静压(个/m2s,Pa)以质量表示的最大蒸发速率(kg/m2s,Pa)温度、饱和蒸气压变化，引起蒸发速率变化，但是温度决定饱和蒸气压，故而温度决定蒸发速率这里的温度是沉积腔内蒸气的温度，因此接近蒸发源的温度，但不是基片的温度。例注意实验室温度条件下采用真空蒸发沉积银膜，黏附系数为1,

6、求真空沉积腔内的压强为1Pa时的蒸发速率解：查表得1Pa下蒸发温度分别为1300K：(kg/m2s,Pa)温度变化对蒸发速率的影响在高真空条件下，原材料的蒸发温度比较低，蒸发比较容易，真空腔内其他分子数所占比例非常小，主要以蒸发气体分子为主，所以可以近似认为蒸发系数等于1；并且基片足够清洁时黏附系数也等于1。例已知铝的蒸气压与温度的对应关系如下表:蒸气压(Pa)10-2100102温度(K)124514901830求在102Pa蒸气压下，温度变化1%时蒸发速率的变化解：将上表值代入公式：可求得多个B值，求平均，得B值为1.559104根据公式：102Pa下说明蒸发源温度影响巨大，必须

7、严格控制蒸发温度！1.真空蒸发原理——决定因素③讨论PvPb背底真空度与饱和蒸气压有何关系？（1）PbPv（2）PvPb是能够成膜的关键（3）保持高真空，以使在较低的蒸气压下就可以蒸发成膜，也可以降低能耗。（4）蒸气分子要与残余气体分子碰撞，两者都可能与基片碰撞。决定因素③蒸气分子平均自由程与碰撞几率（1）蒸气分子的平均自由程各符号的意义:n，d，P，T注意n：蒸气分子与残余气体分子碰撞，忽略蒸气分子之间的碰撞残余