电子束蒸发台培训.ppt

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1、机械制造系统工程国家重点实验室大型设备培训电子束蒸发台张亮亮2017年6月1.电子束蒸发镀膜技术2.电子束蒸发薄膜的表征3.电子束蒸发与磁控溅射的优缺点4.设备现场操作培训薄膜：由原子，分子或离子沉积在基片表面形成的二维材料，厚度介于单原子到几毫米，主要用于电子半导体功能器件和光学镀膜。铝层大于0.9nm可以导电，大于30nm性能比较稳定银层大于5nm可以导电塑胶产品表面有约0.5um的粗糙度，镀膜应该厚一些1.电子束蒸发镀膜技术镀膜常用方法列表真空蒸发镀膜：在真空室中，加热蒸发源中的原材料，使其原子或分子从材料表面气化逸出，形成蒸气流，入射到固体（称为衬底或基片）表面，凝结

2、形成固态薄膜的方法。蒸发料：待镀膜的固体原材料，呈丝状，大颗粒状，片状蒸发源：钨丝，钼丝，钨舟，钼舟，坩埚加热方法：电阻加热，电子束，高频电涡流加热，高能激光束(1)真空室为蒸发过程提供必要的真空环境；(2)蒸发源或蒸发加热器放置蒸发材料并对其加热；(3)基板用于接收蒸发物质并在其表面形成固态蒸发薄膜；(4)基板加热器及测温器等。真空镀膜基本结构为什么要真空状态下镀膜？粗真空（100000-1000Pa）：气体状态与常压相比只是分子数量的减少，没有气体空间特性的变化，分子间碰撞频繁，此时的吸附气体释放可以不予考虑，气体运动以粘滞流为主。主要是利用压力差产生的力来实现真空力学应

3、用（真空吸引或运输固体、液体、胶体等，真空吸盘起重，真空过滤）。低真空（1000-0.1Pa）：气体分子间，分子与器壁间碰撞不相上下，气体分子密度较小，气体释放也可不考虑，气体运动以中间流为主。利用气体分子密度降低可实现无氧化加热，利用气压降低时气体的热传导和对流逐渐消失的原理可以实现真空隔热及绝缘，利用压强降低液体沸点也降低的原理实现真空冷冻和真空干燥（黑色金属真空熔炼脱气，真空绝缘和真空隔热，真空冷冻及干燥，高速空气动力学实验中的低压风洞）。高真空（0.1-0.000001Pa）：气体分子间相互碰撞极少，气体分子与器壁间碰撞频繁，气体运动以分子流为主，此时的气体释放是影响

4、真空度及抽气时间的一个主要原因。利用气体分子密度低，任何物质与气体残余分子发生化学作用微弱的特点进行真空冶金，真空镀膜（超纯金属、半导体材料的真空提纯及精制，真空镀膜，离子注入、干法刻蚀等表面改性，真空器件的生产：光电管、各种粒子加速器等）。超高真空（>0.0000001Pa）：气体分子与器壁的碰撞次数极少，气体空间只有固体本身的原子，几部没有别的分子或原子的存在，此时压强的升高除了泄漏外主要就是器壁分子的释放。应用：宇宙空间环境的模拟，大型同步质子加速器的运转。真空蒸发镀膜时保证真空条件的必要性：蒸发过程都必须在空气非常稀薄的真空环境中进行，否则将发生以下情况：1.蒸发物原

5、子或分子将与大量空气分子碰撞，使膜层受到严重污染，甚至形成氧化物；2.蒸发源被加热氧化烧毁；3.由于空气分子的碰撞阻挡，难以形成均匀连续的薄膜；4.电子束蒸发中，电子枪的工作压力要求小于6×10-3Pa，如果真空过低，电子束会使气体分子电离，将阴阳极之间的空隙击穿，使电子枪不能正常发射电子束。一般使用中，电子束蒸发镀膜使用真空压力小于3×10-3Pa电子束蒸发将蒸发材料放入水冷铜坩埚中，直接利用电子束加热，使蒸发材料气化蒸发后凝结在基板表面成膜。电子束蒸发克服了一般电阻加热蒸发的许多缺点，特别适合制作高熔点薄膜材料和高纯薄膜材料。与热蒸发相比，优点:(1)电子束轰击热源的束流

6、密度高，能获得远比电阻加热源更大的能量密度，适合蒸发高熔点的材料。(2)由于被蒸发材料是置于水冷坩埚内，因而可避免容器材料的蒸发，以及容器材料与蒸镀材料之间的反应，利于提高镀膜的纯度。(3)热量可直接加到蒸镀材料的表面，因而热效率高，热传导和热辐射的损失少。(4)加热迅速,可以快速关闭蒸发源或切换靶源。适合于多层膜的制备，膜层厚度易于精确控制。饱和蒸汽压与温度的关系饱和蒸气压：在一定温度下，固液平衡时所形成的压强。不同物质的饱和蒸汽压不同。饱和蒸汽压随温度升高而增大。某一物质在饱和蒸气压为10-2Torr（1.33Pa）时的温度，称为蒸发温度。饱和蒸气压Pv与温度T之间的数学

7、表达式称为蒸汽压方程lgPv=A-B/T式中，A、B为常数，A=C/2.3，B=Hv/2.3R，A、B值可由实验确定。常用材料蒸气压与温度的关系根据常用金属的饱和蒸气压与温度之间的关系可以看出，饱和蒸气压随温度升高而迅速增加，并且到达正常蒸发速率所需温度，即饱和蒸气压约为1Pa时的温度。在真空条件下蒸发物质要比常压下容易的多，所需蒸发温度也大大降低，蒸发过程也将大大缩短，蒸发速率显著提高。1.蒸发速率主要决定于源温度，控制蒸发速率必须精确控制蒸发源的温度。2.一旦超过蒸发温度，蒸发源温度的微小变化即可引