最新PVD知识整理教学讲义ppt课件.ppt

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1、PVD知识整理蒸镀溅镀离子镀2PVD物理气相沉积（PVD）是指在真空条件下，用物理的方法将材料汽化成原子、分子或电离成离子，并通过气相过程在衬底上沉积一层具有特殊性能的薄膜技术。（1）PVD沉积基本过程：从原材料中发射粒子（通过蒸发、升华、溅射和分解等过程）；粒子输运到基片（粒子间发生碰撞，产生离化、复合、反应，能量的交换和运动方向的变化）；粒子在基片上凝结、成核、长大和成膜(2)PVD的方法真空蒸发脉冲激光沉积溅射离子镀外延膜生长技术蒸镀饱和蒸汽压与温度的关系对薄膜制备技术很重要，可合理选择蒸发材料即确定蒸发条件蒸镀蒸发速率气体分子运动论，处于热平衡时，压强为P的气

2、体，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数：式中n是分子密度，va是算术平均速度，m是分子质量，k为玻尔兹曼常数蒸发材料表面液相、气相处于平衡时，蒸发速率可表示为：式中dN是蒸发分子数，ae是蒸发系数，A是蒸发表面积，Pk为液相静压单位面积的质量蒸发速率为：M为蒸发物质的摩尔上式确定了蒸发速率、蒸气压和温度之间的关系蒸发速率除了与物质的分子量、绝对温度和蒸发物质在T温度时有关外，还与材料本身的表面清洁度有关。尤其是蒸发源的温度影响最大蒸镀蒸发速率在蒸发温度以上进行蒸发时，蒸发源温度的微小变化即可引起蒸发速率发生很多的变化，对金属：控制蒸发源的温度来控制速率加热时避免出现过

3、大的温度梯度蒸发速率正比于材料的饱和蒸汽压，温度变化10%，饱和蒸汽压变化一个数量级蒸镀蒸发分子的平均自由程与碰撞几率真空室存在两种粒子：蒸发物质的原子或分子；残余气体分子。由气体分子运动论可求出在热平衡下，单位时间通过单位面积的气体分子数，即为气体分子对基片的碰撞率蒸发分子的平均自由程为（d为碰撞截面）蒸镀蒸发分子的平均自由程与碰撞几率蒸发分子的碰撞百分数与实际行程对平均自由程之比如图。当平均自由程等于源之比如图。当平均自由程等于源--基距时，有63％的蒸发分子受到碰撞，如果自由程增加10倍，撞几率减小到9％。因此，只有在平均自由程源--基距大得，才有效减少渡越中的

4、碰撞。蒸镀蒸发所需热量和蒸发离子的能量电阻式蒸发源所需热量，除将蒸发材料加热所需热量外，还必须考虑蒸发源在加热过程中产需热量外，还必须考虑蒸发源在加热过程中产生的热辐射和热传导所损失的热量。即蒸发源生的热辐射和热传导所损失的热量。即蒸发源所需热量的总量Q（即为蒸发源所需要的总功）为：Q1为蒸发材料蒸发时所需的热量Q2为蒸发源因热辐射而损失的热量Q3为蒸发源因热传导而损失的热量蒸发热量Q值的80％以上是作为蒸发热而消耗。此外，还有辐射和传导损失的热量。蒸镀薄膜沉积的厚度均匀性和纯度被蒸发的原子运动具有明显的方向性，在各方向的蒸发速率通常不同。厚度分布取决于蒸发源的发射特

5、性、蒸发源与基片的距离及几何形状。点蒸发源：能够从各个方向蒸发等量的微小球状蒸发源。基片基板平面内薄膜厚度分布：h：蒸发源与基本垂直距离δ：蒸发源与基本水平距离t0：电蒸发源正上方基板处薄膜的厚度蒸镀薄膜沉积的厚度均匀性和纯度小平面蒸发源：蒸发范围局限在半球形空间，蒸发特性具有方向性。基板平面内薄膜厚度分布：蒸镀薄膜沉积的厚度均匀性和纯度点蒸发源与面蒸发源镀膜厚度分布比较：点蒸发源的厚度分布略均匀些蒸镀根据加热原理（或加热方式）分有：电阻加热蒸发、电子束蒸发、闪烁蒸发、激光熔融蒸发、射频加热蒸发。蒸镀热蒸镀蒸镀热蒸镀电阻加热蒸发特点：结构简单、成本低廉、操作方便；支撑

6、坩埚及材料与蒸发物反应；难以获得足够高温蒸发介电材料（Al2O3、TiO2）；蒸发率低；加热导致合金或化合物分解。可制备单质、氧化物、介电和半导体化合物薄膜。蒸镀电子束蒸镀蒸镀电子束蒸镀电子束通过5-10kV的电场加速后，聚焦并打到待蒸发材料表面，电子束将能量传递给待蒸发材料使其熔化，电子束迅速损失能量。电子束蒸发系统的核心部件：电子束枪（热阴极和等离子体电子）电子束聚焦方式：静电聚焦和磁偏转聚焦电子束产生后，需要对他进行聚焦而使其能够直接打到被蒸发材料的表面。蒸镀电子束蒸镀电子束蒸发源的优点电子束轰击热源的束流密度高，能获得远比电阻加热源更大的能量密度。达到104∼

7、109W/cm2的功率密度，熔点3000℃的材料蒸发，如WW、Mo、Ge、SiO2、Al2O3等。被蒸发材料可置于水冷坩锅中→避免容器材料蒸发、及及其与蒸发材料反应热量可直接加到蒸镀材料的表面→热效率高、热传导和热辐射损失小电子束蒸发源的缺点电子枪发出的一次电子和蒸发材料发出的二次电子会使．蒸发原子和残余气体分子电离→影响膜层质量。可选择电子枪加以解决．电子束蒸镀装置结构复杂、价格昂贵．．加速电压高时，产生软．产生软xx射线，人体伤害蒸镀激光加热蒸镀（PLD）高功率激光束作为热源蒸发待蒸镀材料，激光光束通过真空室窗口打到待蒸发材料使之蒸发，最后沉积在