薄膜制备方法

薄膜制备方法物理气相堆积法（PVD）：真空蒸镀、离子镀、溅射镀膜化学气相堆积法（CVD)：热CVD、等离子CVD、有机金属CVD、金属CVD。一、真空蒸镀即真空蒸发镀膜，是制备薄膜最一般的方法。这类方法是把装有基片的真空室抽成真空，负气体压强达到10ˉ2Pa以下，而后加热镀料，使其原子或许分子从表面气化逸出，形成蒸汽流，入射到温度较低的基片表面，凝固形成固态薄膜。其设施主要由真空镀膜室和真空抽气系统两大多数构成。保证真空环境的原由有防备在高温下因空气分子和蒸起源发生反响，生成化合物而使蒸发源劣化。防备因蒸发物质的分子在镀膜室内与空气分子碰撞而阻挡蒸发分子直接抵达基片表面，以及在途中生成化合物或因为蒸发分子间的互相碰撞而在抵达基片前就凝集等在基片上形成薄膜的过程中，防备空气分子作为杂质混入膜内或许在薄膜中形成化合物。蒸发镀依据蒸起源的类型有几种:⑴、电阻加热蒸起源。往常合用于熔点低于1500℃的镀料。关于蒸起源的 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 为a、熔点高b、饱和蒸气压低c、化学性质稳固，在高温下不与蒸发资料发生化学反响d、拥有优秀的耐热性，功率密度变化小。⑵、电子束蒸起源。热电子由灯丝发射后，被电场加快，获取动能轰击处于阳极的蒸发资料上，使蒸发资料加热气化，而实现蒸发镀膜。特别适合制作高熔点薄膜资料和高纯薄膜资料。长处有a、电子束轰击热源的束流密度高，能获取远比电阻加热源更大的能量密度，能够使高熔点（可高达3000℃以上）的资料蒸发，并且有较高的蒸发速率。b、镀料置于冷水铜坩埚内，防止容器械料的蒸发，以及容器械料与镀料之间的反响，这关于提升镀膜的纯度极为重要。c、热量可直接加到蒸发资料的表面，减少热量损失。⑶、高频感觉蒸起源。将装有蒸发资料的坩埚放在高频螺旋线圈的中央，使蒸发资料在高频电磁场的感觉下产生强盛的涡流损失和磁滞损失（铁磁体），从而将镀料金属加热蒸发。常用于大批蒸发高纯度金属。分子束外延技术（molecularbeamepitaxy,MBE)。外延是一种制备单晶薄膜的新技术，它是在适合的衬底与适合条件下，沿衬底资料晶轴方向逐层生长新单晶薄膜的方法。外延薄膜和衬底属于同一物质的称“同质外延”，二者不一样的称为“异质外延”。MBE是在10—8Pa的超真空条件下，将薄膜诸组分元素的分子束流，在严格监控之下，直接发射到衬底表面。此中未被基片捕捉的分子，实时被真空系统抽走，保证抵达衬底表面的总是新分子束。这样，抵达衬底的各元素分子不受环境氛围的影响，仅由蒸发系统的几何形状和蒸起源温度决定。二、离子镀是在真空条件下，利用气体放电负气体或被蒸发物质离化，在气体离子或被蒸发物质离子轰击作用的同时，把蒸发物或其反响物蒸镀在基片上。常用的几种离子镀：（1）直流放电离子镀。蒸起源：采纳电阻加热或电子束加热；充入气体：充入Ar或充入少许反响气体；离化方式：被镀基体为阴极，利用高电压直流辉光放电离子加速方式：在数百伏至数千伏的电压下加快，离化和离子加快一同进行。（2）空心阴极放电离子镀（HCD，hollowcathodedischarge）。等离子束作为蒸起源，可充入Ar、其余惰性气体或反响气体；利用低压大电流的电子束碰撞离化，0至数百伏的加速电压。离化和离子加快独立操作。（3）射频放电离子镀。电阻加热或电子束加热，真空，Ar，其余惰性气体或反响气体；利用射频等离子体放电离化，0至数千伏的加快电压，离化和离子加快独立操作。（4）低压等离子体离子镀。电子束加热，惰性气体，反响气体。等离子体离化，DC或AC50V离子镀是一个十分复杂过程，一般来说一直包含镀料金属的蒸发，气化，电离，离子加快，离子之间的反响，中和以及在基体上成膜等过程，其兼具真空蒸镀和真空溅射的特色。三、溅射镀膜是在真空室中，利用荷能粒子轰击靶表面，使被轰击出的粒子在基片上堆积的技术。用带有几十电子伏特以上动能的粒子或粒子束照耀固体表面，凑近固体表面的原子会获取入射粒子所带能量的一部分从而向真空中逸出，这类现象称为溅射。应用于此刻工业生产的主要溅射镀膜方式：1）射频溅射是利用射频放电等离子体中的正离子轰击靶材、溅射出靶材原子从而堆积在接地的基板表面的技术。因为沟通电源的正负性发生周期交替，当溅射靶处于正半周时，电子流向靶面，中和其表面累积的正电荷，并且累积电子，使其表面体现负偏压，以致在射频电压的负半周期时吸引正离子轰击靶材，从而实现溅射。因为离子比电子质量大，迁徙率小，不像电子那样很快地向靶表面集中，因此靶表面的点位上涨迟缓，因为在靶上会形成负偏压，因此射频溅射装置也能够溅射导体靶。射频溅射装置的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 中，最重要的是靶和般配回路。靶要水冷，同时要加高频高压。2）磁控溅射（高速低温溅射）。其堆积速率快、基片温度低，对膜层的损害小、操作压力低。磁控溅射具备的两个条件是：磁场和电场垂直；磁场方向与阴极（靶）表面平行，并构成环形磁场。电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar和新的电子；新电子飞向基片，Ar在电场作用下加快飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子堆积在基片上形成薄膜，而产生的二次电子会遇到电场和磁场作用，产生E（电场）×B（磁场）所指的方向漂移，简称E×B漂移，其运动轨迹近似于一条摆线。若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动，它们的运动路径不单很长，并且被约束在凑近靶表面的等离子体地区内，并且在该地区中电离出大批的Ar来轰击靶材，从而实现了高的沉积速率。跟着碰撞次数的增添，二次电子的能量耗费殆尽，渐渐远离靶表面，并在电场E的作用下最后堆积在基片上。因为该电子的能量很低，传达给基片的能量很小，以致基片温升较低。3）反响溅射。反响溅射是指在存在反响气体的状况下，溅射靶材时，靶材会与反响气体反响形成化合物(如氮化物或氧化物)，在惰性气体溅射化合物靶材时因为化学不稳固性常常以致薄膜较靶材少一个或更多组分，此时假如加上反响气体能够赔偿所缺乏的组分，这类溅射也能够视为反响溅射。化学气相堆积chemicalvapordeposition（CVD)一、热CVD指把含有构成薄膜元素的气态反响剂或液态反响剂的蒸气及反响所需其余气体引入反响室，在衬底表面发生化学反响生成薄膜的过程。原理：利用挥发性的金属卤化物和金属的有机化合物等，在高温下发生气相化学反响，包含热分解、氢复原（可制备高纯度金属膜）、氧化和置换反响等，在基板上堆积所需要的氮化物、氧化物、碳化物、硅化物、硼化物、高熔点金属、金属、半导体等薄膜。制备条件：1）在堆积温度下，反响物拥有足够的蒸气压，并能以适合的速度被引入反响室；）反响产物除了形成固态薄膜物质外，都一定是挥发性的；）堆积薄膜和基体资料一定拥有足够低的蒸气压。二、等离子体CVD（plasmachemicalvapordeposition）是在高频或直流电场作用下，将原料气体电离形成等离子体，利用低温等离子体作为能量源，通入适当的反响气体，利用等离子体放电，使反响气体激活并实现化学气相堆积的技术。在保持必定压力的原料气体中，输入直流、高频或微波功率，产生气体放电，形成等离子体。在气体放电等离子体中，因为低速电子与气体原子碰撞，故除产生正、负离子外，还会产生大批的活性基（激发原子、分子等），从而可大大加强反应气体的活性。这样就能够在较低的温度下，发生反响，产生薄膜。PCVD能够在更低的温度下成膜。可减少热损害，减低膜层与衬底资料间的互相扩散及反应多用于太阳能电池及液晶显示器等。三、有机金属CVD（MOCVD）是将反响气体随和化的有机物经过反响室，经过热分解堆积在加热的衬底上形成薄膜。它是利用运载气携带金属有机物的蒸气进入反响室，受热分解后堆积到加热的衬底上形成薄膜。其特色是：1.较低的衬底温度；2.较高的生长速率，可生长极薄的薄膜；3.精准的组分控制可进行多元混晶的成分控制，可实现多层构造及超晶格构造；4.易获取大面积平均薄膜；其缺点是：1.残留杂质含量高2.反响气体及尾气一般为易燃、易爆及毒性很强的气体。