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第2章+薄膜的物理气相沉积I


第二章
引 言 第一节 第二节 第三节

薄膜的物理气相沉积( 薄膜的物理气相沉积(Ⅰ) —蒸发法

物质的热蒸发 薄膜沉积的厚度均匀性和纯度 真空蒸发装置


一.定义



物理气相沉积Physical Vapor Deposition(PVD): 物理气相沉积 ( ) 利用某种物理的过程( 热蒸发和溅射),实现物质原子从源 利用某种物理的过程(如热蒸发和溅射),实现物质原子从源 ), 物质到薄膜的可控转移的过程。 物质到薄膜的可控转移的过程。

特点(相对化学气相沉积而言) 二.特点(相对化学气相沉积而言):
1、需要使用固态的或者熔融态的物质作为沉积过程的 源物质; 源物质; 2、源物质要经过物理过程进入气相; 源物质要经过物理过程进入气相; 3、需要相对较低的气体压力环境; 需要相对较低的气体压力环境; 4、在气相中及衬底表面并不发生化学反应。 在气相中及衬底表面并不发生化学反应。

三.分类 蒸发法: 蒸发法: 1、较高的沉积速度; 较高的沉积速度;
2、相对较高的真空度,导致较高 相对较高的真空度, 的薄膜质量。 的薄膜质量。

最常见的 PVD方法 PVD方法

溅射法: 溅射法: 1、在沉积多元合金薄膜时化学成
分容易控制; 分容易控制; 沉积层对衬底的附着力较好。 2、沉积层对衬底的附着力较好。

脉冲激光沉积法

第一节 物质的热蒸发 (Thermal Evaporation) )

一、元素的蒸发速率 二、元素的蒸气压 三、化合物和合金的 蒸发

一、物质的蒸发速度
一.蒸发速率的表达式
1.元素的净蒸发速率 1.元素的净蒸发速率 在一定的温度下,每种液体或固体物质都具有特定的平 在一定的温度下,每种液体或固体物质都具有特定的平 衡蒸气压。 衡蒸气压。当环境中被蒸发物质的分压降低到了其平衡蒸气 压以下时,就会发生物质的净蒸发。 压以下时,就会发生物质的净蒸发。由气体分子通量的表达 单位表面上净蒸发速率应为: 净蒸发速率应为 式,单位表面上净蒸发速率应为:

α NA( pe ? ph ) φ= 2π MRT

(2-1)

其中α为一个系数,它介于 之间; 其中 为一个系数,它介于0~1之间; 为一个系数 之间 Pe——平衡蒸气压; 平衡蒸气压; ph——实际分压 平衡蒸气压 实际分压 取得最大值。 当α=1,并且 h =0时,Φ取得最大值。 ,并且p 时 取得最大值

2.元素的质量蒸发速率 2.元素的质量蒸发速率

M Γ = α ( pe ? ph ) 2π RT
二.影响蒸发速率的因素

(2-2)

由于物质的平衡蒸气压随着温度的上升 由于物质的平衡蒸气压随着温度的上升 温度 增加很快, 增加很快,因而对物质蒸发速度影响最大的 因素是蒸发源的温度 温度。 因素是蒸发源的温度。。

二、元素的平衡蒸气压
一.平衡蒸气压的推导
克劳修斯-克莱普朗方程指出,物质的平衡蒸气压 克劳修斯 克莱普朗方程指出,物质的平衡蒸气压pe随温 克莱普朗方程指出 的变化率可以定量地表达为: 度T的变化率可以定量地表达为: 的变化率可以定量地表达为

dp e ?H = dT T?V

(2-3)

其中, 蒸发过程中单位摩尔物质的热焓变化 其中,?H——蒸发过程中单位摩尔物质的热焓变化, 蒸发过程中单位摩尔物质的热焓变化, 随着温度不同而不同, 随着温度不同而不同, ?V——相应过程中物质体积的变化。 相应过程中物质体积的变化。 相应过程中物质体积的变化

由于在蒸发时, 由于在蒸发时, 故

V 气 > > V 固 (V 液 )

V = V气 ? V固 (V液 ) ≈ V气 = V
nRT P= NA ,

利用理想气体状态方程

N A RT = = V 代入 1mol气体的体积为: V = 气体的体积为: 气体的体积为 n P

克方程, 克-克方程,则有 克方程

dpe p?H = dT RT 2

(2-4)

作为近似, 作为近似,可以利用物质在某一温度时的气化 代替?H, 热?He代替 ,从而得到物质蒸气压的两种近 似表达方式: 似表达方式:
?H e lnp e ≈ ? + I (2 ? 5a) RT p e ≈ Be
? ?H e RT

(2 ? 5b)

其中, 积分常数, 其中,I——积分常数, 积分常数 B——相应的系数。 相应的系数。 相应的系数

说明: 说明:
1. 由于使用了近似条件?He=?H ,即热焓变化 汽化 即热焓变化=汽化 蒸气压表达式只在某一温度区间才严格成立。 热,故蒸气压表达式只在某一温度区间才严格成立。 2. 要准确地描述 e-T的关系,应该将△H写成△H 要准确地描述P 的关系 应该将 的关系, 写成△ 写成 的函数形式。 (T )的函数形式。

液态下的Al 例如:液态下的

15993 + 14.533 + 0.999 lg T ? 3.52 ×10?6 T ln Pe = T
贡献较小

P-T关系: ln Pe与1 T 两者之间基本上保持为线性关系 关系: 关系

二.元素的蒸发 根据物质的蒸发特性, 根据物质的蒸发特性,物质的蒸发模式可被划 分为两种类型 两种类型: 分为两种类型: 1、将物质加热到其熔点以上(固-液-气) 将物质加热到其熔点以上( 例如: 例如:多数金属 利用由固态物质的升华,实现物质的气相沉积。 2、利用由固态物质的升华,实现物质的气相沉积。 ( 固 -气 ) 例如:Cr,Ti,Mo,Fe,Si等 例如: , , , , 等
C例外 例外

三、化合物和合金的热蒸发
一.化合物的蒸发 1.化合物蒸发中存在的问题: 1.化合物蒸发中存在的问题: 化合物蒸发中存在的问题 a) 蒸发出来的蒸气可能具有完全不同于其固态或液态的成分; 蒸发出来的蒸气可能具有完全不同于其固态或液态的成分; 蒸气组分变化) (蒸气组分变化) 在气相状态下, b) 在气相状态下,还可能发生化合物各组元间的化合与分解 过程。后果是沉积后的薄膜成分可能偏离化合物正确的化 过程。后果是沉积后的薄膜成分可能偏离化合物正确的化 学组成。 学组成。 2.化合物蒸发过程中可能发生的各种物理化学变化 2.化合物蒸发过程中可能发生的各种物理化学变化 无分解蒸发、 无分解蒸发、固态分解蒸发和气态分解蒸发

二.合金的蒸发 1.合金蒸发与化合物蒸发的区别与联系 1.合金蒸发与化合物蒸发的区别与联系 联系:也会发生成分偏差。 联系:也会发生成分偏差。 区别:合金中原子间的结合力小于在化合物中 区别: 不同原子间的结合力,因而合金中各元素原子的蒸 不同原子间的结合力,因而合金中各元素原子的蒸 发过程实际上可以被看做是各自相互独立的过程, 发过程实际上可以被看做是各自相互独立的过程, 就像它们在纯元素蒸发时的情况一样。 就像它们在纯元素蒸发时的情况一样。

2.合金蒸发的热力学定律描述 2.合金蒸发的热力学定律描述 1)理想溶液的拉乌尔定律 理想溶液的拉乌尔定律 二元合金的两组元A-B原子间的作用能与 当AB二元合金的两组元 二元合金的两组元 或 1887年法国物理学家拉乌尔原子间的作用能与 年法国物理学家拉乌尔(Raoult)在溶液蒸气压 ( 年法国物理学家拉乌尔原子间的作用能与A-A或B) B原子间的作用能相等时,合金即是一种理想溶液。由 原子间的作用能相等时, 原子间的作用能相等时 合金即是一种理想溶液。 实验中总结出著名的拉乌尔定律。拉乌尔定律指出: 实验中总结出著名的拉乌尔定律。拉乌尔定律指出: 理想溶液的拉乌尔定律 合金中组元B的平衡蒸气压 拉乌尔定律, 的平衡蒸气压p 理想溶液的拉乌尔定律,合金中组元 的平衡蒸气压 B 如果溶质是不挥发性的,即它的蒸气压极小, 如果溶质是不挥发性的,即它的蒸气压极小,与溶剂 将小于纯组元B的蒸气压 的蒸气压p 将小于纯组元 的蒸气压 B(0),并与它在合金中的摩尔 , 相比可以忽略不计,则在一定的温度下, 相比可以忽略不计,则在一定的温度下,稀溶液的蒸 气压等于纯溶剂的蒸气压与其分子分数的乘积。 气压等于纯溶剂的蒸气压与其分子分数的乘积。 分数x 成正比, 分数 B成正比,即

pB = xB pB (0)
pA x A p A (0) = p B x B p B (0)

(2-6)

对于A-B二元理想溶液来讲,A、B两组元的气压之比为 二元理想溶液来讲, 、 两组元的气压之比为 对于 二元理想溶液来讲

2)热力学描述

当组元B与合金间的吸引作用较小时, 当组元B与合金间的吸引作用较小时,它 将拥有较高的蒸气压;反之, 将拥有较高的蒸气压;反之,其蒸气压将相对 较低。用活度α 代替式2 较低。用活度αB代替式2-7中的浓度xB,应有

p B = α B p B (0)
其中

(2-8) (2-9)

α B = γ BxB

γB为元素 在合金中的活度系数 为元素B在合金中的活度系数

α NA( pe ? ph ) 由物质蒸发的速度公式 φ = 2π MRT 得到合金组元A,B的蒸发速率之比为

φ A γ AxAp A ( 0 ) = φ B γ BxBp B ( 0 )

MB MA

(2-10) 10)

结论: 结论: 当需要制备的薄膜成分已知时, 当需要制备的薄膜成分已知时,由上式就可以确 定所需使用的合金蒸发源的成分。 定所需使用的合金蒸发源的成分。 例如:已知在1350K的温度下,Al的蒸气压高于 , 的温度下, 的蒸气压高于 的蒸气压高于Cu, 例如:已知在 的温度下
因而为了获得Al- % 成分的薄膜 成分的薄膜, 因而为了获得 -2%Cu成分的薄膜,需要使用的蒸发 源的大致成分应该是Al- 源的大致成分应该是 -13.6%Cu 。 %

3.组元蒸发速率随时间变化 3.组元蒸发速率随时间变化

对于初始成分确定的蒸发源来说, 对于初始成分确定的蒸发源来说,确定的物 质蒸发速率之比将随着时间变化而发生变化。 质蒸发速率之比将随着时间变化而发生变化。 解决办法: 解决办法: 用较多的蒸发物质作为蒸发源; 1、用较多的蒸发物质作为蒸发源; 2、采用向蒸发容器中每次只加入少量被蒸 发物质的方法, 发物质的方法,使不同的组元能够实现瞬间的同 步蒸发; 步蒸发; 3、利用加热至不同温度的双源或多源的方 分别控制和调节每一组元的蒸发速率。 法,分别控制和调节每一组元的蒸发速率。

第二节

薄膜沉积的厚度均匀性和纯度

一、薄膜沉积的方向性和阴影效应 二、蒸发沉积薄膜的纯度

一、薄膜沉积的方向性和阴影效应
在物质的蒸发过程中,蒸发原子的运动具有明显 在物质的蒸发过程中, 方向性。并且,由于被蒸发原子的运动具有方向性, 的方向性。并且,由于被蒸发原子的运动具有方向性, 因而沉积薄膜本身的均匀性以及其微观组织也将受到 影响。 影响。

1、点蒸发源 、
相对衬底距离较远, 相对衬底距离较远,尺寸较 小的蒸发源都可以被认为是 点蒸发源。 点蒸发源。

假设被蒸发物质是由面积为A 假设被蒸发物质是由面积为 e的小球上均 匀地发射出来,如图所示。这时,蒸发出来的 匀地发射出来,如图所示。这时, 物质总量Me为 物质总量

dM e = ΓdAe dt

Me = ∫∫ ΓdAedt = ΓAet
其中, 蒸发物质的质量蒸发速度, 其中,Г——蒸发物质的质量蒸发速度, 蒸发物质的质量蒸发速度 dAe——蒸发源的表面积元, 蒸发源的表面积元, 蒸发源的表面积元 t——时间。 时间。 时间

(2-11) 11)

由于蒸发源为一点源,因而衬底面积元 由于蒸发源为一点源,因而衬底面积元dAs上沉 积的物质量取决于其对应的空间角大小, 积的物质量取决于其对应的空间角大小,即衬底 上沉积的原子质量密度为
dMs Me cos θ = dAs 4π r 2
(2-12) 12)

其中,θ——衬底表面与空间角法线方向的偏离 其中, ——衬底表面与空间角法线方向的偏离 角度, 角度, r——蒸发源与衬底之间的距离。 ——蒸发源与衬底之间的距离 ——蒸发源与衬底之间的距离。 结论: =0, 较小时,沉积速率较大。 结论:当θ=0,r较小时,沉积速率较大。

点蒸发源空间角示意图
θ dMs
O’ x

dAs dAe

dω = dAscosθ / r 2
x

h rx dω
Me O

1 dM s = C ? M edω (C = ) 4π dAscosθ ∴ dM s = M e 4πr 2 dM s M ecosθ ∴ = dAs 4πr 2

2、面蒸发源 、 在蒸发方法中经常使用的克努森源是在一 个高温坩埚的上部开一个小口, 个高温坩埚的上部开一个小口,它所形成的蒸 发源相当于一个面蒸发源 面蒸发源。 发源相当于一个面蒸发源。

面蒸发源空间角示意图 对于面蒸发源
dMs θ O’ x h rx φ
Me O

dAs dAe

x

dM s M ecosθcos? = dAs πr 2

面所构成的立体角) (dA面所构成的立体角) 面所构成的立体角

特点: 特点: 1、在蒸发源内物质的蒸气压近似等于其平 衡蒸气压; 衡蒸气压; 蒸发源外仍可保持真空室的高真空度。 2、蒸发源外仍可保持真空室的高真空度。 衬底上物质的沉积规律:面积元dA 3 、衬底上物质的沉积规律:面积元 s上 接受的沉积物质量为
dM s M e cos θ cos φ = dAs π r2

(2-13) 13)

质量沉积速度为: 质量沉积速度为:
Γ Ae cos θ cos φ v= πr 2

其中, 其中,影响沉积速度的参数又增加了一个与蒸发 源平面法线间的夹角φ 源平面法线间的夹角φ。 说明:实际情况中,cosφ 说明:实际情况中,cosφ为cosnφ,这是由于 被蒸发的物质往往是处于蒸发容器的内部, 被蒸发的物质往往是处于蒸发容器的内部,因而 造成被蒸发出来的物质流具有了更强的方向性。 造成被蒸发出来的物质流具有了更强的方向性。 更强的方向性

3、薄膜沉积的厚度均匀性(Thickness distribution) 、薄膜沉积的厚度均匀性( ) 1)均匀性讨论 薄膜沉积的厚度均匀性是一个经常需要考虑的 问题。需要同时沉积的面积越大, 问题。需要同时沉积的面积越大,则沉积的均匀性 越难得到保证。由薄膜沉积的速度公式,可计算出 越难得到保证。由薄膜沉积的速度公式, 对于点蒸发源和面蒸发源的沉积厚度随着衬底尺寸 大小的变化情况。 大小的变化情况。

点蒸发源所对应的沉积均匀性稍好于面蒸发源的情况。 结论:点蒸发源所对应的沉积均匀性稍好于面蒸发源的情况。

2)改善样品均匀性方法 方法一 :在同时需要蒸发沉积的样品数较多、 在同时需要蒸发沉积的样品数较多、 而每个样品的尺寸相对较小的时候, 而每个样品的尺寸相对较小的时候,经常可以改 善实验装置来提高样品的均匀性,如转动衬底。 善实验装置来提高样品的均匀性,如转动衬底。 原理:将面蒸发源和衬底表面放在一个圆周上, 原理:将面蒸发源和衬底表面放在一个圆周上, cosφ=cosθ 其中r 有cosφ=cosθ=(1/2)r/ro,其中ro为相应圆周的 半径。这时, 半径。这时,衬底上沉积的物质量
dMs Me = dAs 4π r02
(2-14) 14)

使得薄膜的沉积厚度变得与角度 θ或φ无关。 无关。 或 无关

方法二 :加大蒸发源到衬底表面的距离也可 以改善薄膜的厚度均匀性。 以改善薄膜的厚度均匀性。 缺点:降低薄膜沉积速率,增加被蒸发物质 缺点:降低薄膜沉积速率, 损耗。 损耗。

4、阴影效应 定义: 定义:当蒸发源与衬底之间存在某种障碍物的时 物质的沉积将会产生阴影效应 阴影效应, 候,物质的沉积将会产生阴影效应,即蒸发出来 的物质将被障碍物阻挡而不能沉积在衬底上。 的物质将被障碍物阻挡而不能沉积在衬底上。 缺点: 缺点: 1. 阴影效应可能破坏薄膜沉积的均匀性; 阴影效应可能破坏薄膜沉积的均匀性; 2. 薄膜的沉积将会受到蒸发源方向性的限制,造成 薄膜的沉积将会受到蒸发源方向性的限制, 有些部位没有物质沉积。 有些部位没有物质沉积。

优点: 优点: 可以在蒸发沉积的时候, 可以在蒸发沉积的时候,有目的地使用一些特定 形状的掩膜 掩膜(Mask),从而实现薄膜的选择性沉积。 形状的掩膜 ,从而实现薄膜的选择性沉积。

Si表面Al差指电极

ZnO薄膜表面Al差指电极

二、蒸发沉积薄膜的纯度
1、影响薄膜纯度的因素: 影响薄膜纯度的因素: 蒸发源的纯度; 1)蒸发源的纯度; 使用高纯物质作为蒸发源) (使用高纯物质作为蒸发源) 加热装置、坩埚可能造成的污染; 2)加热装置、坩埚可能造成的污染; 改善实验装置) (改善实验装置) 真空系统中的残留气体。 3)真空系统中的残留气体。 (改善真空条件 )

例:残余气体对蒸发薄膜的污染 在沉积过程中,残余气体的分子和蒸发物质的原 在沉积过程中, 子将分别射向衬底,并同时沉积在衬底上。 子将分别射向衬底,并同时沉积在衬底上。蒸发 物质原子的沉积速率为
G=

ρ NAs
MA

(2-15) 15)

其量纲为原子数/cm s 其中ρ为沉积物质的密度, 其量纲为原子数/cm2·s。其中ρ为沉积物质的密度, 为厚度沉积速度。 s为厚度沉积速度。 可求出气体杂质在沉积物中的浓度为
c= pMA

ρ sNA 2π MgRT

(2-16) 16)

其中M 其中 A和Mg分别为蒸发物质和残余气体的相对原子 质量, 是残余气体的压力 是残余气体的压力。 质量,p是残余气体的压力。

由杂质浓度

c=

pMA

物中杂质的含量与残余气体的压强成正比, 物中杂质的含量与残余气体的压强成正比,与沉积的速 度成反比。 度成反比。

ρ sN A 2π MgRT

可以看出:沉积 沉积

结论: 结论:
1. 同一沉积速率,真空度越高,杂质含量越低; 同一沉积速率,真空度越高,杂质含量越低; 2. 同一真空度,沉积速率越大,杂质含量越低。 同一真空度,沉积速率越大,杂质含量越低。

例如:在溅射法制备薄膜时, 例如:在溅射法制备薄膜时,薄膜的沉积速度比蒸发法低
一个数量级,而真空度要高 个数量级以上 个数量级以上, 一个数量级,而真空度要高5个数量级以上,故溅射法制 备的薄膜纯度较蒸发法制备的纯度要低。 备的薄膜纯度较蒸发法制备的纯度要低。

3 、制备高纯的薄膜材料要求: 制备高纯的薄膜材料要求: 1)改善沉积的真空条件 ) 2)提高物质的蒸发以及薄膜的沉积速度 )

第三节 真空蒸发装置 (Thermal Evaporation)
一、电阻式蒸发装置 二、电子束蒸发装置
根据加热 原理划分

三、电弧蒸发装置 四、激光蒸发装置

Source) 一、电阻式蒸发装置 (Source)

电阻式蒸发装置——目前使用最广泛的加热装置 电阻式蒸发装置

一.电阻式加热装置对电阻材料的要求 电阻式加热装置对电阻材料的要求
1. 2. 3. 4. 能够在高温下使用且在高温下具有较低的蒸气压 不与被蒸发物质发生化学反应 无放气现象和其他污染 具有合适的电阻率

二.常用的电阻材料及作用
电阻材料:一般均是难熔金属,如W、Mo、Ta等等。 Mo、Ta等等 等等。 电阻材料:一般均是难熔金属, 作用:做加热器或者 或者支撑被加热物质 作用:做加热器或者支撑被加热物质

三. 电阻式加热方式 1、将钨丝绕制成各种等直径或不等直径的螺旋状, 将钨丝绕制成各种等直径或不等直径的螺旋状, 即可作为加热源。 即可作为加热源。 对于不能用钨丝装置加热的物质, 2、对于不能用钨丝装置加热的物质,采用难熔金 属板制成的电阻加热装置。 属板制成的电阻加热装置。 高熔点氧化物、高温裂解BN 石墨、 BN、 3、高熔点氧化物、高温裂解BN、石墨、难熔金属 等制成的坩埚也可以作为蒸发容器。 等制成的坩埚也可以作为蒸发容器。

电阻式蒸发装置

电阻热蒸发镀膜设备

三. 电阻式加热局限性
1. 坩埚、加热元件以及各种支撑部件可能造成污染; 坩埚、加热元件以及各种支撑部件可能造成污染; 2. 电阻加热的加热功率和加热温度受到限制 3. 不适用于高纯和难熔物质的蒸发

二、电子束 (Electron Beam)加热蒸发 加热蒸发
发射电子束 加速(数千伏) 加速(数千伏) 偏转(横向磁场) 偏转(横向磁场) 轰击坩埚 薄膜沉积 ?

磁场偏转法的使用可以避免灯丝材料的 蒸发对于沉积过程可能造成的污染。 蒸发对于沉积过程可能造成的污染。

优点: 优点: 能克服电阻加热方法可能受到坩埚, 1、能克服电阻加热方法可能受到坩埚,加热体以及 各种支撑部件的污染的缺点。 各种支撑部件的污染的缺点。 2、能克服电阻加热方法受到加热功率或温度的限制。 能克服电阻加热方法受到加热功率或温度的限制。 在同一蒸发沉积装置中可以安置多个坩埚, 3、在同一蒸发沉积装置中可以安置多个坩埚,这使 得人们可以同时或分别对多种不同的材料进行蒸发。 得人们可以同时或分别对多种不同的材料进行蒸发。

缺点: 缺点: 电子束能量的绝大部分要被坩埚的水冷系统 所带走,因而其热效率较低。 所带走,因而其热效率较低。 典型应用: 典型应用: 纯金属、合金、 1、纯金属、合金、氧化物材料 2、有机电致发光薄膜

电阻蒸发与电子蒸发复合镀膜设备

三、电弧蒸发装置
原理: 原理: 将欲蒸发的材料制成放电电极, 将欲蒸发的材料制成放电电极,在薄膜沉 积时, 积时,依靠调节真空室内电极间距的方法来点 燃电弧, 燃电弧,而瞬间的高温电弧将使电极端部产生 蒸发从而实现薄膜的沉积。 蒸发从而实现薄膜的沉积。 方法: 方法: 1、直流加热法 2、交流加热法

缺点: 缺点: 在放电过程中容易产生微米量级大小的电 极颗粒飞溅,从而会影响沉积薄膜的均匀性。 极颗粒飞溅,从而会影响沉积薄膜的均匀性。 应用: 应用: 仿金装饰镀( )、硬质膜 仿金装饰镀(TiN)、硬质膜(TiN/TiC) )、硬质膜( )

四、激光蒸发(Laser Evaporation)装置 激光蒸发 装置

优点: 优点: 加热温度高, 1、加热温度高,可避免坩埚污染 材料的蒸发速率高, 2、材料的蒸发速率高,蒸发过程容易控制 3、粒子能量一般显著高于其他的蒸发方法 4、适用于蒸发成分比较复杂的合金或化合 物材料( 物材料(如YBCO) )

要求: 要求: 昂贵的准分子激光器, 昂贵的准分子激光器,需要采用特殊的窗 口材料将激光束引入真空室中, 口材料将激光束引入真空室中,并要使用透凹 面镜等将激光束聚焦至被蒸发的材料上。 面镜等将激光束聚焦至被蒸发的材料上。针对 不同波长的激光束,需要选用具有不同光谱透 不同波长的激光束, 过特性的窗口和透镜材料。 过特性的窗口和透镜材料。 典型应用: 典型应用: 氧化物超导薄膜( )、氧化物铁电 氧化物超导薄膜(YBCO)、氧化物铁电 )、 介电薄膜、铁氧体薄膜等。 介电薄膜、铁氧体薄膜等。

五、空心阴极蒸发装置

特点: 特点:
1. 空心阴极可以提供数安培至数百安培的高强度电子 从而提高薄膜的沉积速度; 流,从而提高薄膜的沉积速度; 2. 大电流蒸发出来的物质原子进一步发生部分的离化, 大电流蒸发出来的物质原子进一步发生部分的离化, 从而生成大量的被蒸发物质的离子。 从而生成大量的被蒸发物质的离子。

缺点: 缺点:
1. 空心阴极在工作时要维持 空心阴极在工作时要维持1-10-2Pa的气压条件; 的气压条件; 的气压条件 2. 空心阴极在产生高强度电子流的同时也容易产生阴极 的损耗和蒸发物质的飞溅


蒸发法特点: 蒸发法特点:



工艺简单、成本低廉, 工艺简单、成本低廉,但是在沉积过程中 容易引入污染, 容易引入污染,而且蒸发法获得的粒子能 量较低,沉积层和衬底的附着力小, 量较低,沉积层和衬底的附着力小,需要 较高的真空度。 较高的真空度。

本章作业

试比较说明常见的几种蒸发镀膜方法各 自的原理及特点以及适用的材料

蒸发法制备的CdS纳米带
Faraday


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