真空蒸发镀膜法分享课件.ppt

2．三温度法 从原理上讲，就是双蒸发源蒸发法。把III-V族化合物半导体材料置于坩埚内加热蒸发时，温度在沸点以上，半导体材料就会发生热分解，分溜出组分元素，淀积在基板上的膜层会偏离化合物的化学计量比。 这种方法是分别控制低蒸气压元素（III）的蒸发源温度TM 、高蒸气压元素（V）的蒸发源温度TV和基板温度TS，一共三个温度，这就是所谓的三温度法名称的由来。 * 反应蒸发（reactive evaporation） 原理： 在一定反应气氛中蒸发金属或低价化合物，使之在淀积过程中发生化学反应而生成所需的高价化合物薄膜 　　如：2Ti（激活蒸汽）+ N2（激活氮气）= 2TiN 　　 2SiO + O2（激活氧气）= 2SiO2 发生反应的地方： 　　1、蒸发源表面（尽可能避免） 　　2、蒸发源到基板的空间（概率很少） 　　3、基板表面（希望发生） 反应蒸发法是真空镀膜方法的一种改进 特点： 产生等离子体，使蒸发材料和反应气体电离活化，提高反应效率 反应蒸发装置图 以金属氧化物薄膜为例 (1)金属原子和氧分子入射到基板上 (2) 一部分被吸附，另一部分可能被反射或短暂停留后解吸，吸附能越小，或温度越高，解吸越快 (3)吸附的金属原子或氧分子产生表面迁移，通过氧的离解，化学吸附发生化学反应，形成氧化物 蒸发法的优点 方法和设备可以相对简单 较高的沉积速度（数十?m/小时） 相对较高的真空度和薄膜纯度 蒸发法的缺点 蒸发粒子的能量相对较低 总结：蒸发薄膜沉积法的优点与缺点 蒸发粒子的能量与物质键合能的比较 能量项 能量数值（eV） 蒸发粒子动能 　　　300K时 　　　2200K时 物质的键合能 　Si-Si固体键合能 　 N-N气体分子键合能 0.038 0.28 3.29 9.83 两者相比，可看到蒸发法时，沉积粒子的能量偏低 第六节 分子束外延 分子束外延（MBE）是新发展起来的外延制膜方法，也是一种特殊的真空镀膜工艺。它是在超高真空条件下，将薄膜诸组分元素的分子束流直接喷到衬底表面，从而在其上形成外延层的技术。 其突出的优点是能生长极薄的单晶膜层，且能够精确控制膜厚、组分和掺杂。 分子束外延装置主要由工作室、分子束喷射炉和各种监控仪器组成。 分子束外延制膜是将原子一个一个地直接沉积在衬底上实现外延生成的。分子束外延虽然也是一个以气体分子论为基础的蒸发过程，但它并不以蒸发温度为控制参数，而以系统中的四极质谱仪、原子吸收光谱等现代仪器精密地监控分子束的种类和强度，从而严格控制生长过程与生长速率。 分子束外延是一个超高真空的物理淀积过程，既不需要考虑中间化学反应，又不受质量传输的影响，并且利用快门可对生长和中断进行瞬时控制。因此，膜的组分和掺杂浓度可随要求的变化作迅速调整。 目前，真空蒸发使用的蒸发源根据其加热原理可以分为：电阻加热、电子加热、高频感应加热、电弧加热和激光加热等五大类。电阻加热采用钨、钼、钽等高熔点金属做成适当形状的蒸发源，或采用石英坩埚等。根据蒸发材料的性质以及蒸发源材料的浸润性等制作成不同的蒸发源形状。 1．电阻蒸发源 通常对蒸发源材料的要求是 ： (1)熔点要高。 (2)饱和蒸气压低。防止或减少在高温下蒸发源材料会随蒸发材料蒸发而成为杂质进入蒸镀膜层中。 (3)化学性能稳定，在高温下不应与蒸发材料发生化学反应。 (4) 具有良好的耐热性。热源变化时，功率密度变化较小； (5)原料丰富，经济耐用。 根据上述这些要求，实际使用的电阻加热材料一般均是一些难熔金属如W、Mo、Ta等等。用这些金属做成形状适当的蒸发源，让电流通过，从而产生热量直接加热蒸发材料。 关于蒸发源的形状可根据蒸发材料的性质，结合考虑与蒸发源材料 的湿润性，制作成不同的形式和选用不同的蒸发源物质。 * 常用的几种加热器形状  丝状 舟状 坩埚 蒸发坩锅种类 克努曾槽 自由蒸发源 坩埚蒸发源 电阻蒸发源材料： W，Mo，Ta，BN，C 等熔点高, 平衡蒸汽压低 ,化学性能稳定。但存在以下缺点： 1）与蒸发材料形成低熔点合金； 2）薄膜纯度不高。 电阻加热法的特点： (1)构造简单、造价便宜、使用可靠 (2)加热所达最高温度有限、蒸发速率较低、蒸发面积小 ，不能使高熔点、难蒸发材料蒸发 (3)直接加热时：待蒸发材料与电热材料反应或互溶影响薄膜纯度。 (4)采用坩埚间接加热时，热效率。 (5)蒸发某些易分解化合物时，薄膜成分与待蒸发材料不一致。 (6)不适合高纯度薄膜的制备。 电子束热蒸发：已成为蒸发高熔点待蒸发材料和制备高纯薄膜的一种主要方法。 电子束热蒸发