薄膜及纳米材料解析.pptxVIP

薄膜及纳米材料解析;2.2.1 物理方法 (1) 阴极溅射法：; 仪器主要由一钟罩构成，钟罩内通有10-1到10-2托的低压惰性气体，气体处于数千伏的电势差中，发生辉光放电，气体被离子化，正离子加速移向阴极(靶子)，阴极材料被这些高能离子所解离，凝聚并覆盖在衬底上及其周围。衬底材料放在与阴极相对应的适宜位置上。; (2)真空蒸发法：一种广泛应用的镀膜方法。; 衬底(基体)材料种类很多，可根据待沉积薄膜的用途来选择。通常有陶瓷(AI203)、玻璃、碱金属卤化物、硅、锗及各种氧化物等。 作为蒸发源的材料有金属、合金、半导体材料及无机盐等。 源物质的容器有钨、钽、钼等，它们应能耐极高温度，并与所蒸发材料不起化学反应。; 2.2.2 化学方法 制造薄膜的化学方法很多，如阴极沉积(一般电镀的标准方法)、无电沉积、阳极氧化、热氧化等。 下面主要介绍几种制备半导体材料和超硬材料薄膜的方法。; 2.2.2.1 化学气相沉积(CVD)法该法是制备半导体薄膜的一种常规方法。目前，硅外延生长使用的源有四种：SiCl4、SiHCl3、SiH2CI2和SiH4。由于SiCl4具有来源丰富，稳定性好，易于提纯，工艺成熟，生产安全等特点，所以是制备半导体薄膜广泛使用的一种源材料。; 氢还原SiCl4硅外延生长，是以氢气作为还原剂和载运气体及稀释气体。 一路氢气作为载运气体通过SiCI4源瓶携带SiCl4，与另一路作为稀释气体的氢气相混合，输入到被加热的外延反应器中。 高温下SiCl4被氢还原，析出硅原子在衬底上进行外延生长，其化学反应为：SiCl4(g)十H2(g)＝Si(g)+4HCl(g);; 2.2.2.2 MOCVD技术 (金属有机化合物化学气相沉积技术) 近年来，由于高技术的蓬勃发展，出现了许多结构复杂的化合物半导体器件，如:高电子迁移率晶体管，超晶格量子阱器件，双异质结半导体激光器，集成光电子器件等，都对半导体薄膜的生长提出了很高的要求，这些要求是：; 1．能生长???体完整性好、杂质可控性好的非常薄的外延层(几十A或更薄)； 2．能生长含有多种组分的多层、异质结构的薄层。 3．能均匀地生长大面积的薄层。 MOCVD技术是均能满足这些要求的生长技术之一。; 该法是采用Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和V、Ⅵ族元素的氢化物为晶体生长源材料，以热分解的方式在衬底上进行气相外延，生长Ⅲ V族或Ⅱ Ⅵ族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄膜单晶。; Ⅲ、Ⅱ族金属有机化合物一般使用其烷基化合物，如Ga、AI、In、Zn、Cd等的甲基或乙基化合物: Ga(CH3)3、 In(CH3)3、Al(CH3)3、Cd(CH3)2、Ga(C2H5)3 等。这些金属有机化合物中的大多数是具有高蒸气压的液体。; 如用氢气或惰性气体等作载运气体将其携带与V或Ⅵ族元素的氢化物(如NH3、PH3、AsH3、SbH3、H2S等)混合，通入反应器，在反应器中受热分解，在衬底上形成化合物半导体薄膜。热解反应是不可逆的.例如: 用三甲基镓和砷烷反应生长GaAs：Ga(CH3) 3 (g) +ASH3(g)＝GaAs(s) +3CH4(g);;该法具有以下特点：1. 用来生长化合物晶体的各组分和掺杂剂均可以以气态通入反应器，因此，可以通过精确控制各种气体的流量来控制外延层的成分，可以生长几A、十几A的薄层或多层结构。 ; 2．反应器中气体流速快，因此，在需要改变多元化合物的成分和杂质浓度时，反应器中的气体改变是迅速的，从而可以把薄膜中杂质分布做的陡一些，过渡层作的薄一些，这对于生长异质和多层结构无疑是个很大的优点。; 3．晶体生长是以热分解的方式进行，是单温区外延生长，需要控制的参数少，只要将衬底控制到一定温度就可以了，从而使设备简单。 4．晶体生长速率与Ⅲ族源的供应量成正比。因而，改变输运量即可大大改变外延生长速度。; 5．源及反应物中不含有HCl一类腐蚀性的卤化物，因而生长设备和衬底不被腐蚀。 目前，MOCVD法不仅用于制造各种特殊要求的半导体薄膜，而且用于制备铁电薄膜(如BaTiO3、SrTiO3等); 2.2.3 金刚石薄膜的制备方法 在各种硬质合金工具