薄膜的蒸发沉积原理与技术

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膜厚分布的参考曲线
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2 材料在真空中的热蒸发
2.8 电阻热蒸发沉积的一些特点
(1) 选用高熔点低蒸汽压的蒸 发源 避免来自蒸发源的污染。
(2) 蒸发时产生大量的热，难 以带走
(3) 一般以自由面源形式出现 (4) 膜层比较疏松。
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1 关于薄膜的一些基本概念
1.4 薄膜的聚集情况
(1) 薄膜的聚集密度： 指膜层中材料体积占有总体积的
比值，常以小于1的两位小数表示。越 接近于1，膜层越致密，质量越好；有 的膜层甚至低于0.50。 (2) 薄膜的MDT模型图：
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层中“柱状结构”相互排斥，它 们
受到挤压的作用。
(2) 薄膜中的张应力： 膜层中聚集密度较小时，膜
层中“柱状结构”相互吸引，它 DINGQUAN们LIU
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1 关于薄膜的一些基本概念
1.6 薄膜的牢固度
(1) 牢固度用附着力来表述：
基片与膜层之间存在相互作用的 附着能，附着能对两者之间的距离微 分，微分最大值就是附着力。
这些对镀膜工艺和薄膜 质量有影响。
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2 材料在真空中的热蒸发
2.2 材料在真空中的转变
(1) 加热蒸发 固体—液体—气体
(2) 受热升华 固体—----—气体
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因材料而异。
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2 材料在真空中的热蒸发
2.3 材料在真空中的热蒸发
1 关于薄膜的一些基本概念
1.4 薄膜的聚集情况
(3ห้องสมุดไป่ตู้ 真空度的影响： 残余气体分子与沉积粒
子(原子、分子、团粒等)碰撞， 影响沉积动能和方向，易形成 松散结构。
真空度对蒸发镀金属膜 层微结构的影响：
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1 关于薄膜的一些基本概念
1.5 薄膜的应力
(1) 薄膜中的压应力： 膜层中聚集密度较大时，膜
真空中的薄膜热蒸发沉积 ---原理、技术、厚度控制
刘定权 编写
2010年12月18日 上海
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主要内容
1. 关于薄膜的一些基本概念 2. 材料在真空中的热蒸发 3. 薄膜在真空中的沉积生长 4. 膜层厚度控制与均匀性 5. 热蒸发薄膜的一些应用
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(2) 薄膜牢固度的增加：
洁净的基片； 膜层与基片良好的接触； 较高的沉积温度增加扩散； 高真空让沉积粒子直接到达；
DINGQUAN LIU 适当的应力控制，等等。
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2 材料在真空中的热蒸发
2.1 材料在高真空中的表现
(1) 材料在真空中出气；
(2) 某些镀膜材料在高真空中 有微量的质量损失。
3 薄膜在真空中的沉积生长
3.1 蒸发粒子的凝聚与张大
(1) 表面的凝结几率（系数） 有的原子可能重新进入真
空，失去凝结生长的可能。 (2) 凝结几率与基片温度和材
料种类有很大关系。 (3) 体积超出临界晶核的颗粒
才能张大，否则会消失。
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3 薄膜在真空中的沉积生长
3.2 薄膜生长的三种类型
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1 关于薄膜的一些基本概念
1.3 薄膜的晶体结构
(1) 薄膜以非晶态结构居多; (2) 有的薄膜以多晶态形式出现，含有
非晶成分; (3) 单晶体的薄膜难以得到，通常需要
很高的沉积温度、好的真空度、严格 的材料选择;
如果单从薄膜的使用强度考虑，非 晶态薄膜可能更好。
(1) 电阻加热方式 适合低熔点材料。能量
相对较小。 (2) 电子枪加热方式
能量更大，更集中，适 合高熔点材料，非升华材料。
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2 材料在真空中的热蒸发
2.4 材料的熔点与蒸发温度
(1) 材料的熔点 材料开始转化为液体的温度。
蒸汽压较小，还不能实现有效的薄 膜沉积。 (2) 蒸发温度
1 关于薄膜的一些基本概念
1.1 什么是薄膜?
不同的用途有不同的概念:
(1) 光学的人讲, 能够产生干涉的薄层; (2) 电子学认为, 厚度不能超过1μm; (3) 物理学认为, 是2维结构的材料; (4) 生物学认为, 细胞等组织的保护层; (5) 农业生产中, 甚至厚度到100 μm以
上的塑料纸也称薄膜; DINGQUAN LIU------
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2 材料在真空中的热蒸发
2.6 面源的三种形式
(1) 克努增源 准分子流，沉积慢。
(2) 自由面源 无定向，沉积快。
(3) 定向坩埚 有定向，沉积更快。
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2 材料在真空中的热蒸发
2.7 自由面源蒸发的膜厚分布
平面夹具与球面夹具有差异， 数学推导和实际状况有差异，但 趋势是一致的。仅供参考。
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(1) 岛状生长；
(2) 层状生长；
(3) 岛状+层状生长。
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生长类型主要与材料种类和沉积温度相关
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3 薄膜在真空中的沉积生长
3.3 薄膜沉积生长过程中的工艺因素
(1) 基片表面的处理；
(2) 制备参数；
(3) 蒸汽的入射角度；
还有老化处理等。
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1 关于薄膜的一些基本概念
1.2 薄膜的一些基本形态
(1) 空气态的薄膜, 入牛顿环; (2) 液体态的薄膜; (3) 固体态的薄膜, 是2维结构的材料; ------
我们经常使用和概念中的薄膜, 就是 固体态的薄膜, 而且指由无机材料组成、 厚度在微米量级以下的两维结构，薄膜 应该具有连续的形态。
能够实现有效蒸发的温度。通 常认为是对应材料产生1.33Pa蒸汽 压（材料表面）的温度。
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2 材料在真空中的热蒸发
2.5 电阻热蒸发沉积的点源与面源
(1) 点源 尺寸很小，向各个方向放射
蒸发，仅考虑立体视场角。 (2) 面源
本身尺寸需要考虑，仅向半 球面视场内蒸发。 (3) 一般以自由面源形式出现
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3 薄膜在真空中的沉积生长
3.4 薄膜沉积生长过程的观察