1-薄膜制备方法
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薄膜制备方法
物理气相沉积（PVD） 物理气相沉积（PVD） 化学气相沉积（CVD） 化学气相沉积（CVD） 电沉积 物理沉积
PVD和 PVD和CVD
PVD： PVD：通过高温加热金属或化合物蒸发成 气相，或者通过电子、离子、 气相，或者通过电子、离子、光子等荷能 粒子的能量把金属或化合物靶溅射出相应 的原子、离子、分子(气态) 的原子、离子、分子(气态)，在固体表面上 沉积成固相膜， 沉积成固相膜，其中不涉及到物质的化学 反应(分解或化合) 反应(分解或化合)。 CVD： CVD：通过含有构成薄膜元素的挥发性化 合物与气态物质，在固体表面上进行化学 合物与气态物质，在固体表面上进行化学 反应，且生成非挥发性固态沉积物的过程。 反应，且生成非挥发性固态沉积物的过程。
应用低气压CVD的目的： 的目的： 应用低气压 的目的
–提高生产效率、降低成本：LPCVD可以使基 提高生产效率、降低成本： 提高生产效率 可以使基 片排部更加紧密； 片排部更加紧密； –改善薄膜的质量：提高薄膜的致密度、减少针 改善薄膜的质量： 改善薄膜的质量 提高薄膜的致密度、 孔； –控制薄膜的厚度和均匀性以及化学成分匹配。 控制薄膜的厚度和均匀性以及化学成分匹配。 控制薄膜的厚度和均匀性以及化学成分匹配
从剃须刀片到人工心脏支架 从切削工具到空间飞行器 从微型半导体到巨型涡轮 从腕表到壁挂式等离子显示器 从薯片包装到机场塔台 从光谱到超级望远镜
高科技领域
汽车工业 航空航天 太空技术（人造卫星） 太空技术（人造卫星） 原子能 清洁能源的生成和转换 生物技术 纳米技术： 纳米技术：材料技术的前沿
高科技领域的应用
分子束外延的特点
生长速率极慢，每秒1 10埃 生长速率极慢，每秒1—10埃，因而可以生 长极薄而厚度均匀的外延层。 长极薄而厚度均匀的外延层。 外延生长的温度低， 外延生长的温度低，可以避免衬底与外延 层间的杂质在扩散， 层间的杂质在扩散，而获得杂质浓度分布 异常陡峭p 异常陡峭p—n结，同时又可以避免通常在 高温下产生的热缺陷。 高温下产生的热缺陷。 衬底表面可成为完全清洁的， 衬底表面可成为完全清洁的，生长是在超 高真空中进行的， 高真空中进行的，在外延过程中可避免沾 因而能生长出质量极好的外延层。 污，因而能生长出质量极好的外延层。
低气压化学气相沉积（ 低气压化学气相沉积（LPCVD)
金属有机物CVD(MOCVD) 金属有机物 工作气体:低温高挥发性的金属有机物 低温高挥发性的金属有机物； 工作气体 低温高挥发性的金属有机物； 工作温度：300∼700oC 工作温度： ∼ 特点：成分组分控制比较好，可以大面积沉积、 特点：成分组分控制比较好，可以大面积沉积、均匀 性好、致密；工作气体成本比较高。 性好、致密；工作气体成本比较高。 激光增强CVD(LECVD) 激光增强 工作原理:采用激光加热和光催化对化合物进行催化分解 采用激光加热和光催化对化合物进行催化分解。 工作原理 采用激光加热和光催化对化合物进行催化分解。 目的：利用激光可聚焦的特点进行选择沉积。 目的：利用激光可聚焦的特点进行选择沉积。 等离子体增强CVD(PECVD) 等离子体增强 工作原理:采用等离子体辅助对化合物进行催化分解 采用等离子体辅助对化合物进行催化分解。 工作原理 采用等离子体辅助对化合物进行催化分解。 目的：利用等离子体辅助活化反应气体， 目的：利用等离子体辅助活化反应气体，降低反应温 改善薄膜质量； 度，改善薄膜质量；
薄膜制备方法
主要内容
薄膜概述 薄膜制备方法 物理气相沉积（PVD） 物理气相沉积（PVD） 化学气相沉积（CVD） 化学气相沉积（CVD）
薄膜的物理特性完全不同于其体材料 的特性 薄膜可在艺术， 薄膜可在艺术，科学及科技领域间转 换 目前薄膜是一个具有数十亿美元的产 业
哪里需要用到薄膜？ 哪里需要用到薄膜？
化学气相沉积（CVD） 化学气相沉积（CVD）
大气压化学气相沉积( 大气压化学气相沉积(APCVD) 低气压化学气相沉积（ 低气压化学气相沉积（LPCVD)
大气压化学气相沉积( 大气压化学气相沉积(APCVD)
1)高温大气压CVD 1)高温大气压CVD 高温大气压 炉壁加热方式：射频加热/ 炉壁加热方式：射频加热/辐射加热 特点：简单经济、稳定高效；腐蚀、污染、 特点：简单经济、稳定高效；腐蚀、污染、耗能 应用：外延Si薄膜制备、 Si薄膜制备 TiC等超硬涂层等 应用：外延Si薄膜制备、TiN, TiC等超硬涂层等 2)低温大气压 低温大气压CVD 2)低温大气压CVD 工作温度:500 :500∼ 工作温度:500∼700oC 应用领域：主要用于集成电路、电子器件等对沉 应用领域：主要用于集成电路、 积温度有比较严格限制的薄膜制备。 积温度有比较严格限制的薄膜制备。
物理气相沉积（PVD） 物理气相沉积（PVD）
蒸发（热化，电子束，RF，PLD） 蒸发（热化，电子束，RF，PLD） 溅射（RF，DC，磁控） 溅射（RF，DC，磁控） 分子束外延（MBE） 分子束外延（MBE）
蒸发
蒸发：通过不同的加热方式 蒸发：通过不同的加热方式使原材料气化 不同的加热方式使原材料气化 直接（或与反应气体反应后） 后，直接（或与反应气体反应后）在衬底 上成膜。 上成膜。
蒸发的特点
纯度高 成本低 方向性好 材料受限
溅射
溅射：以荷能粒子(常用气体正离子) 溅射：以荷能粒子(常用气体正离子)轰击 某种材料的靶面， 某种材料的靶面，而使靶材表面的原子或 分子从中逸出并淀积在衬底材料上的现象。 并淀积在衬底材料上的现象 分子从中逸出并淀积在衬底材料上的现象。
溅射的特点（与蒸发相比） 与蒸发相比）
低气压化学气相沉积（ 低气压化学气相沉积（LPCVD)
低气压CVD按工作真空度的划分 按工作真空度的划分: 低气压 按工作真空度的划分
–减压 减压CVD(RPCVD)：100 torr> P > 1 torr； 减压 ： ； –LPCVD：1 torr> P > 10 mtorr； ： ； –超高真空：∼10-7torr 超高真空： 超高真空
膜层和衬底附着力强 可以制备高熔点材料 易于大面积均匀成膜 膜的成分易于控制
分子束外延
在超高真空条件下，由装有各种所需组分 在超高真空条件下， 的炉子加热而产生的蒸气， 的炉子加热而产生的蒸气，经小孔准直后 形成的分子束或原子束， 形成的分子束或原子束，直接喷射到适当 温度的单晶基片上， 温度的单晶基片上，同时控制分子束对衬 底扫描，就可使分子或原子按晶体排列一 底扫描，就可使分子或原子按晶体排列一 层层地“ 在基片上形成薄膜 形成薄膜。 层层地“长”在基片上形成薄膜。
薄膜制备方法
物理气相沉积（PVD） 物理气相沉积（PVD） 化学气相沉积（CVD） 化学气相沉积（CVD） 电沉积 物理沉积
PVD和 PVD和CVD
PVD： PVD：通过高温加热金属或化合物蒸发成 气相，或者通过电子、离子、 气相，或者通过电子、离子、光子等荷能 粒子的能量把金属或化合物靶溅射出相应 的原子、离子、分子(气态) 的原子、离子、分子(气态)，在固体表面上 沉积成固相膜， 沉积成固相膜，其中不涉及到物质的化学 反应(分解或化合) 反应(分解或化合)。 CVD： CVD：通过含有构成薄膜元素的挥发性化 合物与气态物质，在固体表面上进行化学 合物与气态物质，在固体表面上进行化学 反应，且生成非挥发性固态沉积物的过程。 反应，且生成非挥发性固态沉积物的过程。
应用低气压CVD的目的： 的目的： 应用低气压 的目的
–提高生产效率、降低成本：LPCVD可以使基 提高生产效率、降低成本： 提高生产效率 可以使基 片排部更加紧密； 片排部更加紧密； –改善薄膜的质量：提高薄膜的致密度、减少针 改善薄膜的质量： 改善薄膜的质量 提高薄膜的致密度、 孔； –控制薄膜的厚度和均匀性以及化学成分匹配。 控制薄膜的厚度和均匀性以及化学成分匹配。 控制薄膜的厚度和均匀性以及化学成分匹配
从剃须刀片到人工心脏支架 从切削工具到空间飞行器 从微型半导体到巨型涡轮 从腕表到壁挂式等离子显示器 从薯片包装到机场塔台 从光谱到超级望远镜
高科技领域
汽车工业 航空航天 太空技术（人造卫星） 太空技术（人造卫星） 原子能 清洁能源的生成和转换 生物技术 纳米技术： 纳米技术：材料技术的前沿
高科技领域的应用
分子束外延的特点
生长速率极慢，每秒1 10埃 生长速率极慢，每秒1—10埃，因而可以生 长极薄而厚度均匀的外延层。 长极薄而厚度均匀的外延层。 外延生长的温度低， 外延生长的温度低，可以避免衬底与外延 层间的杂质在扩散， 层间的杂质在扩散，而获得杂质浓度分布 异常陡峭p 异常陡峭p—n结，同时又可以避免通常在 高温下产生的热缺陷。 高温下产生的热缺陷。 衬底表面可成为完全清洁的， 衬底表面可成为完全清洁的，生长是在超 高真空中进行的， 高真空中进行的，在外延过程中可避免沾 因而能生长出质量极好的外延层。 污，因而能生长出质量极好的外延层。
低气压化学气相沉积（ 低气压化学气相沉积（LPCVD)
金属有机物CVD(MOCVD) 金属有机物 工作气体:低温高挥发性的金属有机物 低温高挥发性的金属有机物； 工作气体 低温高挥发性的金属有机物； 工作温度：300∼700oC 工作温度： ∼ 特点：成分组分控制比较好，可以大面积沉积、 特点：成分组分控制比较好，可以大面积沉积、均匀 性好、致密；工作气体成本比较高。 性好、致密；工作气体成本比较高。 激光增强CVD(LECVD) 激光增强 工作原理:采用激光加热和光催化对化合物进行催化分解 采用激光加热和光催化对化合物进行催化分解。 工作原理 采用激光加热和光催化对化合物进行催化分解。 目的：利用激光可聚焦的特点进行选择沉积。 目的：利用激光可聚焦的特点进行选择沉积。 等离子体增强CVD(PECVD) 等离子体增强 工作原理:采用等离子体辅助对化合物进行催化分解 采用等离子体辅助对化合物进行催化分解。 工作原理 采用等离子体辅助对化合物进行催化分解。 目的：利用等离子体辅助活化反应气体， 目的：利用等离子体辅助活化反应气体，降低反应温 改善薄膜质量； 度，改善薄膜质量；
薄膜制备方法
主要内容
薄膜概述 薄膜制备方法 物理气相沉积（PVD） 物理气相沉积（PVD） 化学气相沉积（CVD） 化学气相沉积（CVD）
薄膜的物理特性完全不同于其体材料 的特性 薄膜可在艺术， 薄膜可在艺术，科学及科技领域间转 换 目前薄膜是一个具有数十亿美元的产 业
哪里需要用到薄膜？ 哪里需要用到薄膜？
化学气相沉积（CVD） 化学气相沉积（CVD）
大气压化学气相沉积( 大气压化学气相沉积(APCVD) 低气压化学气相沉积（ 低气压化学气相沉积（LPCVD)
大气压化学气相沉积( 大气压化学气相沉积(APCVD)
1)高温大气压CVD 1)高温大气压CVD 高温大气压 炉壁加热方式：射频加热/ 炉壁加热方式：射频加热/辐射加热 特点：简单经济、稳定高效；腐蚀、污染、 特点：简单经济、稳定高效；腐蚀、污染、耗能 应用：外延Si薄膜制备、 Si薄膜制备 TiC等超硬涂层等 应用：外延Si薄膜制备、TiN, TiC等超硬涂层等 2)低温大气压 低温大气压CVD 2)低温大气压CVD 工作温度:500 :500∼ 工作温度:500∼700oC 应用领域：主要用于集成电路、电子器件等对沉 应用领域：主要用于集成电路、 积温度有比较严格限制的薄膜制备。 积温度有比较严格限制的薄膜制备。
物理气相沉积（PVD） 物理气相沉积（PVD）
蒸发（热化，电子束，RF，PLD） 蒸发（热化，电子束，RF，PLD） 溅射（RF，DC，磁控） 溅射（RF，DC，磁控） 分子束外延（MBE） 分子束外延（MBE）
蒸发
蒸发：通过不同的加热方式 蒸发：通过不同的加热方式使原材料气化 不同的加热方式使原材料气化 直接（或与反应气体反应后） 后，直接（或与反应气体反应后）在衬底 上成膜。 上成膜。
蒸发的特点
纯度高 成本低 方向性好 材料受限
溅射
溅射：以荷能粒子(常用气体正离子) 溅射：以荷能粒子(常用气体正离子)轰击 某种材料的靶面， 某种材料的靶面，而使靶材表面的原子或 分子从中逸出并淀积在衬底材料上的现象。 并淀积在衬底材料上的现象 分子从中逸出并淀积在衬底材料上的现象。
溅射的特点（与蒸发相比） 与蒸发相比）
低气压化学气相沉积（ 低气压化学气相沉积（LPCVD)
低气压CVD按工作真空度的划分 按工作真空度的划分: 低气压 按工作真空度的划分
–减压 减压CVD(RPCVD)：100 torr> P > 1 torr； 减压 ： ； –LPCVD：1 torr> P > 10 mtorr； ： ； –超高真空：∼10-7torr 超高真空： 超高真空
膜层和衬底附着力强 可以制备高熔点材料 易于大面积均匀成膜 膜的成分易于控制
分子束外延
在超高真空条件下，由装有各种所需组分 在超高真空条件下， 的炉子加热而产生的蒸气， 的炉子加热而产生的蒸气，经小孔准直后 形成的分子束或原子束， 形成的分子束或原子束，直接喷射到适当 温度的单晶基片上， 温度的单晶基片上，同时控制分子束对衬 底扫描，就可使分子或原子按晶体排列一 底扫描，就可使分子或原子按晶体排列一 层层地“ 在基片上形成薄膜 形成薄膜。 层层地“长”在基片上形成薄膜。