薄膜技术 03蒸发镀膜

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真空蒸发(蒸发镀膜)PPT幻灯片课件

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在100℃时,水的饱和蒸气压增大到101324.72Pa
8
第一节 真空蒸发原理
蒸发温度
规定物质在饱和蒸气压为10-2Torr时的温度 饱和蒸气压与温度的关系曲线对于薄膜制作技术有重要 意义,它可以帮助我们合理选择蒸发材料和确定蒸发条件。9
第一节 真空蒸发原理
3. 蒸发速率
根据气体分子运动论,在气体压力为P时,单位时间 内碰撞单位面积器壁上的分子数量,即碰撞分子流量(通
30
第二节 蒸发源的蒸发特性及膜厚分布
★ 点蒸发源
能够从各个方向 蒸发等量材料的微小 球状蒸发源称为点蒸 发源(点源)。
dm m d 4

m
4Байду номын сангаас

cos
r2
dS2
dm t dS2
dS1 dS2 cos
dS1 r 2 d
d

dS2 cos
r2
18
电子束加热原理
• 可聚焦的电子束,能局部加温元素源,因不加热其它部 分而避免污染 • 高能量电子束能使高熔点元素达到足够高温以产生适量 的蒸气压
电子的动能和电功率:
m 9.11028 g
1 m2 e U
2 e 1.61019C
5.93105 U (m/s)
Q 0.24Wt
19
电子束蒸发源的优点:
• 电子束的束流密度高,能获得远比电阻加热源更大的能 量密度。
• 被蒸发材料置于水冷坩埚内,避免了容器材料的蒸发, 以及容器材料与蒸发材料的反应,提高了薄膜的纯度。
• 热量直接加到蒸镀材料表面,热效率高,热传导和热辐 射损失小。
电子束蒸发源的缺点:

二氧化硅蒸发镀膜

二氧化硅蒸发镀膜

二氧化硅蒸发镀膜1.引言1.1 概述概述二氧化硅蒸发镀膜是一种常用的表面处理技术,利用蒸发镀膜方法将二氧化硅材料沉积在各种基材表面上,形成一层均匀、透明且具有良好性能的薄膜。

该薄膜具有优良的物理、化学性能,广泛应用于电子、光学、太阳能等领域。

随着科学技术的不断进步,人们对于表面处理技术的要求也越来越高。

而二氧化硅蒸发镀膜由于其独特的特性和优势,成为了一种备受关注的技术。

通过二氧化硅蒸发镀膜,可以改变材料表面的光学、电学、热学等性质,从而提高材料的功能和性能。

本文将介绍二氧化硅蒸发镀膜的原理和方法,以及其在不同应用领域的应用情况。

同时,总结二氧化硅蒸发镀膜的优势,并展望其未来发展的前景。

通过深入了解二氧化硅蒸发镀膜技术的特点和应用,可以更好地认识和利用这一技术,促进材料表面处理领域的发展。

1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容:文章结构的设定对于一篇长文的组织和阅读来说非常重要。

在本文中,我们将按照以下结构进行论述:1. 引言:在引言部分,我们将对二氧化硅蒸发镀膜进行概述,并介绍本文的目的。

2. 正文:- 2.1 二氧化硅蒸发镀膜的原理和方法:在这一部分,我们将详细介绍二氧化硅蒸发镀膜的工作原理和镀膜方法,并解释其背后的物理化学过程。

- 2.2 二氧化硅蒸发镀膜的应用领域:在这一部分,我们将探讨二氧化硅蒸发镀膜在不同领域的应用,包括电子设备制造、光学薄膜、防反射涂层等。

我们将介绍其在各个领域的优势和潜在应用价值。

3. 结论:- 3.1 总结二氧化硅蒸发镀膜的优势:在这一部分,我们将总结二氧化硅蒸发镀膜的优势,例如其高质量、可控性和适用性等,并强调其在现代科技和工程中的重要性。

- 3.2 展望二氧化硅蒸发镀膜的未来发展:在这一部分,我们将展望二氧化硅蒸发镀膜的未来发展趋势,包括技术改进、新材料探索等方面的可能性。

我们将讨论现有挑战,并提出未来研究的方向和可能的解决方案。

通过以上结构的合理安排,我们旨在全面系统地介绍二氧化硅蒸发镀膜,从其原理和方法、应用领域到优势和未来发展进行论述,以期为读者提供全面深入的了解和启发。

真空蒸发镀膜的三个基本过程

真空蒸发镀膜的三个基本过程

真空蒸发镀膜的三个基本过程真空蒸发镀膜是一种常用的表面处理技术,广泛应用于光学、电子、材料等领域。

它通过在真空环境中加热源材料,使其蒸发并沉积在基材上,形成一层均匀、致密的薄膜。

这个过程包括三个基本步骤:蒸发源的加热、蒸发物的输运和沉积。

第一步是蒸发源的加热。

蒸发源通常是一种具有较高蒸发温度的物质,如金属或氧化物。

为了使蒸发源达到所需的温度,通常采用电阻加热或电子束加热等方式。

在加热的过程中,蒸发源的温度逐渐升高,蒸发物开始从蒸发源表面蒸发出来。

第二步是蒸发物的输运。

蒸发物从蒸发源表面蒸发出来后,必须经过一段距离才能到达基材表面。

为了使蒸发物能够输运到基材上,通常在真空腔室中设置一些控制装置,如抽气系统和导向装置。

抽气系统可以将真空腔室内的气体抽除,降低蒸发物与气体分子的碰撞,减少蒸发物的散射和损失。

导向装置可以引导蒸发物的运动方向,使其尽可能地沉积在基材上。

第三步是蒸发物的沉积。

蒸发物通过输运后,最终到达基材表面,并在其上沉积形成薄膜。

在沉积过程中,蒸发物与基材表面发生相互作用,形成化学键或物理键,从而使蒸发物附着在基材上。

为了控制薄膜的质量和厚度,通常需要调节蒸发源的温度、蒸发速率和基材的旋转速度等参数。

此外,还可以通过控制沉积时间和基材的位置,来实现对薄膜性能的调控。

真空蒸发镀膜是一种通过蒸发源的加热、蒸发物的输运和沉积来形成薄膜的表面处理技术。

它在光学、电子、材料等领域有着广泛的应用。

通过控制蒸发源的加热和温度,以及调节蒸发物的输运和沉积过程,可以得到具有不同性能和结构的薄膜,满足不同领域的需求。

真空镀膜—蒸发镀膜法

真空镀膜—蒸发镀膜法

真空镀膜—蒸发镀膜法实验报告陈焕07180217 物理072摘要:本文主要介绍了真空镀膜的原理和方法—蒸发镀膜法,源加热器的材料以及真空镀膜的实验过程。

关键字:真空镀膜蒸发镀膜法源加热器实验过程引言:空镀膜技术及设备两百年发展历史。

化学镀膜最早用于在光学元件表面制备保护膜。

随后,1817年,Fraunhofe在德国用浓硫酸或硝酸侵蚀玻璃,偶然第一次获得减反射膜,1835年以前有人用化学湿选法淀积了银镜膜它们是最先在世界上制备的光学薄膜。

后来,人们在化学溶液和蒸气中镀制各种光学薄膜。

50年代,除大快窗玻璃增透膜的一些应用外,化学溶液镀膜法逐步被真空镀膜取代。

真空蒸发和溅射这两种真空物理镀膜工艺,是迄今在工业领域能够制备光学薄膜的两种最主要的工艺。

它们大规模地应用,实际上是在1930年出现了油扩散泵——机械泵抽气系统之后。

一、真空镀膜的两种方法;真空镀膜中常用的方法有真空蒸发和离子溅射,各有优缺点。

此外,将蒸发法与溅射法相结合,即为离子镀。

这种方法的优点是得到的膜与基板间有极强的附着力,有较高的沉积速率,膜的密度高。

本实验采用的是蒸发镀膜法。

真空蒸发镀膜是在真空度不低于10-2Pa的环境中,用电阻加热或电子束和激光轰击等方法把要蒸发的材料加热到一定温度,使材料中分子或原子的热振动能量超过表面的束缚能,从而使大量分子或原子蒸发或升华,并直接沉淀在基片上形成薄膜。

离子溅射镀膜是利用气体放电产生的正离子在电场的作用下的高速运动轰击作为阴极的靶,使靶材中的原子或分子逸出来而沉淀到被镀工件的表面,形成所需要的薄膜。

真空蒸发镀膜最常用的是电阻加热法,其优点是加热源的结构简单,造价低廉,操作方便;缺点是不适用于难熔金属和耐高温的介质材料。

电子束加热和激光加热则能克服电阻加热的缺点。

电子束加热上利用聚焦电子束直接对被轰击材料加热,电子束的动能变成热能,使材料蒸发。

激光加热是利用大功率的激光作为加热源,但由于大功率激光器的造价很高,目前只能在少数研究性实验室中使用。

蒸发法真空镀膜实验讲义

蒸发法真空镀膜实验讲义

真空镀膜⏹实验目的掌握真空镀膜的原理和正确操作。

⏹实验原理薄膜材料制备及应用薄膜材料的制备是材料科学的一个分支,薄膜制备大体上分为:化学气相沉积(chemical vapor deposition ; CVD)–借助空间气相化学反应在衬底表面上沉积固态薄膜。

物理气相沉积(physical vapor deposition ; PVD)–用物理方法将源物质转移到气相中,在衬底表面上沉积固态薄膜。

主要包括:真空蒸发;溅射;分子束外延等方法。

其中,熔点低于2000K的金属才能用于蒸发镀膜,难熔金属应采用溅射法镀膜。

另外,由于有些金属会和蒸发源形成合金,故原则上每种镀材应有专用的蒸发源。

真空镀膜是将固体材料置于真空室内,在真空条件下,将固体材料加热蒸发,蒸发出来的原子或分子能自由地弥布到容器的内部空间中。

当把一些加工好的基板材料放在其中时,蒸发出来的原子或分子就会吸附在基板上逐渐形成一层薄膜。

真空镀膜有两种方法,一是蒸发,一是溅射。

本实验采用蒸发的方法,即在真空中把铝材加热蒸发,使其淀积在基片的表面上形成铝膜。

铝膜的优点和应用:–与硅基片、SiO2层、玻璃及陶瓷基片有较好的附着力,不易脱落。

–电导率高,与N型、P型硅的接触势垒低,容易形成欧姆接触。

–对抗蚀剂的选择性好,容易光刻和采用活性离子刻蚀。

–与金丝、铝丝的可焊性好,适宜于热压焊和超声焊。

–铝膜对气体有较好的阻隔性。

–铝膜富有金属光泽,可作为装饰涂层。

–铝膜反射率较高,可遮挡紫外线,可作为防紫外涂层。

–高纯度铝成本底,易于蒸发或溅射,可获得高纯度的铝膜。

●●真空系统(DM—300B镀膜机)●蒸发源蒸发源的形状如下图,大致有螺旋式(a)、篮式(b)、发叉式(c)和浅舟式(d)等●蒸发源选取原则1 有良好的热稳定性,化学性质不活泼,达到蒸发温度时加热器本身的蒸汽压要足够低。

2 蒸发源的熔点要高于被蒸发物的蒸发温度。

加热器要有足够大的热容量。

3 蒸发物质和蒸发源材料的互熔性必须很低,不易形成合金。

蒸发镀膜原理

蒸发镀膜原理

蒸发镀膜原理
蒸发镀膜是一种常用于制备薄膜的方法,其原理基于蒸发材料在一定条件下由固态转变为气态,然后在基底表面形成一层均匀的薄膜。

以下是蒸发镀膜的基本原理:
1. 材料选择:蒸发镀膜中使用的材料通常是金属或化合物。

根据需要获得的薄膜性质,选择相应的材料,例如铝、铜、银、金等金属,或者二氧化硅、氮化硅等化合物。

2. 准备基底:在蒸发镀膜之前,需要对基底进行准备工作。

通常是将基底表面进行清洁、去除杂质以及进行表面处理,以确保薄膜可以附着在其上并具有较好的附着力。

3. 蒸发过程:蒸发镀膜的核心步骤是将蒸发材料加热至其蒸发温度,使其从固态直接转变为气态。

一般情况下,蒸发炉中会有一个或多个炉子,用来加热蒸发源材料。

4. 成膜过程:在蒸发源材料蒸发后,蒸发的材料会进入真空腔体。

真空环境可以防止气体分子的碰撞和干扰,以确保薄膜的均匀性。

蒸发材料气体会沿着固定方向运动,并沉积在基底表面上,形成薄膜。

5. 控制薄膜厚度:控制薄膜的厚度可以通过控制蒸发源材料的蒸发速率和时间来实现。

通常使用物理或电子测量仪器来测定薄膜的厚度,并根据需要进行调整。

6. 薄膜特性:蒸发镀膜制备的薄膜具有较高的密度和致密性,
并且具有良好的光学、电学或其他特性。

薄膜的特性可以通过调整蒸发条件、材料组成以及后续热处理等来进行调控。

总的来说,蒸发镀膜是一种常用的薄膜制备方法,其原理基于将蒸发材料加热至蒸发温度,使其从固态转变为气态,并在基底表面形成均匀的薄膜。

通过控制蒸发过程中的温度、压力和蒸发速率等参数,可以制备出具有不同特性和厚度的薄膜。

蒸发镀膜的原理与应用

蒸发镀膜的原理与应用

蒸发镀膜的原理与应用1. 蒸发镀膜的原理蒸发镀膜是一种常见的表面处理技术,通过将固态材料加热至其蒸发温度,使其从固态转变为气态,然后将气态材料沉积在待处理物体表面上,形成一层薄膜。

蒸发镀膜的原理可归纳为以下几个步骤:•材料蒸发:将希望镀膜的材料放置在一特定的蒸发器中,加热至蒸发温度。

随着加热,材料表面开始蒸发,形成气态分子。

•材料输送:蒸发器中产生的气态分子通过真空条件下的输送系统传输到待处理物体的表面。

这种输送系统通常包括抽气系统和导向系统,确保气态分子能够到达目标表面。

•膜层形成:当气态分子到达待处理物体的表面时,由于表面的冷却效应,气态分子会凝聚并沉积在表面上,形成一层薄膜。

这个过程称为蒸发镀膜。

•膜层特性:蒸发镀膜的厚度和性质可以通过控制蒸发材料的温度、沉积速率和沉积时间来调节。

2. 蒸发镀膜的应用蒸发镀膜技术具有广泛的应用领域,以下是一些常见的应用案例:•光学镀膜:蒸发镀膜广泛应用于光学元件的制造中,例如镜片、透镜、滤光片等。

通过控制蒸发材料的特性和膜层厚度,可以实现对光的反射、透射和吸收的控制,从而实现特定波段的光学效果。

•电子器件:蒸发镀膜常用于电子元件和半导体器件的制造中。

例如,在集成电路的制造过程中,蒸发镀膜可用于形成金属导线、电极和保护层等。

•装饰涂层:蒸发镀膜广泛应用于装饰涂层,例如手机壳、手表表盘等。

通过选择不同的镀膜材料和膜层厚度,可以实现不同的颜色和反光效果,提升产品的外观质感。

•防腐涂层:蒸发镀膜技术还可用于制备防腐涂层。

例如,在航空航天领域,蒸发镀膜可用于制备耐高温、抗氧化和防腐蚀的涂层,提高飞行器的耐久性和安全性。

•太阳能电池:蒸发镀膜可以应用于太阳能电池的制造中。

通过将不同材料的薄膜沉积在硅基底上,可以实现对太阳能的吸收、反射和透射的控制,提高电池的效率。

可以看到,蒸发镀膜技术在许多领域中都具有重要的应用价值。

通过控制蒸发材料和沉积条件,可以制备出具有不同性质、功能和外观的薄膜材料,满足不同领域的需求。

蒸发和溅射镀膜的异同

蒸发和溅射镀膜的异同

蒸发和溅射镀膜的异同【中文文章】标题:蒸发和溅射镀膜的异同:优缺点和应用领域导语:在现代科技的推动下,薄膜技术逐渐成为许多行业的关键领域。

在实现高品质、高效率和高性能的器件中,蒸发和溅射镀膜技术被广泛应用。

本文将深入探讨蒸发和溅射镀膜的异同点,并详细介绍它们的优缺点及在各个领域中的应用。

一、蒸发镀膜技术1.1 原理概述蒸发镀膜是一种通过加热源的辅助,在真空环境下将固态材料转变为气态,再通过沉积在基底材料上的方法实现薄膜覆盖。

其基本原理是源材料的加热后会蒸发成气体,然后沉积在待处理的基底材料上。

1.2 优点与应用在蒸发镀膜技术中,最大的优点是可实现较高的纯度,因为热蒸发过程中会使杂质残留减少。

该技术对于低温材料处理较为适用,且具有良好的均匀性和薄膜厚度控制能力。

由于其较高的材料利用率和低成本,蒸发镀膜在光学镀膜、电子器件制造和太阳能电池等领域得到广泛应用。

二、溅射镀膜技术2.1 原理概述溅射镀膜是一种通过离子轰击材料或离子束辅助的方法,使固态材料脱离基底材料并沉积在待处理的基底上。

其基本原理是将材料靶作为阴极,通入惰性气体后通过高能离子轰击靶材,使得靶材表面的原子或分子脱离并沉积在基底上。

2.2 优点与应用溅射镀膜技术具有较高的沉积速率和良好的附着力,能够在较低的加热温度下实现高质量的薄膜覆盖。

其能够沉积多种材料,如金属、陶瓷和复合膜等,并具有较高的材料利用率。

溅射镀膜广泛应用于显示器制造、集成电路制造和太阳能电池等领域,由于其对不同材料有较好的适应性和较高的成膜效率。

三、蒸发镀膜与溅射镀膜的比较3.1 优点对比蒸发镀膜在薄膜材料纯度、均匀性和薄膜厚度控制上有明显优势;而溅射镀膜在成膜效率、附着力和材料适应性方面优于蒸发镀膜。

3.2 缺点对比蒸发镀膜的材料利用率相对较低,而溅射镀膜的成本较高。

3.3 应用领域对比蒸发镀膜在光学镀膜、电子器件制造和太阳能电池等领域有广泛应用;溅射镀膜在显示器制造、集成电路制造和太阳能电池等领域应用较多。

蒸发镀膜原理

蒸发镀膜原理

蒸发镀膜原理蒸发镀膜是一种常用的表面处理技术,通过蒸发材料并在基材表面沉积形成薄膜,以改善基材的性能和外观。

蒸发镀膜原理是指在真空条件下,将固体材料加热至其蒸发温度,使其蒸发成气体,然后沉积在基材表面形成薄膜的过程。

在蒸发镀膜过程中,蒸发材料的选择、真空度的控制、沉积速率的调节等因素都对薄膜的质量和性能有着重要影响。

首先,蒸发镀膜的基本原理是利用真空环境下材料的蒸发和沉积。

在真空腔室中,通过加热蒸发源,蒸发材料转化成气体并沉积在基材表面,形成薄膜。

蒸发源通常采用电子束炉、电阻加热炉等设备,通过控制加热功率和升温速率来实现蒸发材料的均匀蒸发。

同时,真空腔室中的气体压力需要控制在一定范围内,以确保蒸发材料能够自由蒸发并沉积在基材表面。

其次,蒸发镀膜的原理还涉及到蒸发材料的选择和基材的表面处理。

不同的蒸发材料具有不同的蒸发温度和蒸发速率,因此在选择蒸发材料时需要考虑其物理化学性质和薄膜要求。

同时,基材的表面处理也会影响薄膜的附着力和成膜质量,通常需要进行清洗、打磨或表面活化处理,以提高薄膜的附着性和光学性能。

另外,蒸发镀膜的原理还包括沉积速率的调节和薄膜的性能控制。

沉积速率是指单位时间内沉积在基材表面的蒸发材料的量,通过控制蒸发源的加热功率和基材的旋转速度等参数,可以调节沉积速率,以实现薄膜厚度的精确控制。

同时,薄膜的性能控制也需要考虑蒸发材料的纯度、结晶度和成膜工艺的优化,以满足不同应用领域对薄膜性能的需求。

总的来说,蒸发镀膜原理是利用真空环境下蒸发材料并沉积在基材表面形成薄膜的过程。

在实际应用中,需要综合考虑蒸发源的选择和控制、真空度的控制、基材的表面处理以及沉积速率的调节等因素,以实现薄膜的精确控制和优化性能。

蒸发镀膜技术在光学、电子、光伏等领域有着广泛的应用前景,对于提高产品的性能和附加值具有重要意义。

5 第四章 真空蒸发镀膜法详解

5 第四章 真空蒸发镀膜法详解
优点: 可蒸发高熔点材 热源在室外, 简化真空室 非接触加热,无污染 适于超高真空下制取纯洁薄膜
缺点: 费用高
第四节 合金及化合物的蒸发
对于两种以上元素组成的合金和化合物薄膜,在蒸发时如 何控制组分,以获得与蒸发材料化学比不变的膜层,是薄膜技 术中的一个重要问题。 ★ 合金的蒸发
二元以上合金或化合物,由于各成分饱和蒸气压不同,蒸 发速率不同,引起薄膜成分偏离。
t为束流作用时间,则其产 生的热量为:
Q 0.24Wt
电子束蒸发源的优点:
• 电子束的束流密度高,能获得远比电阻加热源更大的能 量密度。
• 被蒸发材料置于水冷坩埚内,避免了容器材料的蒸发, 以及容器材料与蒸发材料的反应,提高了薄膜的纯度。
• 热量直接加到蒸镀材料表面,热效率高,热传导和热辐 射损失小。
B lg Pv A
T
第一节 真空蒸发原理
第一节 真空蒸发原理
饱和蒸气压与温度的关系曲线对于薄膜制作技术有重要 意义,它可以帮助我们合理选择蒸发材料和确定蒸发条件。
第一节 真空蒸发原理
2. 蒸发粒子的速度和能量
对于绝大部分可以热蒸发的材料,蒸发温度在10002500℃范围内,蒸发粒子的平均速度约为1000m/s,对应 的平均动能约为0.1-0.2eV。

dS2
在点源正上方,即
0 时,膜层厚度
t0 为:
t0
m
4 h 2
在基板平面内薄膜厚度分布:t t0 Nhomakorabea1
1 ( h)2 3 2
第二节 蒸发源的蒸发特性及膜厚分布
★ 小平面蒸发源
这种蒸发源的发射 特性具有方向性,使得 在 角方向蒸发的材料 质量和 cos 成正比。
当 dS2 在点源正上方,即 0 时,膜层厚度 为:t0

真空蒸发镀膜工艺流程

真空蒸发镀膜工艺流程

真空蒸发镀膜工艺流程
真空蒸发镀膜工艺流程一般包括以下步骤:
1. 材料准备:选择合适的基材和蒸发材料。

基材可以是玻璃、金属、聚合物等,而蒸发材料可以是金属、氧化物、硅等。

这些材料需要事先加工成合适的形状和尺寸。

2. 基材清洗:将基材进行清洗,去除表面的污点、油脂和杂质。

常用的方法包括超声波清洗、溶剂清洗和气流吹扫等。

3. 封装:将清洁的基材安装到真空镀膜设备的表面。

4. 抽真空:开启真空镀膜设备,通过泵抽出设备内的空气,形成真空环境。

5. 加热蒸发:将蒸发材料放置在加热源上,加热至一定温度使其升华。

蒸发材料的升华产生的蒸汽会沉积在基材表面上形成薄膜。

6. 控制膜厚:监测蒸发材料的蒸发速率和膜层厚度,通过调节加热功率和蒸发时间来控制薄膜的厚度。

7. 辅助处理:在蒸发过程中,可以进行辅助处理,如辅助加热、离子轰击、离子镀等,以改善薄膜质量。

8. 冷却和除气:蒸发完成后,将蒸发设备冷却至室温,并用气体冲刷设备,以去除残留的气体和杂质。

9. 测试和品质控制:对蒸发膜进行测试和评估,确保膜层的质量和性能符合要求。

10. 包装和存储:将镀膜制品进行包装,以便运输、存储和使用。

需要注意的是,不同的镀膜工艺和蒸发设备可能会有细微的差异,具体的流程可能会有所不同。

这里提供的是一般的工艺流程。

第三章薄膜的物理气相沉积Ⅰ蒸发法

第三章薄膜的物理气相沉积Ⅰ蒸发法

六 真空蒸发源
3、激光加热蒸发 利用激光作为热源使待蒸发材料蒸发。 激光蒸发属于在高真空条件下制备薄膜的技术。
激光源放在真空室外边,激光束通过真空室窗 口打到待蒸发材料上使其蒸发,沉积在衬底上。 适合制备高纯,难熔物质薄膜
六 真空蒸发源
3、激光加热蒸发
激光蒸发示意图
六 真空蒸发源
六 真空蒸发源
克努森源(见图2.4b)也相当于一个面蒸发源。它是一个高温坩 埚的上部开一个直径很小的小孔。在坩埚内,物质的蒸气压近似 等于其平衡蒸气压;而在坩埚外,仍保持着较高的真空度。与普 通的面蒸发源相比,具有较小有效蒸发面积,因此蒸发速率较低。 但其蒸发束流的方向性较好。克努森盒的温度以及蒸发速率可以 被控制得极为准确。
3.3 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
利用蒸发法沉积薄膜时,真空度一般较高。被蒸发物质的原子、 分子一般处于分子流状态。
当蒸发源与衬底之间存在某种障碍物时,沉积的过程将会产生阴 影效应,即蒸发来的物质将障碍物阻挡而不能沉积到衬底上。
三、汽化热和蒸汽压
物质的饱和蒸气压:在一定温度下,真空室内 蒸发物质的蒸汽与固态或液态相平衡时所呈现 的压力。
物质的饱和蒸气压随温度的上升而增大,一定 的饱和蒸气压则对应着一定的温度。规定物质 在饱和蒸气压为1.3Pa时的温度,称为该物质 的蒸发温度。
五、元素、化合物、合金蒸发的特点
利用物质在一定温度时的汽化热He代替H, 得到近似表达式。
lgP与1/T基本满足线性关系
ln P H e I RT
H e
P Be RT
五、元素、化合物、合金蒸发的特点
图2.1 a 元素的平衡蒸汽压随温度的变化曲线
(点表示相应元素的熔点)

薄膜光学技术-3-2

薄膜光学技术-3-2
优点: 膜层在基片上的附着力强; 膜层纯度高: 可同时溅射多种不同成分的合金膜,或化合物。 缺点: 需制备专用镀料; 靶利用率低。
14
3.4.1 辉光放电溅射
工作原理:利用电极间的辉光放电进行溅射。 1.辉光放电基础 —— 气压在1—10Pa时,高压电极间气体电离形 成低压大电流导体,并伴有辉光的气体放电现象。
23
3.4.3 离子束溅射
用离子源发射的离子束直接轰击靶材,使其 溅射、沉积到零件表面成膜。
专门的离子 发射装置 (离子源)
24
离子束溅射的特点
1. 溅射出的膜料粒子能量有几十eV,比常规 溅射高,致使:膜层附着力强,结构致密;
2. 利用束流能量的可调控性,可定量研究溅射 率及膜层质量与离子束性能参数之间的关系; 3. 溅射率与离子能量、离子束入射角和靶材等 有关(不同质靶材的溅射率差别不超过一个数 量级);
得 v 5.9310 U( m/S) 例: U=6 ~10 kV时,v=4.6~6×107 m/S 如此高速!! 若聚焦, 能量极高!! 3.电子流被加速的同时,由电磁场使其聚成细束, 并对准坩埚内的膜料,造成局部高温而汽化蒸发。 在极短时间内温度上升到几千度!!
5
2
me v e U
钼(Mo)
铌(Nb) 铂(Pt)
2617
2468 1957
1592
1762 1292
1957
2127 1612
为了尽可能减小蒸发源的污染,薄膜材料的蒸发温 度应低于蒸汽压为10-6Pa时所对应的温度。
5
常用蒸发源形状:螺旋丝;泊舟;石墨舟;上加热舟;盒
6
2 电子束加热蒸发
工作原理: I e K T2 1. 灯丝通大电流,形成热电子发射流: 2. 电子流在电位差为U的电场中被加速至v, 1 由 2

真空蒸发镀膜法精品

真空蒸发镀膜法精品

dp = dωcosθ/π
(1-23)
式中1/π是由于归一化条件,即位于2π立体角中的几 率为1而出现的。
26
θ是平面蒸发源法线与接收平面dS2中心和平面源中 心连线之间的夹角。则膜材从小型平面dS上以每
秒m克的速率进行蒸发时,膜材在单位时间内通
过与该小平面的法线成θ角度方向的立体角dω的
蒸发量dm为
3.511022 Pv / TM (个 / cm2 s,Torr)
2.641024 Pv / TM (个 / cm2 s, Pa)
(2-9)
17
式中,M为蒸发物质的摩尔质量。如果对式(2-9) 乘以原子或分子质量,则得到单位面积的质量蒸发速 率
G mJm m / 2 kT Pv
薄膜; (4) 基板加热器及测温器等。 1. 真空蒸发镀膜法的优缺点: 优点:是设备比较简单、操作容易;制成的薄膜纯
度高、质量好,厚度可较准确控制;成膜速率快、 效率高,用掩膜可以获得清晰图形;薄膜的生长 机理比较单纯。 缺点:不容易获得结晶结构的薄膜,所形成薄膜在 基 板上的附着力较小,工艺重复性不够好等。
dm

m

cos

d

(2-29)
式中,1/π是因为小平面源的蒸发范围局限在半球 形空间。如果蒸发材料到达与蒸发方向成θ角的 小的平蒸面 发速dS率2几即何可面求积出已知,则淀积在该小平面薄膜
前已有 dS1 = dS2·cosθ(β) ,dS1 = r2·dω (2-22)
则有 dω= dS2·cosθ(β) / r2
发源的4倍左右。这一点也可从式(2-27)与(2-32)
的比较中得出。 三、实际蒸发源的特性
1. 发针形蒸发源或电子蒸发源中的熔融材料为球形, 与点蒸发源近似。

第三节薄膜制备技术-蒸发法

第三节薄膜制备技术-蒸发法
第三节 薄膜制备技术-蒸发法
一、真空蒸发法制备薄膜的基本原理 二、真空蒸发的设备 三、汽化热和蒸汽压 四、蒸发的速率 五、元素、化合物、合金蒸发的特点 六、真空蒸发源 七、薄膜均匀性和纯度
真空蒸发
一、真空蒸发沉积的物理原理 在真空环境下,给待蒸发物质提供足够的热量
以获得蒸发所必须的蒸汽压,在适当的温度下,蒸 发粒子在基片上凝结形成薄膜。
五、元素、化合物、合金蒸发的特点
4、多组分薄膜的蒸发方法
利用蒸发法制备多组分薄膜的方法主要有三种方法 (1)单源蒸发法:先按薄膜组分比例的要求制成合金靶,然后
对合金靶进行蒸发、沉积形成固态薄膜。基本要求是合金靶 中各组分材料的蒸汽压比较接近。 (2)多源同时蒸发法:利用多个坩埚,在每个坩埚中放入薄膜 所需的一种材料,在不同温度下同时蒸发。 (3)多源顺序蒸发法:把薄膜所需材料放在不同坩埚中,但不 是同时蒸发,而是按顺序蒸发,并根据薄膜组分控制相应的 层厚,然后通过高温退火形成需要的多组分薄膜。
下,Al起弧制得氧化铝薄膜。
六 真空蒸发源
5、高频感应加热: 在高频初级感应线圈的作用下,通过坩埚或被
加热物质本身的感生电流加热实现对源物质的加 热。(高频高压小电流)
七、真空蒸发法的优缺点
5、高频感应加热: 优点:
设备简单,操作容易,所制备的薄膜纯度比较 高,厚度控制比较准确,成膜速率快 缺点: 薄膜与衬底附着力较小,工艺重复性不理想, 台阶覆盖能力差。
真空蒸发就是利用蒸发材料在高温时所具有的 饱和蒸汽压进行薄膜制备。
二、真空蒸发的设备
真空蒸发设备示意图如下图所示
二、真空蒸发的设备
真空蒸发设备主要由三部分组成:
1. 真空系统:为蒸发过程提供真空环境 2. 蒸发系统:放置蒸发源的装置,以及加热和测

蒸发镀膜材料

蒸发镀膜材料

蒸发镀膜材料
蒸发镀膜材料是一种常用的表面处理技术,它利用物质的蒸发和再凝结过程来形成均匀的薄膜覆盖在基材表面上。

常用的蒸发镀膜材料有以下几种:
1. 金属蒸发材料:如铝、银、铜等。

金属蒸发材料通常具有良好的导电性和导热性,广泛应用于电子器件和光学元件等领域。

2. 氧化物蒸发材料:如二氧化硅(SiO2)、氧化锌(ZnO)等。

氧化物蒸发材料具有优良的化学稳定性和抗反射性能,常用于光学镜片和太阳能电池等领域。

3. 半导体蒸发材料:如硅(Si)、锗(Ge)等。

半导体蒸发材料在电子器件制造和光电子技术中有重要应用,例如制造集成电路和光电传感器等。

4. 有机物蒸发材料:如聚合物、碳纳米管等。

有机物蒸发材料具有较低的成本和可塑性,广泛应用于有机光电子器件、柔性显示器和太阳能电池等领域。

蒸发镀膜材料的选择主要取决于目标应用的要求,包括光学性能、电学性能、机械性能等。

不同的材料具有不同的特性和适用范围,需要根据具体情况做出选择。

离子辅助蒸发镀膜

离子辅助蒸发镀膜

离子辅助蒸发镀膜
离子辅助蒸发镀膜(Ion Assisted Deposition,IAD)是一种常用的薄膜镀覆技术。

它结合了物理蒸发镀膜和离子束辅助技术,旨在提高薄膜的致密性、降低内应力和改善附着力。

在离子辅助蒸发镀膜过程中,首先使用物理蒸发方法将源材料加热至蒸发温度,使其转变为蒸汽状态。

然后,通过向蒸发膜表面引入离子束进行辅助,对蒸发的材料进行能量轰击和表面改性。

离子束可以改变蒸发膜的物理和化学性质。

辅助离子束的能量轰击可以增强蒸发材料的扩散和沉积过程,提高薄膜的致密性和附着力。

此外,离子束还可以促进材料的化学反应,实现对薄膜成分和结构的控制。

离子辅助蒸发镀膜技术广泛应用于光学、电子、光电子等领域,用于制备具有高质量、高透明性和低损耗的薄膜材料,如抗反射膜、硬膜、反射膜等。

它能够改善薄膜的性能,并提供更广泛的应用和更长的使用寿命。

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NA p 2MRT
P 残余气体分压
3.1残余气体对蒸发沉积膜的影响
• 气体杂质在沉积物中的浓度为
pM A c G G sN A 2M g RT
P 残余气体分压 S 厚度沉积速率
– 沉积物中杂质的含量与残余气体的压强成正比,与薄膜 的沉积速率成反比。
(残余气体压强p/蒸发速度f)的比是薄膜光洁度的关 键
微平面源的等膜厚面
2.4.2如何获得均匀的膜厚?
h↑ l↓
2.4.3如何获得均匀的膜厚?
行星盘
3. 如何控制薄膜的纯度?
薄膜污染有哪些来源?
3. 蒸发沉积薄膜的纯度
薄膜纯度的影响因素
1. 蒸发源物质的纯度– 高纯物质作蒸发源 2. 加热装置、坩埚等可能造成的污染—改善政 法装置设计 3. 真空系统中残留的气体—改善设备真空条件
D L 蒸发物分子发生碰撞的 百分数 1 e
D—蒸发源到称底直线距离 L---气体分子平均自由程
• 真空度10-2 ~ 10-4 Pa
蒸发系统
• 真空罩、蒸发源、基片架、挡板、膜厚监控装置
1.蒸发基本概念
1.1蒸发速度
• 蒸发速度定义
– 单位时间,蒸发源单位面积蒸发的分子数
• 化合物薄膜的组分不同蒸发材料组分
In 2O3 In , In 2O , O2 In 2O3 x 0 x 1
薄膜技术—3
蒸发镀膜技术
主要内容
• 蒸发理论
– 基本概念 – 如何控制膜厚 – 如何控制薄膜成分 – 如何控制薄膜纯度
• 蒸发种类
– 蒸发源
蒸发沉积
• 原理
– 利用物质在高温下的蒸发现象
• 初始应用
– 防止光学透镜反射而在武器用光学透镜表面沉 积氟化镁
为什么真空蒸发?
为什么真空蒸发?
• 减少杂质气体分子与蒸发气体/薄膜表面的碰撞, 减少薄膜的污染
如何获得均匀的膜厚?
2.4.1如何获得均匀的膜厚?
• 点蒸发源
– 基片放置在蒸发源同心球体面 的切线位置
dM M e cos 2 dA 4r
2.4.2如何获得均匀的膜厚?
• 小平面蒸发源?
– 基片与小平面蒸发源安排 在同一球体表面切线位置
dM M e cos cos 2 dA r
4.如何控制合金/化合物薄膜成分均 匀性?
4.1 合金薄膜的蒸镀
• 成分变化
– 合金中各组分在同一温度下具有不同蒸汽压, 因此合金蒸发导致膜组分与蒸发合金组分不一 致 例:蒸发源:Cr-Ni 20:80 Pv(Cr)» Pv(Ni) 膜:Cr-Ni 1:1
4.1合金薄膜的蒸镀
合金薄膜成分均匀控制的方法 ① 闪蒸蒸镀法:如 PLD ② 多蒸发源蒸镀法:如 MBE
Al熔点温度 660 ℃,Al蒸发温度 1150 ℃ Ag熔点温度 960 ℃,Ag蒸发温度 1050 ℃,
1.4 蒸发温度vs.熔点温度
• 蒸发温度 > 熔点温度
– Al
• 蒸温度 < 熔点温度
– Cr 、 Ti 、 Mo 、 Fe、Si
2. 蒸发膜的厚度及分布
• 影响因素
– 蒸发源特性、几何形状 – 工件 – 两者之间相对位置 – 蒸发量
N A pe 2MRT
1.2 饱和蒸汽压
• Clapeyron方程
dpe H dT TV
气固转变
• Claussius-Clapeyron方程
dpe pH 2 dT RT
H ln pe I RT
dN m ax Ae dt
N A pe 2MRT
H ln pe I RT
d H 1 dT RT 2 T
大多数材料
H 1 RT
金属
H 20 ~ 30 RT
蒸发温度的微小变化将引起蒸发速率的很大变化 精确控制蒸发温度十分重要!
如何比较不同材料蒸发难易程度?
1.3 蒸发温度
H ln pe I RT
蒸发温度: 饱和蒸汽压1 Pa时的加热温度 蒸发温度是材料蒸发难易的指标
4.1.1 闪蒸蒸镀法
被蒸合金→细小颗粒 依次进入高温坩埚
每个颗粒瞬间蒸发
类似方法:脉冲激光沉积(PLD)
4.1.2 多蒸发源蒸镀法
• 各元素分别构成蒸发源 • 控制各蒸发源温度
• 蒸发原子比例与薄膜成分对应
• 特例:分子束外延(MBE)
4.2 化合物薄膜的蒸镀
• 直接蒸发
• 反应蒸镀
dN (分子数 / cm 2 s ) Ae dt
蒸发的关键控制因素是什么?
1.1蒸发速度?
• Herz-Knudsen公式 dN N A pe ph
Ae dt 2MRT
α—介于0~1之间系数
Pe—平衡气压 ph—实际分压
1, ph 0
dN m ax Ae dt
4.2.1 直接蒸发
• 大部分化合物高温蒸发分解
• 在被镀工件表面重新组合形成化合物
4.2.1直接蒸发
• 膜化学成分的影响因素
– 蒸汽分子和残余气体分子相互碰撞反应情况 – 到达工件表面的速率和组成比例 – 蒸汽分子在工件表面上平均滞留时间和表面迁移率 – 蒸汽分子之间在工件表面上的反应速度
4.2.1 直接蒸发
2.1蒸发膜的厚度理论分布
• 蒸发源特性、几何形状
– 点蒸发: – 小平面蒸发:
2.1.1 点蒸发
各个方向蒸发量相等
dM M e cos 2 dA 4r
Me - 蒸发出物质总量
2.1.2 面蒸发源
在φ 角方向蒸发的量与cos φ 成正比
dM M e cos cos 2 dA r
3.1 残余气体对蒸发沉积膜的影响
现象: • 高真空度下蒸发铝可以得到漂亮的蒸发膜 • 低真空下蒸发则发暗
• 加快蒸发速度,即使在低真空下也不发暗
为什么?
3.1残余气体对蒸发沉积膜的影响
• 蒸发物质原子的沉积速率为
G
N A s
MA
ρ 沉积物质的密度 S 厚度沉积速率
• 残余气体分子的沉积速率
2.1.2面蒸发源
理想rate cos
n
实际rate cos
沉积速度随衬底法线与蒸发面法线方向间夹角φ 的变化
2.2蒸发膜厚的分布
离源中心h处放置的平板上的膜厚为d , 板中心的膜厚为d0 , 板上某点与板中心距离l
2.3环状蒸发源厚度分布
环状源
环状连续点源(环状源)的相对沉积厚度
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