真空蒸发技术
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闪烁蒸发法
蒸发盘的温度应该足够高使不容易挥发的材料快速蒸发。 当一粒蒸发物蒸发时，具有高蒸气压的组元先蒸发，随后 是低蒸气压组元蒸发。实际上，在不同的分馏阶段蒸发盘 上总是存在一些粒子，因为送料是连续的。但在蒸发时不 会有蒸发物聚集在蒸发盘上，瞬间蒸发的净效果使蒸气具 有与蒸发物相同的组分。如果基片温度不太高，允许再蒸 发现象发生，则可以得到理想配比化合物或合金薄膜。
11
电阻加热蒸发
氧化物涂层凹箔 （图3-2d）也常用作加热源 ，厚度约为 0.025厘米的钼或铊箔由一层较厚的氧化物所覆盖，这样的 凹箔加热源的工作温度可达到1900℃，这种加热源所需功 率远大于未加涂层的凹箔，这是由于加热源与蒸发材料之 间的热接触已大大减少。
(c)
(d)
12
电阻加热蒸发
锥形丝筐（图3-2e）加热源用于蒸发小块电介质或金属，蒸 发材料熔化时或者升华或者不润湿源材料。石英、玻璃、 氧化铝、石墨、氧化铍、氧化锆坩埚（图3-2f）用于非直接 的电阻加热装置中。
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2020/4/29
电阻加热蒸发
电阻加热蒸发源材料需具有以下特点： （1）高熔点。 （2）低的饱和蒸气压。 （3）化学性能稳定。
9
电阻加热蒸发
图3-2a和3-2b所示的加热装置由薄的钨/钼丝制成（直径0.05-0.13厘米）。 蒸发物直接置于丝状加热装置上，加热时，蒸发物润湿电阻丝，通过表 面张力得到支撑。一般的电阻丝采用多股丝，这样会比单股丝提供更大 的表面积。这类加热装置有四个主要缺点： （1）它们只能用于金属或某些合金的蒸发； （2）在一定时间内，只有有限量的蒸发材料被蒸发； （3）在加热时，蒸发材料必须润湿电阻丝； （4）一旦加热，这些电阻丝会变脆，如果处理不当甚至会折断。
(a)
(b)
10
电阻加热蒸发
凹 箔 （ 图 3-2c ） 由 钨 、 铊 或 钼 的 薄 片 制 成 ， 厚 度 一 般 在 0.005-0.015英寸。当只有少量的蒸发材料时最适合于使用 这一蒸发源装置。在真空中加热后，钨、铊或钼都会变脆， 特别是当它们与蒸发材料发生合金化时更是如此。
(c)
(d)
19
电子束蒸发
由于与盛装待蒸发材料的坩埚相接触的蒸发材料在整个蒸 发沉积过程保持固体状态不变，这样就使待蒸发材料与坩 埚发生反应的可能性减少到最低。直接采用电子束加热使 水冷坩埚中的材料蒸发是电子束蒸发中常用的方法。对于 活性材料、特别是活性难熔材料的蒸发，坩埚的水冷是必 要的。通过水冷，可以避免蒸发材料与坩埚壁的反应，由 此即可制备高纯度的薄膜。
16
闪烁蒸发法
将粉料输送到加热装置中可以使用不同的装置（机械、电磁、振动、旋 转等）。图中的低碳钢盘M可通过在轴上的螺旋调节。当电磁铁通上电 流时，M盘即会被电磁铁E吸引。改变通电电流的周期可以得到所希望的 低碳钢盘振动频率。管式玻璃管的作用是将粉料输送到蒸发盘上。整个 装置封入到内部为真空的铝罩中。
真空蒸发技术
Contents
复习思考
真空蒸发技术概述
电阻加热蒸发
闪烁蒸发法
电子束蒸发
2
复习思考
（1）物理气相沉积的阶段？ （2）距离点蒸发源正上方中心h处沉积厚度？ （3）通过距离L没有发生碰撞的分子数量？
3
概述
真空蒸发系统一般由三个部分组成： 真空室 蒸发源或蒸发加热装置 放置基片及给基片加热装置
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电子束蒸发
电阻蒸发存在许多致命的缺点，如蒸发物与坩埚发生反应； 蒸发速率较低。为了克服这些缺点，可以通过电子轰击实 现材料的蒸发。在电子束蒸发技术中，一束电子通过510KV的电场后被加速，最后聚焦到待蒸发材料的表面。当 电子束打到待蒸发材料表面时，电子会迅速损失掉自己的 能量，将能量传递给待蒸发材料使其熔化并蒸发。也就是 待蒸发材料的表面直接由撞击的电子束加热，这与传统的 加热方式形成鲜明的对照。
7
电阻加热蒸发
常用的电阻加热蒸发法是将待蒸发材料放置在电阻加热装置 中，通过电路中的电阻加热给待沉积材料提供蒸发热使其汽 化。在这一方法中，经常使用的支撑加热材料是难熔金属钨、 铊、钼，这些金属皆具有高熔点、低蒸气压特点。支撑加热 材料一般采用丝状或箔片形状，如图3-2所示。电阻丝和箔片 在电路中的连接方式是直接将其薄端连接到较重的铜或不锈 钢电极上，或者把膜材放入石墨及某些耐高温的金属氧化物 等材料制成的坩埚中进行间接加热蒸发。电阻加热蒸发装置 结构较简单、成本低、操作简便、被普遍应用。
G M
E B
S
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闪烁蒸发装置示意图：M低碳钢盘；G管式玻璃管；P中轴；E电磁铁；B钼蒸发盘
闪烁蒸发法
闪烁蒸发技术的一个严重缺陷是待蒸发粉末的预排气较 困难。沉积前需24-36小时抽真空，这样在一定程度上才可 以完成粉末的排气工作。此外，蒸发沉积过程中可能会释 放大量的气体，膨胀的气体可能发生“飞溅”现象。
(e)
Байду номын сангаас
(f)
13
电阻加热蒸发
电阻加热蒸发法的主要缺点是： （1）支撑坩埚及材料与蒸发物反应。 （2）难以获得足够高的温度使介电材料如Al2O3、Ta2O5、 TiO2等蒸发。 （3）蒸发率低 （4）加热时合金或化合物会分解。
14
闪烁蒸发法
在制备容易部分分馏的多组元合金或化合物薄膜时，一个 经常遇到的困难是所得到的薄膜化学组分偏离蒸发物原有 的组分。应用闪烁蒸发（或称瞬间蒸发）法可克服这一困 难。闪烁蒸发法中少量待蒸发材料以粉末的形式输送到足 够热的蒸发盘上以保证蒸发在瞬间发生。
5
概述
为避免污染薄膜材料，蒸发源中所用的支撑材料在工作 温度下必须具有可忽略的蒸气压。通常所用的支撑材料 为难熔金属和氧化物。当选择某一特殊支撑材料时，一 定要考虑蒸发物与支撑材料之间可能发生的合金化和化 学反应等问题。支撑材料的形状则主要取决于蒸发物。
6
重要的蒸发方法有：
概述
➢电阻加热蒸发 ➢闪烁蒸发 ➢电子束蒸发 ➢激光熔融蒸发 ➢弧光蒸发、 ➢射频加热蒸发
4
概述
在真空中为了蒸发待沉积的材料，需要容器来支撑或盛 装蒸发物，同时需要提供蒸发热使蒸发物达到足够高的温 度以产生所需的蒸气压。在一定温度下，蒸发气体与凝聚 相平衡过程中所呈现的压力称为该物质的饱和蒸气压。物 质的饱和蒸气压随温度的上升而增大，相反，一定的饱和 蒸气压则对应着一定的物质温度。规定物质在饱和蒸气压 为10-2Torr时的温度，称为该物质的蒸发温度。
闪烁蒸发法
蒸发盘的温度应该足够高使不容易挥发的材料快速蒸发。 当一粒蒸发物蒸发时，具有高蒸气压的组元先蒸发，随后 是低蒸气压组元蒸发。实际上，在不同的分馏阶段蒸发盘 上总是存在一些粒子，因为送料是连续的。但在蒸发时不 会有蒸发物聚集在蒸发盘上，瞬间蒸发的净效果使蒸气具 有与蒸发物相同的组分。如果基片温度不太高，允许再蒸 发现象发生，则可以得到理想配比化合物或合金薄膜。
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电阻加热蒸发
氧化物涂层凹箔 （图3-2d）也常用作加热源 ，厚度约为 0.025厘米的钼或铊箔由一层较厚的氧化物所覆盖，这样的 凹箔加热源的工作温度可达到1900℃，这种加热源所需功 率远大于未加涂层的凹箔，这是由于加热源与蒸发材料之 间的热接触已大大减少。
(c)
(d)
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电阻加热蒸发
锥形丝筐（图3-2e）加热源用于蒸发小块电介质或金属，蒸 发材料熔化时或者升华或者不润湿源材料。石英、玻璃、 氧化铝、石墨、氧化铍、氧化锆坩埚（图3-2f）用于非直接 的电阻加热装置中。
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2020/4/29
电阻加热蒸发
电阻加热蒸发源材料需具有以下特点： （1）高熔点。 （2）低的饱和蒸气压。 （3）化学性能稳定。
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电阻加热蒸发
图3-2a和3-2b所示的加热装置由薄的钨/钼丝制成（直径0.05-0.13厘米）。 蒸发物直接置于丝状加热装置上，加热时，蒸发物润湿电阻丝，通过表 面张力得到支撑。一般的电阻丝采用多股丝，这样会比单股丝提供更大 的表面积。这类加热装置有四个主要缺点： （1）它们只能用于金属或某些合金的蒸发； （2）在一定时间内，只有有限量的蒸发材料被蒸发； （3）在加热时，蒸发材料必须润湿电阻丝； （4）一旦加热，这些电阻丝会变脆，如果处理不当甚至会折断。
(a)
(b)
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电阻加热蒸发
凹 箔 （ 图 3-2c ） 由 钨 、 铊 或 钼 的 薄 片 制 成 ， 厚 度 一 般 在 0.005-0.015英寸。当只有少量的蒸发材料时最适合于使用 这一蒸发源装置。在真空中加热后，钨、铊或钼都会变脆， 特别是当它们与蒸发材料发生合金化时更是如此。
(c)
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电子束蒸发
由于与盛装待蒸发材料的坩埚相接触的蒸发材料在整个蒸 发沉积过程保持固体状态不变，这样就使待蒸发材料与坩 埚发生反应的可能性减少到最低。直接采用电子束加热使 水冷坩埚中的材料蒸发是电子束蒸发中常用的方法。对于 活性材料、特别是活性难熔材料的蒸发，坩埚的水冷是必 要的。通过水冷，可以避免蒸发材料与坩埚壁的反应，由 此即可制备高纯度的薄膜。
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闪烁蒸发法
将粉料输送到加热装置中可以使用不同的装置（机械、电磁、振动、旋 转等）。图中的低碳钢盘M可通过在轴上的螺旋调节。当电磁铁通上电 流时，M盘即会被电磁铁E吸引。改变通电电流的周期可以得到所希望的 低碳钢盘振动频率。管式玻璃管的作用是将粉料输送到蒸发盘上。整个 装置封入到内部为真空的铝罩中。
真空蒸发技术
Contents
复习思考
真空蒸发技术概述
电阻加热蒸发
闪烁蒸发法
电子束蒸发
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复习思考
（1）物理气相沉积的阶段？ （2）距离点蒸发源正上方中心h处沉积厚度？ （3）通过距离L没有发生碰撞的分子数量？
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概述
真空蒸发系统一般由三个部分组成： 真空室 蒸发源或蒸发加热装置 放置基片及给基片加热装置
18
电子束蒸发
电阻蒸发存在许多致命的缺点，如蒸发物与坩埚发生反应； 蒸发速率较低。为了克服这些缺点，可以通过电子轰击实 现材料的蒸发。在电子束蒸发技术中，一束电子通过510KV的电场后被加速，最后聚焦到待蒸发材料的表面。当 电子束打到待蒸发材料表面时，电子会迅速损失掉自己的 能量，将能量传递给待蒸发材料使其熔化并蒸发。也就是 待蒸发材料的表面直接由撞击的电子束加热，这与传统的 加热方式形成鲜明的对照。
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电阻加热蒸发
常用的电阻加热蒸发法是将待蒸发材料放置在电阻加热装置 中，通过电路中的电阻加热给待沉积材料提供蒸发热使其汽 化。在这一方法中，经常使用的支撑加热材料是难熔金属钨、 铊、钼，这些金属皆具有高熔点、低蒸气压特点。支撑加热 材料一般采用丝状或箔片形状，如图3-2所示。电阻丝和箔片 在电路中的连接方式是直接将其薄端连接到较重的铜或不锈 钢电极上，或者把膜材放入石墨及某些耐高温的金属氧化物 等材料制成的坩埚中进行间接加热蒸发。电阻加热蒸发装置 结构较简单、成本低、操作简便、被普遍应用。
G M
E B
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闪烁蒸发装置示意图：M低碳钢盘；G管式玻璃管；P中轴；E电磁铁；B钼蒸发盘
闪烁蒸发法
闪烁蒸发技术的一个严重缺陷是待蒸发粉末的预排气较 困难。沉积前需24-36小时抽真空，这样在一定程度上才可 以完成粉末的排气工作。此外，蒸发沉积过程中可能会释 放大量的气体，膨胀的气体可能发生“飞溅”现象。
(e)
Байду номын сангаас
(f)
13
电阻加热蒸发
电阻加热蒸发法的主要缺点是： （1）支撑坩埚及材料与蒸发物反应。 （2）难以获得足够高的温度使介电材料如Al2O3、Ta2O5、 TiO2等蒸发。 （3）蒸发率低 （4）加热时合金或化合物会分解。
14
闪烁蒸发法
在制备容易部分分馏的多组元合金或化合物薄膜时，一个 经常遇到的困难是所得到的薄膜化学组分偏离蒸发物原有 的组分。应用闪烁蒸发（或称瞬间蒸发）法可克服这一困 难。闪烁蒸发法中少量待蒸发材料以粉末的形式输送到足 够热的蒸发盘上以保证蒸发在瞬间发生。
5
概述
为避免污染薄膜材料，蒸发源中所用的支撑材料在工作 温度下必须具有可忽略的蒸气压。通常所用的支撑材料 为难熔金属和氧化物。当选择某一特殊支撑材料时，一 定要考虑蒸发物与支撑材料之间可能发生的合金化和化 学反应等问题。支撑材料的形状则主要取决于蒸发物。
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重要的蒸发方法有：
概述
➢电阻加热蒸发 ➢闪烁蒸发 ➢电子束蒸发 ➢激光熔融蒸发 ➢弧光蒸发、 ➢射频加热蒸发
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概述
在真空中为了蒸发待沉积的材料，需要容器来支撑或盛 装蒸发物，同时需要提供蒸发热使蒸发物达到足够高的温 度以产生所需的蒸气压。在一定温度下，蒸发气体与凝聚 相平衡过程中所呈现的压力称为该物质的饱和蒸气压。物 质的饱和蒸气压随温度的上升而增大，相反，一定的饱和 蒸气压则对应着一定的物质温度。规定物质在饱和蒸气压 为10-2Torr时的温度，称为该物质的蒸发温度。