薄膜的物理气相沉积PPT课件

沉积可以在辉光放电、弧光放电等低温等离子体条件下进行的，沉积 层粒子整体的活性大，容易与反应气体进行化合反应，获得多种功能 薄膜。基材范围广；
由于沉积层薄，又可方便控制多个工艺参数，因此容易获得单晶、非 晶、多层、纳米层结构的功能薄膜；
沉积是在真空条件下进行的，没有有害气体排出，属于无污染技术。
3.1 概述
物理气相沉积技术
特点
沉积层材料来自固体源物质，采用各种加热源或溅射源使固态物质变 为原子态；
物理气相沉积获得的沉积层膜厚度范围在nm~um数量级，属于薄膜 范畴；
沉积层是在真空条件下获得的，涂层的纯度高；
多数沉积层实在低温等离子体条件下获得的，沉积层粒子被电离、激 发为离子、高能中性原子，使沉积层的组织细密、与基体的结合强度 好；
两个关键：
真空度：P ≤ 10-3 Pa（保证蒸发，粒子具分子流特征，以直线运动） 基片距离 (相对于蒸发源)：10~50 cm（兼顾沉积均匀性和气相粒子平均自
由程）
必要条件
“热”的蒸发源、“冷”的基片、周围的真空环境
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湖南大学电子封装材料与薄膜技术研究所
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膜层在高真空环境下形成，蒸汽中的膜层粒子基本上是原子态，在工 件表面形成细小的核心，生长成细密的组织；
一般只在工件面向蒸发源的一面可以沉积膜层，工件的背面几乎不沉 积。
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3.1 概述
真空蒸镀（Vacuum Evaporation）
蒸发条件（分压 Pi < 平衡蒸汽压 Pe）
物理机制 蒸发与凝聚同时发生，动态双向进行； T 一定时，动态平衡时的蒸汽压即平衡蒸汽压 Pi > Pe 凝聚； Pi < Pe 蒸发 (净蒸发 > 0)
怎样实现蒸发条件？ He 升温 ： PeaeRT T Pe 真空： 系统总压 P↓目标物质分压Pi也随之↓ 充入其它气体： P = ∑Pi 总压不变、目标物质分压 Pi ↓
特点
真空蒸发镀膜过程包括膜材物质蒸发、蒸汽原子传输和蒸汽原子在基 片表面的形核、成长、成膜等组成；
真空要求较高，一般为10-3~10-5Pa，气体分子的自由程大致在0.1~10m 数量级，远大于蒸发源到工件的距离；
膜层粒子到达基片的能量是蒸发时所携带的热量，一般比物质的键合 能小，所以膜层与基片的结合力小；
沉积气相粒子在基 （片 凝上 结成 、膜 形核、
1、真空蒸发沉积技术
PVD的工程分类：32、 、离 溅子 射镀 沉、 积离 技子 术束和 沉离 积子束辅助沉积 基于气相粒子发射方式不同而分！
4、气相外延沉积
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概述 物质的热蒸发 薄膜沉积的厚度均匀性和纯度 真空蒸发装置
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3.2 物质的热蒸发
物质的蒸发速度
在特定的条件下，每种液体或者固体物质都有特定的平衡蒸汽压，只
概述 物质的热蒸发 薄膜沉积的厚度均匀性和纯度 真空蒸发装置
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3.1 概述
物理气相沉积技术
PVD（Physical Vapor Deposition）
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3.1 概述
真空蒸镀（Vacuum Evaporation）
概念
真空蒸发镀膜。 把装有基片的真空室抽成真空，气体压强达到10-2Pa以下，然后加热 镀料，使其原子或分子从表面汽化逸出，形成蒸气流，入射到基片表 面，凝结成固态薄膜。
有当环境中被蒸发物质的分压降低到它的平衡蒸汽压一下时，才会有
物质的蒸发。（物质的平衡蒸汽压与物质的种类和环境的温度有关。）
单位源物质表面上 NAP
物质的净蒸发速率
2MRT
若不是在真空进行而是在压力为Ph的蒸发
分子的气氛中进行，则净蒸发流量为
分类
电阻加热、电子束蒸发、电弧放电、激光加热、分子束外延
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3.1 概述
真空蒸镀（Vacuum Evaporation）
在真空度较高的环境下，通过加热或高能粒子轰击的方法使源 材料逸出沉积物质粒子（可以是原子、分子或离子），这些粒 子在基片上沉积形成薄膜的技术。
其技术关键在于：如何将源材料转变为气相粒子（而非CVD的化学反 应）！
产生从源材料发射 相粒 原子 子（ 、气 分子、
PVD的三个关键过程：气相物输 质运 的 激发粒子输运到基片
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薄膜技术与应用
薄膜的物理气相沉积技术（Ⅰ）
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