第二章 真空蒸发蒸发镀膜ppt课件

（通量或蒸发速率）J：
Jv 14na
P
2mkT
冷凝系数
Jc
P 2mkT
1
设蒸发材料表面液相、气体处于动态平衡，到达液
相表面的分子全部粘接而不脱离，与从液相到气相的分子数
相等，则蒸发速率：
Je
dNePvPh
Adt 2mkT
dN蒸发分子数，αe蒸发系数，A蒸 发面积，t时间，Pv和Ph分别为饱和 蒸精品气课件压和液体静压
蒸发度膜的三个基本过程：
➢ 加热蒸发过程 固相或液相转变为气相
➢ 气相原子或分子的输运过程（源-基距） 气相粒子在环境气氛中的飞行过程，输运过程中气相粒
子与残余气体分子发生碰撞的次数，取决于蒸发原子的平均 自由程，以及蒸发源与基片之间的距离。 ➢ 蒸发原子或分子在基片表面的淀积过程
即蒸气凝聚、成核、核生长、形成连续薄膜的过程。由 于基板温度较低，因此，沉积物分子在基板表面将直接发生 从气相到固相的相转变。
对金属 2.3B在2030之间
T
dG2030dT
G
T
蒸发源温度微小变 化就可以引起蒸发 速率的很大变化。
例：蒸发铝，计算由于1％的温度变化，对铝蒸发薄膜生长速率 的影响。B=3.586×104（K）,在蒸气压为1Torr时的蒸发温度为 1830K。
dGG 3.51886 134 00精品1 2课件1 020.1909
真空蒸发镀膜法
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物理气相沉积（Physical Vapor Deposition）
➢ 真空蒸发镀膜 ➢ 真空溅射镀膜 ➢ 真空离子镀膜
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真空蒸发镀膜：
将固体材料置于高真空环境中加热，使之升华 或蒸发并沉积在特定衬底上以获得薄膜的工艺方法。
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第一节 真空蒸发原理
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第一节 真空蒸发原理
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，它可以帮助我们精合品课理件 选择蒸发材料和确定蒸发条
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
第一节 真空蒸发原理
对基片的碰撞率：
热平衡条件下，单位时间通过单位面积的气体分子数为： 一般薄膜的淀积速率为每
N g3.51 13202T PM (个 /c2 m s)秒压一强个为原10子-5T层or，r 时当，残气余体气体分 子和蒸发物质原子几乎按1： 1的比例到达基板表面。
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第一节 真空蒸发原理
由此可见，只有当 l（l为源-基距）时，即平均
自由程较源-基距大得多的情况下，才能有效减少蒸发分子 在输运过程中的碰撞。
所以，真空度足够高，平均自由程足够大，且l
时：
f l 0.667
P
f 1.50lP
为保证镀膜质量，在要求 f 0.1 时，源-基距 l 25cm 时，必须 P3103Pa。
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➢ 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： m9.11028g
1 m 2 e U
2 e1.61019C
5.93105 U(m /s)
Q精0.品2课4W 件 t
电子束蒸发源的优点：
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第一节 真空蒸发原理
2. 饱和蒸气压
➢ 概念 在一定温度下，真空室内蒸发物质的蒸气与
固体或液体平衡过程中所表现出来的压力
A. 处于饱和蒸气压时，蒸发物表面液相、气相处 于动态平衡；
B. 饱和蒸气压随温度的升高而增大； C. 一定温度下，各种物质具有恒定的饱和蒸气压，
相反一定的饱和蒸气压对应一定的温度； D. 不同物质在一定温度下的饱和蒸气压不同；
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第一节 真空蒸发原理
➢饱和蒸气压与温度的关系
dPv Hv
dT T Vg Vs
克拉伯龙-克劳修斯 （Clapeylon-Clausius）方
H
v 为摩尔汽化热或蒸发热（程J/mol）；V
g
和
V
分别为气
s
相和固相的摩尔体积（cm3）； T 为绝对温度（K）。
因为 Vg Vs ，假设低压气体符合理想气体状态方程，
第一节 真空蒸发原理
最大蒸发速率： e 1,Ph 0
单位面积 质量蒸发速率
Jm
dN Adt
Pv
2mkT
（2-9）
Jm
3.511022 P (个/cm-2 sTorr)
2.64除绝10了对24 与温TTPM M蒸度发和(个物蒸/cm质发-2的物s分质Pa)子在量T温、度
时的饱和蒸气压有关外，还
G mJ与特m 材别料是2m自蒸kT 身发 P的源清温洁度度的有变关化，对
5.8蒸3发10速2 率MT 影 P响(g极/cm大-2 s Torr)
4.37 103
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M T
P
(个/cm -2 s Pa)
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第一节 真空蒸发原理
lg Pv
A B T
GmJm 2mkTPv
蒸发速率随温度变化关系
dG2.3B1dT G T 2 T
dG B1 dT G T 2 T
则有
Vg Vs Vg
Vg
RT P
dPv Hv dT
Pv
RT2
或
d(lnPv) Hv d(1T) R
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线性关系
第一节 真空蒸发原理
dPv Pv
Hv dT RT2
气化热Hv随温度变化很小
ln
Pv
C
Hv RT
或
B
lg Pv
A T
在30℃时，水的饱和蒸气压为4132.982Pa； 在100℃时，水的饱和蒸气压增精大品课到件 101324.72Pa
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第三节 蒸发源的类型 ➢ 常用电阻加热蒸发源形状
丝状蒸发源 线径0.5－1mm
用于蒸发块状 或丝状的升华 材料和不易浸
润材料
蒸铝
箔状蒸发源 厚度0.05－0.15mm
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第二节 蒸发源的蒸发特性及膜厚分布
各种蒸发皿结构
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第二节 蒸发源的蒸发特性及膜厚分布
★ 电子束蒸发源
电阻加热蒸发源已不能满足蒸镀某 些高熔点金属和氧化物材料的需要，特别是 制备高纯薄膜。电子束加热蒸发法克服了电 阻加热蒸发的许多缺点，得到广泛应用。
• 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：