F薄膜的制備方法離子束濺射CVDPPT課件

1、2. 實驗設備：離子能量：幾十1500ev第1頁/共29頁3. 優(yōu)點： 膜層致密、均勻、減少缺陷 提高薄膜性能的穩(wěn)定性（不易吸附氣體 或潮氣） 附著好（界面有膜料粒子滲入） 可分別獨立調節(jié)各實驗參數(shù)、控制生 長，以利研究各條件對膜質量的影響。第2頁/共29頁4. 原因：沉積前，先離子轟擊基片濺射表面吸附的污染物，表面除氣及凈化。薄膜形成初期，離子轟擊使部分膜料原子滲入基片表層，在界面形成中間薄層增強附著，改善應力。沉積過程中，離子轟擊正在形成膜改善微觀結構、膜層更致密。第3頁/共29頁1.何謂離子束混合？ 在基片表面先沉積一層（膜厚1000 ） 或幾層（每層小于150 ）不同物質的膜。（總厚小

2、于 1000 ） 用高能重離子轟擊膜層，使膜與基片表面混 合，或多層膜之間混合，形成新的表面材料 層。0（二）離子束混合00第4頁/共29頁2. 對離子束的要求：離子能量盡量高（200300keV以上）較高的惰性氣體離子，如Ar3. 特點：獲得常規(guī)冶金方法得不到新材料。比離子注入法更經濟第5頁/共29頁用離子源產生的離子束轟擊靶表面，把靶表面的靶原子濺射出來沉積在襯底表面（三）離子束濺射法第6頁/共29頁（一）.直流二極濺射四 離子濺射鍍膜法第7頁/共29頁（二）射頻濺射第8頁/共29頁（三）磁控濺射1. 結構原理圖第9頁/共29頁2.磁控濺射原理： 把磁控原理和二極濺射法相結合，用磁場來改變

3、電子的運動方向，并束縛和延長電子的運動軌跡，受正交電磁場作用的電子，在其能量快耗盡時才落到基片上，大大提高氣體的離化率。第10頁/共29頁3.為什么要加磁場？無磁場濺射方法的缺點：-濺射效率較低，所需要的工作氣壓較高-濺射方法沉積薄膜的沉積速率較低磁場的存在將延長電子在等離子體中的運動軌跡, 提高與氣體原子碰撞使其電離的幾率， 顯著提高濺射效率提高沉積速率, 比其它濺射方法高一個數(shù)量級.降低氣壓，減少氣體污染第11頁/共29頁第12頁/共29頁特點：離化率較高，沉積速率快；基片溫升低； 工作氣壓較低氣體對膜質量影響較小。第13頁/共29頁四. CVD化學氣相沉積法 Chemical Vapor

4、 Deposition1.什么叫CVD? 把含有構成薄膜元素的一種或幾種化合物氣體（適當流量比例）輸入反應室，通過加熱或等離子體等方法使其分解或反應，而在基片上生長所需薄膜。第14頁/共29頁2. 常規(guī)CVD:沒等離子增強激活的CVD方法。1 混氣室 2轉子流量計 3步進電機控制儀 4真空壓力表 5不銹鋼管噴桿6噴頭 7基板 8石墨基座9 石英管反應室 10機械泵 11WZK溫控儀 12電阻絲加熱源 13保溫層陶瓷管 14密封銅套 常壓化學相沉積(APCVD)設備的示意圖第15頁/共29頁（1）沉積條件氣態(tài)反應物（液態(tài)或固態(tài)使其氣化）反應生成物除所沉積物外，其余應氣態(tài)，可排出反應室沉積物的蒸氣

5、壓應足夠低（2）影響沉積質量的因素沉積溫度氣體比例、流量、氣壓基片晶體結構、膨脹系數(shù)等第16頁/共29頁(3). 優(yōu)點在遠低于所得材料熔點的溫度下獲得高熔點材料便于制備各種單質或化合物生長速率較高鍍膜繞性好設備簡單缺點：反應溫度比PECVD高基片溫度相對較高第17頁/共29頁3.PECVD(包括RFCVD、MWCVD、ECRCVD) MWCVD結構圖第18頁/共29頁（1）PECVD原理： 利用射頻、微波方法在反應室形成的離子體的高溫及活性，促使反應氣體受激、分解、離化,以增強反應，在基片生長薄膜。（2）PECVD優(yōu)點： 可在較低溫度下生長薄膜避免高溫下晶粒粗大 較低氣壓下制膜提高膜厚及成分的

6、均勻性。 薄膜針孔小，更致密，內應力較小，不易產生裂紋 附著力比普遍CVD好。第19頁/共29頁缺點：生長速率低于普通CVD設備相對復雜些（3） RFCVD、MWCVD和ECRCVD的區(qū)別: MWCVD f=2.45GHz,頻率高，氣體分解和離化率更高。 ECRCVD又加有磁場，促使電子回旋運動與微波發(fā)生共振現(xiàn)象，有更大的離化率。可獲更好的薄膜質量和高的生長速率。第20頁/共29頁（1）原理： 利用熱分解金屬有機化合物進行化學反應，氣相外延生長薄膜的CVD方法。（2）適合的金屬有機化合物: 金屬烷基化合物 如：三甲基鎵（CH3)3Ga，三甲基鋁（CH3)3Al二乙烷基鋅（C2H5)2Zn.第2

7、1頁/共29頁(2). MOCVD特點 沉積溫度低 如ZnSe（硒化鋅）膜，僅為350；而普通CVD法850 低溫生長減少污染（基片、反應室等）提高膜純度；降低膜內空位密度。（高溫生長易產生空位） 可通過稀釋反應氣體控制沉積速率，有利于沉積不同成分的極薄膜制備超晶格薄膜材料。主要缺點： 許多有機金屬化合物蒸氣有毒，易燃，需嚴格防護 有的氣相中就反應，形成微粒再沉積到基片。第22頁/共29頁一、微量天平法1.原理: 高精度微量天平稱基片成膜前后的重量，得出給定面積S的厚膜質量m，由下式計算出膜厚： ， 為塊材密度2.測量天平精度達微克，不能測重基片的樣品 。第二章 薄膜厚度的測量smd 第23頁

8、/共29頁二 電阻測量法（可測金屬、半金屬、半導體膜）1.原理：測方塊電阻R，利用=Rd 計算出厚度d。2.存在問題：隨膜厚變化有大的差別，特別是超薄膜。 原因： 膜不連續(xù)時，導電能力差； 連續(xù)膜時，雜質缺陷也比塊材多； 薄膜界面對電子或空穴的非彈性散射 第24頁/共29頁3. 解決辦法： d2000時，可忽略非彈性散射效應，減少測量誤差，故用厚膜的 代替，則 . 實際用法： 先在基片上蒸一層厚2000以上同種物質膜 其它方法測出膜厚及R 代入 求出 用上述2000以上厚樣在真空中作測試樣,根 據(jù) ,求出現(xiàn)樣品膜厚.RdRdRRd2第25頁/共29頁三 多光束干涉測量法 (干涉顯微鏡法)1.測試原理圖第26頁/共29頁第27頁/共29頁2.原理: 垂直于薄膜表面的單色光在薄膜表面與小傾斜的半透明板之間的多次反射干涉形成干涉條紋, 干涉