2-2-3真空蒸發(fā)鍍膜.ppt

1、薄膜制備技術(shù)，3.4外緣制備膜技術(shù)，3.3化學沉積膜，3.2陰極濺射涂層，3.1真空蒸發(fā)膜，真空蒸發(fā)膜，薄膜生長方法是獲得薄膜的關(guān)鍵。薄膜材料的質(zhì)量和性能不僅取決于薄膜材料的化學組成，而且與薄膜材料的制備技術(shù)有關(guān)。利用真空蒸發(fā)涂層、物理氣相沉積(PVD)、物質(zhì)的熱蒸發(fā)或粒子轟擊時物質(zhì)表面原子的濺射等物理過程，實現(xiàn)物質(zhì)原子從源物質(zhì)轉(zhuǎn)移到膠片的過程。、塊狀材料(目標)、薄膜、物質(zhì)運輸能量運輸、能源、基板、真空蒸發(fā)涂層、方法的關(guān)鍵點通常是固體或通常，氣象或基板表面沒有化學反應；需要相對較低的氣體壓力環(huán)境。a)其他氣體分子對氣象分子的散射作用較小。b)氣象分子的運動路徑幾乎是直線。c)基底上氣相分子的

2、沉積概率接近100%。代表性技術(shù)：蒸發(fā)涂層，濺射涂層；技術(shù)特征：真空度高，沉積溫度低，設備比較簡單。薄膜質(zhì)量控制程度小，表面不均勻容易。物理氣相沉積、真空蒸發(fā)涂層、要點：真空蒸發(fā)原理蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性和膜厚分布蒸發(fā)源的類型合金和化合物的蒸發(fā)、真空蒸發(fā)涂層、真空蒸發(fā)涂層、真空蒸發(fā)涂層、加熱線、加熱船、坩堝、箱源、常用蒸發(fā)源薄膜純度高。使用遮罩可以獲得清晰的圖形。薄膜生長機制比較簡單。(2)缺點：薄膜附著力小。結(jié)晶并不完美。工藝重復性不足。膜厚不容易控制。薄膜質(zhì)量不太好。真空蒸發(fā)涂層，基本過程：(1)加熱蒸發(fā)過程，冷凝氣相牙齒階段的主要作用因素：飽和蒸汽壓(2)輸送過程，汽化原子或分子在蒸發(fā)源和基板

3、之間的輸送牙齒階段的主要作用因素：分子的平均自由距離(工作氣壓)，源基準距離(3)在真空狀態(tài)下沸騰蒸發(fā)溫度大幅下降，熔體蒸發(fā)過程大大縮短，蒸發(fā)效率提高。金屬鋁，在大氣壓條件下，鋁必須加熱到2400C才能沸騰和大量蒸發(fā)，但在1.3mPa壓力下，加熱到847C就能大量蒸發(fā)。一般材料都具有這種在真空中容易蒸發(fā)的特性。真空蒸發(fā)涂層，因此影響材料蒸發(fā)速度的因素包括材料的蒸汽壓px，材料的摩爾質(zhì)量M，蒸發(fā)溫度T，以及電鍍材料的表面清潔。蒸發(fā)材料產(chǎn)生污物，蒸發(fā)速度下降。特別是氧化物，會產(chǎn)生不容易滲入電鍍金屬的膜皮，影響蒸發(fā)。但是，如果氧化物在蒸發(fā)材料(如SiO2對Si)或氧化物加熱時分解，或者蒸發(fā)材料可以通

4、過氧化物快速擴散，則氧化物膜不會影響蒸發(fā)。真空蒸發(fā)涂層，輸送過程蒸發(fā)物質(zhì)分子進入氣相后在氣相中自由運動，其運動特征與真空度密切相關(guān)。常溫下空氣分子的平均自由距離為p=1.310-1Pa=5厘米；是。P=1.310-4Pa時為5000cm。在壓力p=1.310-4Pa的情況下，每個cm3空間有3.21010個分子，但分子在兩次碰撞之間具有大約50米長的自由路徑。在一般蒸發(fā)壓力下，平均自由路徑遠遠大于從蒸發(fā)源到基座的距離。大多數(shù)蒸發(fā)材料分子不會與真空室內(nèi)其他氣體分子碰撞，而是直接飛向基座，只有少數(shù)粒子在移動中碰撞，改變移動方向。真空蒸發(fā)涂層，可以由上而下計算：從蒸發(fā)源到基準的距離l=，Z1=63%

5、z0從蒸發(fā)源到基準的距離l=10，則Z1=9 %z0，即從蒸發(fā)源到基準的距離越大，碰撞的分子數(shù)越少。真空蒸發(fā)涂層，移動過程中發(fā)生碰撞的分子百分比與實際距離與平均自由距離之比之間的關(guān)系，平均自由距離要比從蒸發(fā)源到基地的距離大得多，以避免遷移過程中發(fā)生碰撞。真空蒸發(fā)涂層，殘余氣體的影響：在計算涂布機真空系統(tǒng)的提取能力時，除了根據(jù)真空室容量選擇真空泵外，還應考慮解吸氣體的影響。污染作用。殘余氣體分子以一定的速度在真空室中進行不規(guī)則的運動，以一定的概率與工件表面碰撞。在高真空狀態(tài)下，單位時間內(nèi)與基座碰撞的氣體分子數(shù)量也相當大。殘留的氣體分子到達基板后，部分留在基板上，部分飛走了。在大多數(shù)系統(tǒng)中，水汽是

6、殘余氣體的主要組成部分。真空度為1.310-4Pa時，90%的殘余氣體是水。水分能與金屬膜反應，產(chǎn)生氧化物，釋放氫氣?；蚺c熱源(如鎢絲)作用，產(chǎn)生氫和氧化物。真空蒸發(fā)涂層，真空蒸發(fā)涂層，z是蒸發(fā)速度，即單位時間內(nèi)，單位面積內(nèi)蒸發(fā)的分子數(shù)，稱為冷凝系數(shù)，到達基板而凝結(jié)的部分占入射原子數(shù)的比例。與基板的清潔度有關(guān)。干凈的基板=1。因此，在蒸發(fā)涂層之前，基板的清潔非常重要。真空蒸發(fā)涂層，真空蒸發(fā)涂層，氣體和蒸汽，真空蒸發(fā)涂層，每個氣體都有特定的溫度。高于牙齒溫度時，氣體不能通過等溫壓縮液化。牙齒溫度稱為氣體的臨界溫度。溫度高于臨界溫度的氣體物質(zhì)稱為氣體，低于臨界溫度的氣體物質(zhì)稱為蒸汽。注：蒸汽不會理

7、想氣體！只有在很低的氣壓下，幾乎符合理想氣體方程。煤氣和蒸汽，真空蒸發(fā)涂層，臨界溫度不是沸點！真空蒸發(fā)涂層，在特定溫度下氣體、固體或氣體，液體兩相平衡時蒸汽的壓力稱為該物質(zhì)的飽和蒸汽壓。飽和蒸汽壓：注意：液體(或固體)的性質(zhì)和溫度與液體(或固體)的存在量無關(guān)。飽和蒸汽壓，在特定溫度下蒸發(fā)(或升華)的蒸汽分子的數(shù)量，物質(zhì)的蒸發(fā)(或升華)能力，真空蒸發(fā)涂層，飽和蒸汽壓：克拉勃侖克烏斯方程：Pv:飽和蒸汽壓；VapHm:純液體在溫度t下的摩爾氣化熱；假設與vapHm牙齒溫度無關(guān)，或者由于溫度范圍小，因此可以近似為vapHm牙齒常量。積分相，結(jié)果：第二節(jié)薄膜物理氣相沉積，飽和蒸汽壓：真空蒸發(fā)涂層，真空

8、蒸發(fā)涂層，真空蒸發(fā)涂層，飽和蒸汽。因此，蒸發(fā)材料分為兩種。1)蒸發(fā)：蒸發(fā)溫度大于熔點，大多數(shù)金屬2)升華：蒸發(fā)溫度小于熔點Cr，Ti，Mo，F(xiàn)e，蒸發(fā)溫度，真空蒸發(fā)涂層，蒸發(fā)速度，質(zhì)量最大蒸發(fā)速度：影響真空蒸發(fā)涂層蒸發(fā)速度的因素飽和蒸發(fā)壓溫度蒸發(fā)物質(zhì)的分子量表面清潔度蒸發(fā)源的形狀等真空蒸發(fā)涂層，以及，真空蒸發(fā)涂料，1，考慮薄膜純度：單位時間內(nèi)通過單位面積的氣體的分子數(shù)：25點，10-5 Torr，Ng約為10151016個/cm2s，此時蒸發(fā)原子和雜質(zhì)原子以近1: 1的速度到達基板。蒸發(fā)源物質(zhì)的純度；加熱裝置，坩堝污染；真空蒸發(fā)涂層、大氣殘余物(O2，N2，CO2，H2O)、泵油蒸汽擴散、真空

9、室吸入對真空蒸發(fā)涂層質(zhì)量有重要影響。在設計良好的系統(tǒng)中，真空泵的回流擴散作用不明顯。在P10-4Pa中，主要吸入解吸的真空室。水蒸氣的影響很大，容易與金屬膜反應，或與W、Mo等加熱器材料反應，產(chǎn)生氧化物和氫。殘余氣體的影響，真空蒸發(fā)涂層，2，從碰撞概率來看：本底真空度的選擇，考慮蒸發(fā)分子和殘余氣體分子之間的碰撞問題：N0個蒸發(fā)分子在飛行X距離后未與殘余氣體分子碰撞的數(shù)量：碰撞分子的百分比：真空蒸發(fā)涂層，源基本距離為25厘米的P 310-3Pa，要有效減少蒸發(fā)分子在橫截面上碰撞的現(xiàn)象，源基本距離、真空蒸發(fā)涂層、蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性和膜厚分布、真空蒸發(fā)涂層過程中基板是否能獲得均勻膜厚是除膜的關(guān)鍵。膜厚

10、的影響因素a，蒸發(fā)源的特性；b、基板和蒸發(fā)源的幾何形狀、相對位置；c、蒸發(fā)物質(zhì)蒸發(fā)。為了真空蒸發(fā)涂層、蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性及膜厚分布、膜厚的理論計算，尋找其分布規(guī)律，并假設如下：1)蒸發(fā)源附近的蒸發(fā)原子或分子之間沒有碰撞。2)蒸發(fā)原子或分子與殘余氣體分子之間沒有碰撞。3)蒸發(fā)原子到達基板后，不會發(fā)生蒸發(fā)。真空蒸發(fā)涂層，1，點蒸發(fā)源，蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性和膜厚分布，特點：各個方向的蒸發(fā)量相同，真空蒸發(fā)涂層，2，面蒸發(fā)源，蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性和膜厚分布，特征厚度均勻性好一些，但積累率要低得多。單位質(zhì)量的原料為1/4，真空蒸發(fā)涂層，3，克努是蒸發(fā)源，蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性和膜厚分布，2r，l，分子流，真空蒸發(fā)涂層，4

11、，細長平面蒸發(fā)源，蒸發(fā)蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性和膜厚分布，蒸發(fā)特性，dS1是小平面源店員，蒸發(fā)源放在向心力上，基板放在球面上，就能得到均勻的薄膜。=0時，T是常數(shù)。蒸發(fā)源，基板放在同一球體上，可以得到均勻的薄膜。，真空蒸發(fā)涂層，蒸發(fā)源對基板相對位置配置，2 .面源，蒸發(fā)源可以直接配置在基板中心線：真空蒸發(fā)涂層，配置蒸發(fā)源與基板相對位置，3 .對于小面積基板，A，基板公轉(zhuǎn)的“行星”方式運動B 4。以大面積積雨板為例，1點蒸發(fā)源、等間距、等蒸發(fā)速度的4點蒸發(fā)源、等蒸發(fā)速度的4點蒸發(fā)源、等間距、不等蒸發(fā)速度的4點蒸發(fā)源：膜厚最大相對偏差、真空蒸發(fā)涂層、蒸發(fā)源的加熱方式、電阻2)飽和蒸汽壓降低，減少蒸發(fā)源材料

12、蒸汽的污染。要求：蒸發(fā)材料的蒸發(fā)溫度低于蒸發(fā)源材料的平衡蒸氣壓為10-8濁度時的溫度。3)化學性能穩(wěn)定，對蒸發(fā)物質(zhì)沒有反應。4)耐熱性好，熱源變化時功率密度變化小。5)經(jīng)濟耐久性。真空蒸發(fā)涂層，蒸發(fā)源的加熱方式，1 .電阻蒸發(fā)源，加工性能：W最差，室溫脆，需要400高溫退火，Mo好，Ta最好，真空蒸發(fā)涂層，蒸發(fā)源的加熱方式，1 .電阻蒸發(fā)源，金屬蒸發(fā)源鋁，鐵，鎳，鈷和鎢，鉬和鉭的改進方法：陶瓷坩堝，真空蒸發(fā)涂層，蒸發(fā)源的加熱方法，1，真空蒸發(fā)涂層，蒸發(fā)源的加熱方式，1。電阻蒸發(fā)源，各種形狀的電阻蒸發(fā)源，1)絲綢，a)，b)滲透性，電鍍材料是絲綢。但是寫得好意味著有輕合金化，只能用一次。c)不需

13、要滲透率。電鍍材料是絲綢、塊狀升華材料(Cr)、非潤濕材料(Ag、Cu)蒸發(fā)加熱線材的直徑：0.5-1mm、特殊1.5mm、多股、真空蒸發(fā)涂層、蒸發(fā)源的加熱方式可蒸發(fā)塊狀、絲綢、粉末電鍍材料局部過熱電阻蒸發(fā)源，各種形狀的電阻蒸發(fā)源，3)外部加熱，真空蒸發(fā)涂層，蒸發(fā)源的加熱方式，2，真空蒸發(fā)涂層，蒸發(fā)源的加熱方式，2。電子束蒸發(fā)源，1)使用集中電子束，功率密度高，高熔點電鍍材料(3000以上)可以蒸發(fā)為W、Mo、Ge、SiO2、Al2O3等。2)使用水冷可以防止材料蒸發(fā)和對電鍍材料的反應，從而形成高純薄膜。3)直接添加到電鍍材料，熱效率高，導電性高，輻射熱損失小。優(yōu)點：真空蒸發(fā)涂層，蒸發(fā)源的加熱方式，2 .電子束蒸發(fā)源，缺點：1)電子槍發(fā)射的一級電子和蒸發(fā)材料發(fā)射的二級電子電離蒸發(fā)原子和殘余氣體，影響膜層的質(zhì)量。解決方法：設計和選擇結(jié)構(gòu)不同的電子槍2)大多數(shù)化合物在受到電子轟擊時會部分分解。3)設備結(jié)構(gòu)復雜且昂貴。4)加速電壓過高時生成軟x射線會對人體造成危害。真空蒸發(fā)涂層，蒸發(fā)源的加熱方式，2 .電子束蒸發(fā)源，電子束蒸發(fā)源的結(jié)構(gòu)：A，lingan:環(huán)形陰極發(fā)射電子，結(jié)構(gòu)簡單，缺點：1，陰極和坩堝接近性：