薄膜材料与技术PPT课件下载推荐.ppt

1、1106 Pa。,气体的吸附和脱附,气体在固体表面的吸附,物理吸附,化学吸附,分子作用,选择性强,相互作用强,高温有效,无选择性,低温有效,真空泵的分类,常用真空泵的分类,气体传输泵,气体捕获泵,扩散泵,钛升华泵,溅射离子泵,低温冷凝泵,机械泵,分子泵,真空的获得,几种常用真空泵的工作压强范围,旋片式机械真空泵,旋片泵结构示意图,旋片泵工作原理图,其他两种真空泵,分子泵结构示意图,低温泵结构示意图,真空的测量,真空测量,绝对真空计,相对真空计,U型压力计,压缩式真空计,放电真空计,热传导真空计,电离真空计,电阻真空计,规管中的加热灯丝是电阻温度系数较大的钨丝或铂丝，热丝电阻连接惠斯顿电桥，并作

2、为电桥的一个臂，低压强下加热时，灯丝所产生的热量Q可表示为：Q=Q1+Q2,式中Q1是灯丝辐射的热量，与灯丝温度有关；Q2是气体分子碰撞灯丝而带走的热量，大小与气体的压强有关。电阻真空计的测量范围大致是105 10-2Pa。,电阻真空计结构示意图,热偶真空计,右图装置为热偶真空计示意图。其规管主要由加热灯丝C与D和用来测量热丝温度的热电偶A与B组成。测量时，热偶规管接入被测真空系统，热丝通以恒定的电流，灯丝所产生的热量Q有一部分将在灯丝与热偶丝之间传导散去。当气体压强降低时，热电偶节点处的温度将随热丝温度的升高而增大，同样，热电偶冷端的温差电动势也增大。热偶真空计的测量范围大致是102 101

3、Pa。,常见气体或蒸气的修正系数,电离真空计,电离真空计结构示意图,电离产生的正离子I与发射电子流Ie、气体的压强之间的关系为：Ik IeP,其中k为比例常数，存在范围是4 40之间。普通型电离真空计的测量范围是1.33101 1.33105Pa,无论高于还是低于此测量极限都会使电子流I和气体的压强之间失去线型关系。,薄膜制备的化学方法,热生长化学气相沉积电镀化学镀阳极反应沉积法LB技术,热生长的基本概念,热生长技术:在充气条件下,通过加热基片的方式,利用氧化,氮化,碳化等化学反应在基片表面制备薄膜的一种技术.主要应用在金属和半导体氧化物薄膜的制备.,热生长,George等人使用这个试验装置，

4、在空气和超热水蒸汽下通过对Bi膜的氧化制备了Bi2O3膜。,化学气相沉积的基本原理,化学气相沉积:通过气相化学反应的方式将 反应物沉积在基片表面的一 种薄膜制备技术.,三个基本过程,化学反应及沉积过程,反应物的输运过程,去除反应副产物过程,化学气相沉积反应器基本类型,四种基本类型,低压反应器:小流量,适当尺度,常压反应器:大流量,大尺度,热壁反应器:整个反应器加热,冷壁反应器:只加热基片,化学气相沉积中的基本化学反应,1.热分解反应SiH4（气）Si（固）+2H2（气）2.还原反应SiCl2（气）+2H2（气）Si（固）+4HCl（气）3.氧化反应-制备氧化物SiH4（气）+O2（气）SiO2

5、（固）+2H2（气）4.氮化或碳化反应-制备氮化物和碳化物3SiH4（气）+4NH3（气）Si3N4（固）+12H2（气）3TiCl4（气）+CH4（气）TiC（固）+4HCl（气）5.化合反应-化合物制备Ga（CH3）2（气）+AsH3（气）GaAs（固）+3CH4（气）,化学气相沉积的优缺点,可以准确控制薄膜的组分及掺杂水平使其组分具有理想化学配比；可在复杂形状的基片上沉积成膜；由于许多反应可在大气压下进行，系统不需要昂贵的真空设备；高沉积温度会大幅度改善晶体的完整性；可以利用某些材料在熔点或蒸发时分解的特点而得到其他方法无法得到的材料；沉积过程可以在大尺寸基片或多基片上进行。,化学气相沉

6、积是制备各种各样薄膜材料的一种重要和普遍使用的技术，利用这一技术可以在各种基片上制备元素及化合物薄膜。其优点是：,化学反应需要高温；反应气体会与基片或设备发生化学反应；在化学气相沉积中所使用的设备可能较为复杂，且有许多变量需要控制。,其缺点是：,化学气相沉积制备的薄膜材料,化学气相沉积制备非晶BN薄膜,Nakamura使用的沉积条件为：B10H14气压 2105NH3气压 2.71030.11PaNH3/B10H14 1:40基片温度 3001150沉积时间 30300min使用的基片 Ta、Si和SiO2,化学气相沉积制备金属氧化薄膜,用此装置，Ajayi等人制备了Al2O3、CuO、CuO

7、/Al2O3和In2O3金属氧化膜。沉积条件：将Ar通入装置，在保持420温度2h下可长成厚度为1020nm的氧化膜，最后经退火处理12h,便可得到产物。,催化化学气相沉积低温沉积SiN膜,沉积条件为：催化器温度 12001390基片温度 230380沉积过程气压 71000PaSiH4气气压 724Pa（N2H4+N2）/SiH4 010SiH4流量 210sccm,激光化学气相沉积,激光化学气相沉积是通过使用激光源产生出来的激光束实现化学气相沉积的一种方法。包括两种机制：光致化学反应、热致化学反应。在光致化学反应中，具有足够高能量的光子用于使分子分解并成膜，或与存在于反应气体中其他化学物质

8、反应并在邻近的基片上形成化合物膜；在热致化学反应中，激光束用于加热源实现热致分解，在基片上引起的温度升高控制着沉积。应用激光化学沉积，已经制备出了Al、Ni、Au、Si、SiC、多晶Si和Al/Au膜。,光化学气相沉积,当高能光子有选择地激发表面吸附分子或气体分子而导致断裂、产生自由化学粒子形成膜或在邻近地基片上形成化合物时，光化学沉积便发生了。这一过程强烈地依入射线地波长，光化学沉积可由激光或紫外光灯来实现。除了直接的光致分解过程外，也可由汞敏化光化学气相沉积获得高质量薄膜。沉积在低温下进行、沉积速度快、可生长亚稳相和形成突变结。应用光化学气相沉积，已经得到许多膜材料：各种金属、介电和绝缘体

9、，化合物半导体非晶Si和其他的合金如a-SiGe。,汞敏化学气相沉积制备a-Si:H膜,实验条件 Ar作为携载气体将SiH4气体导入真空室。使用的低压汞灯的共振线分别2537nm184.9nm。基片温度200350。气体流速为（SiH4，130sccm;Ar,100700sccm）。,汞敏化过程:Hg*+SiH4（气）Hg+Si（固）+2H2（气）,Si2H6直接光致分解沉积a-Si:H膜,实验条件 由微波激发引起的H2放电管用作真空紫外线源，用He稀释的Si2H6/He和He流量分别为50sccm和150sccm。压强为267Pa,基片为玻璃或硅片，在基片温度为50350时沉积持续5h。,激

10、光辅助制备a-SiOX膜的光致化学沉积,实验条件 Si2H6和N2O的混合气体通过多孔盘喷射到几片表面，基片温度保持在300，当N2O/Si2H6流量比大于200时可以得到产物。,用激光光化学沉积制备具有高击穿电场的SiN薄膜,实验条件 使用ArF激光器，NH3和硅烷比为：5：1，总气压为33Pa，沉积温度为225625。,利用光化学气相沉积制备的薄膜,等离子体化学气相沉积,通过射频场,直流场或微波场使得反应气体呈等离子体态,其中的电子运动（1-20eV）导致气体分子的电离分解,形成自由原子,分子,离子团簇,沉积在基片表面。优点：低温沉积、沉积速度快、易生长亚稳相。应用等离子体化学气相沉积，可

11、以制备多种薄膜材料：金属、介电和绝缘体，化合物半导体,非晶态和其他的合金相。,等离子体增化学气相沉积,交错立式电极沉积a-Si:H膜,实验条件：气体混合比SiH4/（SiH4+H2）10%100%射频功率密度 1020mW/cm2 总气压 13267Pa SiH4流量 60sccm 基片温度 200300,远等离子体增强CVD沉积SiO2或Si3N4膜,沉积步骤：1、气体或混合气体的射频受激；2、受激N2 或O2 传输离开等离子区；3、受激N2 或O2 与SiH4 或Si2H6 反应；4、在加热基片处，实现最后的化学气相 沉积反应过程。,远等离子体增强化学气相沉积参数,感应加热等离子体助化学气

12、相沉积SiN膜,实验条件：感应加热等离子体在感应耦合石英管中产生，N2引入这个石英管中，气压保持在133Pa,所施加的射频功率为34K。,沉积SiNX介电薄膜的微波受激等离子体增强化学气相沉积,实验条件：射频为2.45GHz的微波通过长方形波导管导入石英管中。基片放在沉积室中，并由基片加热器加热到600。真空室的真空度为1.33105Pa。,电子回旋共振等离子体系统,等离子体室接受频率为2.45GHz的微波，微波由微波源通过波导和石英窗导入，电子回旋共振在875G磁场下发生，从而获得高度激活的等离子体。,制备金刚石膜的直流等离子体化学气相沉积,由直流等离子体化学气相沉积，使用CH4,H2作为反

13、应气体，在Si和a-Al2O3基片上，成功生长出了金刚石薄膜。,中空阴极沉积a-Si:H薄膜,未稀释的SiH4气体以一定的流量通入真空室，真空室总气压保持在67Pa。从中空阴极到垂直阴极筒40mm处放置基片，薄膜沉积在接地且温度保持在230的基片上。放电功率通过改变直流电流（2515mA）来改变。,沉积a-Si的脉冲电磁感应系统,脉冲等离子体由通入70kA的电流的螺线管线圈激发所产生，放电管充满SiH4/Ar气，薄膜沉积在与放电管相垂直的基片上。,制备a-SiC:H的电场增强的 PECVD,频率为13.56MHz的射频源感应耦合到感应器上。源气体SiH4和CH4用H2稀释保持CH4/（SiH4

14、+H2）的流量比在075之间，反应器的压强为67Pa，基片温度为200500之间，射频功率固定在50W,直流电压从300变到250V。,电镀,电镀:通过电流在导电液中的流动而产生化学反应,最终在阴极上沉积某一物质的过程。电镀方法只适用于在导电的基片上沉积金属或合金。在70多种金属中只有33种金属可以用电镀法来制备,最常用的金属有14种:Al,As,Au,Cd,Co,Cu,Cr,Fe,Ni,Pb,Pt,Rh,Sn,Zn.优点:生长速度快,基片形状可以是任意的.缺点:生长过程难以控制.,电镀,化学镀,化学镀:不加任何电场，直接通过化学反应而实现薄膜沉积的方法。它是一种非常简单的技术，不需要高温，而

15、且经济实惠。利用化学镀方法制备的产物有：金属膜（如Ni、Co、Pd、Au）；氧化物膜（如PbO2TlO3、In2O3、SnO2、Sb掺杂的SnO2膜、透明导电硬脂酸钙、氧化锌和Al掺杂的氧化锌膜）；其他材料（如CdS、NiP、Co/Ni/P、Co/P、ZnO、Ni/W/P、C/Ni/Mn/P、Cu/Sn、Cu/In、Ni、Cu、Sn膜等）。,阳极反应沉积法,阳极反应沉积法又称阳极氧化法,是通过阳极反应来实现的氧化物的沉积.在阳极反应中，金属在适当的电解液中作为阳极，而金属或石墨作为阴极,当电流通过时，金属阳极表面被消耗并形成氧化涂层,也就是在阳极金属表面生长氧化物薄膜。主要用于金属氧化物涂层的制备.,LB技术,Langmuir-Blodgett（LB）技术:利用分子活性在气液界面上形成凝结膜，将该膜逐次叠积在基片上形成分子层的方法。