1、 真空及真空的常用單位 真空的分類 真空泵 真空的測量 真空是指低于一個大氣壓的氣體空間。常用“真空度”度量。真空度越高，壓強越小。 常用計量單位：Pa, Torr, mmHg, bar, atm.。關系如下： 1mmHg=133.322Pa, 1 Torr=atm/760=133.322Pa1mmHg 1 bar=105Pal粗真空：11051102Pa 目的獲得壓力差。電容器生產中的真空侵漬工藝l低真空：1102110-1Pa 真空熱處理。l高真空：110-1110-6Pa 真空蒸發。l超高真空：110-6Pa 得到純凈的氣體；獲得純凈的固體表面。真空的分類 典型的真空系統包括：-真空室(

2、待抽空的容器);-真空泵(獲得真空的設備);-真空計(測量真空的器具);-必要的管道、閥門和其他附屬設備。 獲得真空的設備。至今還沒有一種泵能直接從大氣一直工作到超高真空。因此，通常是將幾種真空泵組合使用. 前級泵：能使壓力從1個大氣壓開始變小，進行排氣的泵 次級泵：只能從較低壓力抽到更低壓力的真空泵。 如機械泵+擴散泵系統，為有油系統； 吸附泵+濺射離子泵+鈦升華泵系統，為無油系統。真空的測量真空的測量 熱偶真空計熱偶真空計：利用低壓強下氣體的熱傳導：利用低壓強下氣體的熱傳導與壓強有關的原理制成的真空計。典型的與壓強有關的原理制成的真空計。典型的有熱阻真空計和熱偶真空計兩種。有熱阻真空計和熱

3、偶真空計兩種。 電離真空計電離真空計：目前測量高真空的主要設備：目前測量高真空的主要設備主要內容 薄膜的制備方法,含: -真空技術基礎; -PVD(真空蒸發、濺射、離子鍍膜) -CVD -溶液鍍膜法 典型的薄膜材料的制備 -金剛石薄膜 -ZnO薄膜PVD的含義 物理氣相沉積PVD（Physics Vapor Deposition，主要是在真空環境下利用各種物理手段或方法沉積薄膜。物理方法(PVD)蒸發單源單層單源多層多源反應濺射直流：二級、三級、四級射頻磁控離子束離子鍍真空蒸鍍的原理真空蒸鍍的原理 設備簡單、操作容易；設備簡單、操作容易； 薄膜純度高、質量好，厚度可較準確控制；薄膜純度高、質量

4、好，厚度可較準確控制； 成膜速率快、效率高；成膜速率快、效率高； 生長機理比較單純。生長機理比較單純。不容易獲得結晶結構的薄膜；不容易獲得結晶結構的薄膜；形成的薄膜與基底之間的附著力較小；形成的薄膜與基底之間的附著力較小；工藝重復性不夠好。工藝重復性不夠好。n為了蒸發低蒸汽壓的物質，采用為了蒸發低蒸汽壓的物質，采用電子束或激光電子束或激光加熱；加熱；n為了制造成分復雜或多層復合薄膜，發展了為了制造成分復雜或多層復合薄膜，發展了多多源共蒸發或順序蒸發源共蒸發或順序蒸發法；法；n為了制備化合物薄膜或抑制薄膜成分對原材料為了制備化合物薄膜或抑制薄膜成分對原材料的偏離，出現了的偏離，出現了發應蒸發法發

5、應蒸發法等。等。 常用的蒸發源材料有：常用的蒸發源材料有：W W、MoMo、TaTa等。由于等。由于AlAl、FeFe、NiNi、CoCo等易與等易與W W、MoMo、TaTa等形成低熔點合金，故改等形成低熔點合金，故改用氮化硼用氮化硼(50%BN+50%TiB2)(50%BN+50%TiB2)導電陶瓷坩堝、氧化鋯，導電陶瓷坩堝、氧化鋯，氧化釷、氧化鈹、氧化鎂、氧化鋁、石墨坩堝等。氧化釷、氧化鈹、氧化鎂、氧化鋁、石墨坩堝等。 電阻蒸發源可作成絲狀、箔狀、螺旋狀、錐形藍電阻蒸發源可作成絲狀、箔狀、螺旋狀、錐形藍狀等。狀等。電子束法電子束法 電阻法電阻法不能滿足難熔金屬和氧化物不能滿足難熔金屬和氧

6、化物材料，材料，特別是高純度薄膜的要求。特別是高純度薄膜的要求。 電子束電子束法中將蒸發材料放入水冷銅坩堝中，法中將蒸發材料放入水冷銅坩堝中，直接利用電子束的高能量密度加熱，可制直接利用電子束的高能量密度加熱，可制備備高熔點和高純高熔點和高純薄膜。根據電子束蒸發源薄膜。根據電子束蒸發源的型式不同，可分為環形槍、直槍、的型式不同，可分為環形槍、直槍、e e型槍型槍和空心陰級電子槍等。和空心陰級電子槍等。直槍電子束法的原理直槍電子束法的原理高頻法高頻法坩堝放在高頻螺旋線圈的中央，使蒸坩堝放在高頻螺旋線圈的中央，使蒸發材料在高頻電磁場的感應下產生強大發材料在高頻電磁場的感應下產生強大的渦流損失和磁滯

7、損失，導致蒸發材料的渦流損失和磁滯損失，導致蒸發材料升溫，直到氣化。升溫，直到氣化。特點是：特點是：蒸發速率大，蒸發速率大，溫度均勻穩定，不易產生飛濺現象。溫度均勻穩定，不易產生飛濺現象。 是指荷能是指荷能粒子轟擊粒子轟擊固體表面固體表面（靶），（靶），使固體原使固體原子（或分子（或分子）從表子）從表面射出的面射出的現象。現象。任何物質均可濺射，尤其是高熔點、低蒸任何物質均可濺射，尤其是高熔點、低蒸氣壓元素和化合物。氣壓元素和化合物。濺射膜與基板之間的附著性好。濺射膜與基板之間的附著性好。濺射鍍膜密度高，針孔少，純度高。濺射鍍膜密度高，針孔少，純度高。膜厚可控性和重復性好。膜厚可控性和重復性好

8、。缺點：設備復雜，需要高壓裝置，沉積速缺點：設備復雜，需要高壓裝置，沉積速率低，基板溫升較高，易受雜質氣體影響率低，基板溫升較高，易受雜質氣體影響等。等。w 整個濺射過程都是建立在整個濺射過程都是建立在輝光放電輝光放電的基礎的基礎上，即濺射離子都來源于氣體放電。上，即濺射離子都來源于氣體放電。w 根據產生根據產生輝光放電方式輝光放電方式的不同，可分為的不同，可分為直直流濺射、射頻濺射、磁控濺射流濺射、射頻濺射、磁控濺射等。等。直流濺射的原理直流濺射的原理射頻濺射射頻濺射 直流濺射：靶材為陰極，基片為陽極。當靶為絕緣體時，正離子使靶帶電，使靶的電位逐漸上升，到一定程度后，離子加速電場下降，使輝光

9、放電停止。因此，靶材只能為導體材料，不能為絕緣體。 射頻濺射：無線電波13.56MHZ，交變電場。負半周時，靶材為陰極，基片為陽極，正離子轟擊靶材，濺射正常進行。正半周，靶材為陽極，基片為陰極，電子質量比離子小，遷移率高，很快飛向靶面，中和正電荷，且可能迅速積累大量電子，使靶表面空間電荷呈現負電性，即正半周也可實現離子轟擊。射頻能濺射絕緣靶。磁控濺射原理示意圖磁控濺射原理示意圖 IP (Ion plating），同時結合蒸發和濺射的特點，讓靶材原子蒸發電離后與氣體離子一起受電場的加速，而在基片上沉積薄膜的技術。 電場作用下，被電離的靶材原子與氣體離子一起轟擊鍍層表面，即沉積與濺射同時進行作用于

10、膜層，只有沉積濺射時才成膜。 離子轟擊的目的在于改善膜層的性能，附著性提高。具有蒸發鍍膜和濺射鍍膜的特點具有蒸發鍍膜和濺射鍍膜的特點膜層的附著力強。膜層的附著力強。繞射性好，可鍍復雜表面。繞射性好，可鍍復雜表面。沉積速率高、成膜速度快、可鍍厚膜。沉積速率高、成膜速度快、可鍍厚膜。可鍍材料廣泛，有利于化合物膜層的形成。可鍍材料廣泛，有利于化合物膜層的形成。主要內容 薄膜的制備方法,含: -真空技術基礎; -PVD(真空蒸發、濺射、離子鍍膜) -CVD -溶液鍍膜法 典型的薄膜材料的制備 -金剛石薄膜 -ZnO薄膜CVD的含義 化學氣相沉積 CVD(Chemical Vapor Deposit）是

11、一種化學氣相生長法，把一種或幾種化合物的單質氣體供給基片，利用加熱、等離子體、紫外光乃至激光等能源，在基片表面發生氣相化學反應生成薄膜。 優點：可以任意控制薄膜的組成，從而制得許多新的膜材。 成膜速度快，每分鐘可達幾個mm，甚至數，甚至數百百mm。 按沉積溫度：-低溫200-500-中溫500-1000-高溫1000-1300 按反應室內的壓力：常壓，低壓。 按反應器壁:熱壁，冷壁。按反應激活方式:熱CVD、PlasmaCVD、激光CVD、超聲CVD等。 金屬有機化合物CVD(MOCVD):用低溫下能分解的MO作反應氣。缺點：沉積速率低，缺陷多，雜質多。 激光CVD 電子回旋共振等離子體沉積

12、1）熱分解式高溫分解反應）熱分解式高溫分解反應SiH4(g)Si+4HClNi(CO)4(g)Ni(s)+4CO(g)CH3SiCl3(g)SiC(s)+3HCl(g) 2)2)還原反應還原反應SiCl4(g)+2H2(g)Si(s)+4HCl(g)WF6(g)+3H2(g)W(s)+6HF(g) 3)3)氧化反應氧化反應SiH4(g)+O2(g)SiO2+2H2(g) 4 4）水解反應）水解反應2AlCl3(g)+3CO2(g)+3H2(g)Al2O3(s)+6HCl(g)+3CO(g) 5)5)復合反應復合反應TiCl4(g)+CH4(g)TiC(s)+4HCl(g)AlCl3(g)+NH

13、3(g)AlN(s)+3HCl(g)主要內容 薄膜的制備方法,含: -真空技術基礎; -PVD(真空蒸發、濺射、離子鍍膜) -CVD -溶液鍍膜法 典型的薄膜材料的制備 -金剛石薄膜 -ZnO薄膜溶液鍍膜法 是在溶液中利用化學反應或電化學反應等化學方法在基板表面沉積薄膜的一種技術，常稱為濕法鍍膜。化學鍍溶膠凝膠法陽極氧化法LB法電鍍法 在催化條件下，使溶液中金屬離子還原成原子狀態并沉積在基板表面上，從而獲得鍍膜的一種方法，也稱無電源電鍍。 典型的化學鍍鎳利用鎳鹽(NiSO4或NiCl2)和鈷鹽(CoSO4)溶液,在強還原劑次磷酸鹽(次磷酸鈉、次磷酸鉀等)的作用下，使鎳和鈷離子還原成鎳和鈷金屬。溶膠溶膠凝膠法凝膠法(sol-gel) 將易于水解的金屬化合物(無機鹽或醇鹽)在某種溶劑中與水發生反應，經過水解與縮聚過程而逐漸凝膠化，再經過干燥、燒結處理，獲得所需薄膜。 水解反應生成溶膠(水解反應)； 聚合生成凝膠(縮聚反應)。 目前已用于制備TiO2、Al2O3、SiO2、 BaTiO3、PbTiO3、PZT、PLZT和LiNbO3等。溶膠溶膠凝膠法特點凝膠法特點 組分均勻混合、成分易控制、成膜均勻、能制備較大面積的膜，成本低，周期短、易于工業化生