1、第第2章章 薄膜物理氣相沉積薄膜物理氣相沉積-蒸發法蒸發法2主主 要要 內內 容容 引引 言言2.1 物質的熱蒸發物質的熱蒸發 2.2 薄膜沉積的厚度均勻性和純度薄膜沉積的厚度均勻性和純度 2.3 真空蒸發裝置真空蒸發裝置 3 一、定義一、定義 物理氣相沉積（物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition， PVD ） 利用某種物理過程，如利用某種物理過程，如物質的熱蒸發物質的熱蒸發或受到離子轟擊時或受到離子轟擊時物質表面原子物質表面原子的濺射現象的濺射現象，實現物質原子從源物質到薄膜的可控轉移的過程。，實現物質原子從源物質到薄膜的可控轉移的過程。二、特點二、特點（相對于化學

2、氣相沉積而言）：（相對于化學氣相沉積而言）：（1 1）需要使用固態的或熔融態物質作為沉積過程的源物質；）需要使用固態的或熔融態物質作為沉積過程的源物質；（2 2）源物質經過物理過程而進入氣相；）源物質經過物理過程而進入氣相；（3 3）需要相對較低的氣體壓力環境；）需要相對較低的氣體壓力環境；（4 4）在氣相中及沉底表面并不發生化學反應。）在氣相中及沉底表面并不發生化學反應。 上述物理氣相沉積方法的幾個特點也帶來了另外一些特點：上述物理氣相沉積方法的幾個特點也帶來了另外一些特點：在低壓環境中，其他氣體分子對于氣相分子的散射作用較小，氣相分子的在低壓環境中，其他氣體分子對于氣相分子的散射作用較小，

3、氣相分子的運動路徑近似為一條直線；氣相分子在襯底上的沉積幾率接近運動路徑近似為一條直線；氣相分子在襯底上的沉積幾率接近100100。引引 言言4蒸發法：蒸發法：把裝有基片的真空室抽成真空，使氣體壓強達到把裝有基片的真空室抽成真空，使氣體壓強達到10-2Pa以下，然后加熱鍍料，使其原子或分子從表面逸出，形成蒸汽流以下，然后加熱鍍料，使其原子或分子從表面逸出，形成蒸汽流，入射到基片表面，凝結形成固態薄膜。，入射到基片表面，凝結形成固態薄膜。 具有較高的沉積速率、相對較高的真空度，以及由此導致的較具有較高的沉積速率、相對較高的真空度，以及由此導致的較高的薄膜純度等優點。高的薄膜純度等優點。濺射法：濺

4、射法：具有自己的特點，具有自己的特點，如在沉積多元合金薄膜時化學成分容如在沉積多元合金薄膜時化學成分容易控制、沉積層對沉底的附著力較好。易控制、沉積層對沉底的附著力較好。引引 言言三、分類三、分類52.1 2.1 物質的熱蒸發物質的熱蒸發 利用物質在高溫下的蒸發現利用物質在高溫下的蒸發現象，可以制備各種薄膜材料。蒸象，可以制備各種薄膜材料。蒸發法具有發法具有較高的背底真空度較高的背底真空度。在。在較高的真空條件下，不僅蒸發出較高的真空條件下，不僅蒸發出來的物質原子或分子具有較長的來的物質原子或分子具有較長的平均自由程，可以直接沉積在沉平均自由程，可以直接沉積在沉底表面上，而且還可以確保所制底表

5、面上，而且還可以確保所制備的薄膜具有較高的純凈程度。備的薄膜具有較高的純凈程度。物理氣相沉積過程可概括為三物理氣相沉積過程可概括為三個階段：個階段： 從源材料中發射出粒子；從源材料中發射出粒子； 粒子運輸到基片；粒子運輸到基片； 粒子在基片上凝結、成核粒子在基片上凝結、成核、長大、成膜。、長大、成膜。6蒸發成膜過程是由蒸發、蒸發材料粒子的遷移和沉蒸發成膜過程是由蒸發、蒸發材料粒子的遷移和沉積三個過程所組成。積三個過程所組成。真空蒸發鍍膜原理及其基本過程真空蒸發鍍膜原理及其基本過程被鍍材料被鍍材料蒸發過程蒸發過程蒸發材料蒸發材料粒子遷移粒子遷移過程過程蒸發材料蒸發材料粒子沉積粒子沉積過程過程蒸發

6、材料蒸發材料粒子 基片(工件)7真空蒸發的原理真空蒸發的原理在真空蒸發技術中，人們只需要產生一個在真空蒸發技術中，人們只需要產生一個真空環境真空環境。在真。在真空環境下，給空環境下，給待蒸發物待蒸發物提供提供足夠的熱量足夠的熱量以獲得蒸發所必需以獲得蒸發所必需的蒸氣壓。在適當的溫度下，的蒸氣壓。在適當的溫度下，蒸發粒子在基片上凝結，蒸發粒子在基片上凝結，這這樣即可實現真空蒸發薄膜沉積。樣即可實現真空蒸發薄膜沉積。大量材料皆可以在真空中蒸發，最終在基片上凝結以形成大量材料皆可以在真空中蒸發，最終在基片上凝結以形成薄膜。真空蒸發沉積過程由薄膜。真空蒸發沉積過程由三個步驟三個步驟組成：組成：（1）加

7、熱蒸發過程加熱蒸發過程，包括由凝聚相轉變為氣相（固相或液相，包括由凝聚相轉變為氣相（固相或液相氣相）氣相）的相變過程。每種蒸發物質在不同溫度時有不同的飽和蒸氣壓，蒸的相變過程。每種蒸發物質在不同溫度時有不同的飽和蒸氣壓，蒸發化合物時，其組合之間發生反應，其中有些組成以氣態或蒸氣進發化合物時，其組合之間發生反應，其中有些組成以氣態或蒸氣進入蒸發空間。入蒸發空間。（2）氣化原子或分子在蒸發源與基片之間的輸運，即這些粒子在環境）氣化原子或分子在蒸發源與基片之間的輸運，即這些粒子在環境氣氛中的氣氛中的飛行過程飛行過程。飛行過程中與真空室內殘余氣體分子發生碰撞。飛行過程中與真空室內殘余氣體分子發生碰撞的

8、次數，取決于蒸發原子的平均自由程以及從蒸發源到基片之間的的次數，取決于蒸發原子的平均自由程以及從蒸發源到基片之間的距離，常稱距離，常稱源源-基距基距。（3）蒸發原子或分子在基片表面上的）蒸發原子或分子在基片表面上的淀積過程淀積過程，即蒸氣凝聚、成核、，即蒸氣凝聚、成核、核生長、形成連續薄膜核生長、形成連續薄膜8 由于由于基板溫度遠低于蒸發源溫度基板溫度遠低于蒸發源溫度，因此，沉積物分子在基，因此，沉積物分子在基板表面將直接發生從氣相到固相的相轉變。板表面將直接發生從氣相到固相的相轉變。 真空蒸發鍍膜時保證真空條件的必要性：真空蒸發鍍膜時保證真空條件的必要性： 上述過程都必須在空氣非常稀薄的真空

9、環境中進行，否則上述過程都必須在空氣非常稀薄的真空環境中進行，否則將發生以下情況：將發生以下情況：1.蒸發物原子或分子將與大量空氣分子碰撞，使膜層蒸發物原子或分子將與大量空氣分子碰撞，使膜層 受到嚴重污染，甚至形成氧化物；受到嚴重污染，甚至形成氧化物；2. 蒸發源被加熱氧化燒毀；蒸發源被加熱氧化燒毀；3.由于空氣分子的碰撞阻擋，難以形成均勻連續的薄由于空氣分子的碰撞阻擋，難以形成均勻連續的薄 膜。膜。 9 要實現蒸發法鍍膜，需要三個最基本條件：要實現蒸發法鍍膜，需要三個最基本條件：加熱，使鍍料加熱，使鍍料蒸發；處于真空環境，以便于氣相鍍料向基片運輸；采用溫蒸發；處于真空環境，以便于氣相鍍料向基

10、片運輸；采用溫度較低的基片，以便于氣體鍍料凝結成膜。度較低的基片，以便于氣體鍍料凝結成膜。 蒸發材料在真空中被加熱時，其原子或分子就會從表面蒸發材料在真空中被加熱時，其原子或分子就會從表面逸出，這種現象叫逸出，這種現象叫熱蒸發。熱蒸發。2.1 2.1 物質的熱蒸發物質的熱蒸發101.真空蒸發沉積薄膜的真空蒸發沉積薄膜的優點優點：簡單便利、操作容易、成膜速簡單便利、操作容易、成膜速度快、效率高度快、效率高等，是薄膜制備中最為廣泛使用的技術。等，是薄膜制備中最為廣泛使用的技術。2.真空蒸發技術的真空蒸發技術的缺點缺點：不容易獲得結晶結構的薄膜，形成不容易獲得結晶結構的薄膜，形成的薄膜與基片結合較差

11、，工藝重復性不好。的薄膜與基片結合較差，工藝重復性不好。p基片可以選用各種材料，根據所需的薄膜性質基片可基片可以選用各種材料，根據所需的薄膜性質基片可以保持在某一溫度下。當蒸發在真空中開始時，蒸發以保持在某一溫度下。當蒸發在真空中開始時，蒸發溫度會降低很多。溫度會降低很多。 真空蒸發的特點真空蒸發的特點11 蒸發過程蒸發過程 鍍膜時，加熱蒸鍍材料，使材料以分子或原子的狀鍍膜時，加熱蒸鍍材料，使材料以分子或原子的狀態進入氣相。態進入氣相。 在真空的條件下，金屬或非金屬材料的蒸發與在大在真空的條件下，金屬或非金屬材料的蒸發與在大氣壓條件下相比要容易得多。氣壓條件下相比要容易得多。 沸騰蒸發溫度大幅

12、度下降，熔化蒸發過程大大縮短，沸騰蒸發溫度大幅度下降，熔化蒸發過程大大縮短，蒸發效率提高。以金屬鋁為例，在一個大氣壓條件下，蒸發效率提高。以金屬鋁為例，在一個大氣壓條件下，鋁要加熱到鋁要加熱到2400 C才能達到沸騰而大量蒸發，但在才能達到沸騰而大量蒸發，但在1.3mPa壓強下，只要加熱到壓強下，只要加熱到847 C就可以大量蒸發。就可以大量蒸發。 一般材料都有這種在真空下易于蒸發的特性。一般材料都有這種在真空下易于蒸發的特性。 真空蒸發鍍膜真空蒸發鍍膜12飽和蒸氣壓飽和蒸氣壓 飽和蒸氣壓的概念飽和蒸氣壓的概念 ：某溫度下物質汽化（蒸發）和液化某溫度下物質汽化（蒸發）和液化達到平衡時氣體的壓強

13、。達到平衡時氣體的壓強。飽和蒸汽壓越大，表示液體越容易飽和蒸汽壓越大，表示液體越容易蒸發。蒸發。蒸發過程中膜材料的蒸發速率及其影響因素與飽和蒸蒸發過程中膜材料的蒸發速率及其影響因素與飽和蒸氣壓密切相關。氣壓密切相關。物質的飽和蒸氣壓隨溫度的上升而增大，在一定溫度下，物質的飽和蒸氣壓隨溫度的上升而增大，在一定溫度下，各種物質的飽和蒸氣壓不相同，且具有恒定的數值。即各種物質的飽和蒸氣壓不相同，且具有恒定的數值。即一定一定的飽和蒸氣壓必定對應一定的物質的溫度。飽和蒸汽壓表征的飽和蒸氣壓必定對應一定的物質的溫度。飽和蒸汽壓表征了物質的蒸發能力。了物質的蒸發能力。 蒸發溫度：蒸發溫度：物質在飽和蒸氣壓為

14、物質在飽和蒸氣壓為10-2 Torr時的溫時的溫度，稱為該物質的蒸發溫度。度，稱為該物質的蒸發溫度。真空蒸發過程真空蒸發過程132.1 2.1 物質的熱蒸發物質的熱蒸發一、元素的蒸發速率一、元素的蒸發速率 - - 蒸發現象：蒸發現象： 蒸發與溫度有關，但不完全受熔體表面的受熱多少所決定；蒸發與溫度有關，但不完全受熔體表面的受熱多少所決定； 蒸發速率正比于物質的平衡蒸氣壓蒸發速率正比于物質的平衡蒸氣壓( (P Pe e) )與實際蒸氣壓力與實際蒸氣壓力( (P Ph h) )之之差；差； - - 蒸發速率（兩種表達）：蒸發速率（兩種表達）： 元素的凈蒸發速率元素的凈蒸發速率：在一定的溫度下，處于

15、液態或固態的元：在一定的溫度下，處于液態或固態的元素都具有一定的平衡蒸汽壓。因此，當環境中的分壓降低到了素都具有一定的平衡蒸汽壓。因此，當環境中的分壓降低到了其平衡蒸汽壓之下時，就會發生元素的凈蒸發。其平衡蒸汽壓之下時，就會發生元素的凈蒸發。14元素的質量蒸發速率：元素的質量蒸發速率：其中其中蒸發系數蒸發系數(01)，Pe元素的平衡蒸汽壓，元素的平衡蒸汽壓，Ph元素的元素的實際分壓；實際分壓； 最大蒸發速率最大蒸發速率(分子分子/cm2s)： 1， Ph= 0由氣體分子通量的表達式，單位表面上元素的凈蒸發速率等于：由氣體分子通量的表達式，單位表面上元素的凈蒸發速率等于：2.1 2.1 物質的熱

16、蒸發物質的熱蒸發()2ehMppRT ()2AehNppMRT為單位表面上元素的質量蒸發速率。為單位表面上元素的質量蒸發速率。sPa)/cm (TMP10 sTorr)/cm (TMP103.512v242v22max個個64. 215影響蒸發速率的因素：影響蒸發速率的因素： 由于元素的平衡蒸汽壓隨著溫度的上升增加很快，因而對由于元素的平衡蒸汽壓隨著溫度的上升增加很快，因而對元素的蒸發速率影響最大的因素是蒸發源所處的溫度。元素的蒸發速率影響最大的因素是蒸發源所處的溫度。2.1 2.1 物質的熱蒸發物質的熱蒸發16二、元素的平衡蒸氣壓二、元素的平衡蒸氣壓 2.1 2.1 物質的熱蒸發物質的熱蒸發

17、 克勞修斯克勞修斯-克萊普朗方程指出，物質的平衡蒸氣壓克萊普朗方程指出，物質的平衡蒸氣壓Pe隨溫度隨溫度T的變化率可以定量地表達為：的變化率可以定量地表達為：H：蒸發過程中單位摩爾物質的熱焓變化，：蒸發過程中單位摩爾物質的熱焓變化， 隨著溫度不同隨著溫度不同而不同。而不同。 V：相應過程中物質體積的變化。：相應過程中物質體積的變化。VTHdTdpe 因為因為 VgVs ，假設低壓氣體符合理想氣體狀態方程，假設低壓氣體符合理想氣體狀態方程，則有則有2eRTHpdTdp17 作為近似，可以利用物質在某一溫度時的氣化熱作為近似，可以利用物質在某一溫度時的氣化熱He代代替替H，從而得到物質蒸氣壓的兩種

18、近似表達方式：，從而得到物質蒸氣壓的兩種近似表達方式：eeeHRTeeHlnpI(25a)RTpB(25b) 其中，其中，I積分常數，積分常數， B相應的系數。相應的系數。18說明：說明： 由于使用了近似條件由于使用了近似條件He=H ，即熱焓變化，即熱焓變化=汽化汽化熱，故熱，故蒸氣壓表達式只在某一溫度區間才嚴格成立蒸氣壓表達式只在某一溫度區間才嚴格成立。1. 要準確地描述要準確地描述Pe-T的關系，應該的關系，應該將將H寫成寫成H（T ）的函數形式）的函數形式。例如例如：液態下的：液態下的Al60.15993ln14.5999lg3.52 1303ePTTT貢獻較小貢獻較小eeeHRTee

19、HlnpI(25a)RTpB(25b) 192.1 2.1 物質的熱蒸發物質的熱蒸發P-T關系關系： 兩者之間基本上保持為線性關系兩者之間基本上保持為線性關系ln1ePT與與202.1 2.1 物質的熱蒸發物質的熱蒸發212.1 2.1 物質的熱蒸發物質的熱蒸發 元素的蒸發元素的蒸發根據物質的蒸發特性，物質的蒸發情況可被劃分為兩種類型：根據物質的蒸發特性，物質的蒸發情況可被劃分為兩種類型：1. 將物質加熱到其熔點以上（固液氣）。將物質加熱到其熔點以上（固液氣）。例如：多數金屬例如：多數金屬2. 利用由固態物質的升華，實現物質的氣相沉積。利用由固態物質的升華，實現物質的氣相沉積。例如：例如：Cr

20、、Ti、Mo、Fe、Si等等 石墨石墨C例外，沒有熔點，例外，沒有熔點，而其升華溫度又相當高，因而實踐而其升華溫度又相當高，因而實踐中多是利用石墨電極間的高溫放電過程來使碳原子發生升華。中多是利用石墨電極間的高溫放電過程來使碳原子發生升華。22 蒸發源的選擇：蒸發源的選擇： 固體源：熔點以下的飽和蒸氣壓可以達到固體源：熔點以下的飽和蒸氣壓可以達到0.1Pa; 液體源：熔點以下的飽和蒸氣壓難以達到液體源：熔點以下的飽和蒸氣壓難以達到0.1Pa; 難熔材料：可以采用激光、電弧蒸發；難熔材料：可以采用激光、電弧蒸發；2.1 2.1 物質的熱蒸發物質的熱蒸發23三、化合物與合金的熱蒸發三、化合物與合金

21、的熱蒸發 - 多組元材料的蒸發：多組元材料的蒸發： 合金的偏析：蒸氣成分一般與原始固體或液體成分不同；合金的偏析：蒸氣成分一般與原始固體或液體成分不同； 化合物的解離：蒸氣中分子的結合和解離發生頻率很高；化合物的解離：蒸氣中分子的結合和解離發生頻率很高； - 蒸發不發生解離的材料，可以得到成分匹配的薄膜：如蒸發不發生解離的材料，可以得到成分匹配的薄膜：如 AlN, CaF2, MgF2, - 蒸發發生分解的材料，沉積物中富金屬，沉積物化學成蒸發發生分解的材料，沉積物中富金屬，沉積物化學成分發生偏離，需要分別使用獨立的蒸發源；如：分發生偏離，需要分別使用獨立的蒸發源；如：Ag2S, Ag2Se,

22、 III-V半導體等；半導體等；2.1 2.1 物質的熱蒸發物質的熱蒸發24 蒸發發生解離的材料；沉積物中富金屬，需要分立的蒸發源；蒸發發生解離的材料；沉積物中富金屬，需要分立的蒸發源； 硫族化合物：硫族化合物：CdS, CdSe, CdTe, 氧化物：氧化物：SiO2, GeO2, TiO2, SnO2, 2.1 2.1 物質的熱蒸發物質的熱蒸發252.1 2.1 物質的熱蒸發物質的熱蒸發1、化合物的蒸發、化合物的蒸發化合物蒸發中存在的問題：化合物蒸發中存在的問題：a）蒸發出來的蒸氣可能具有完全不同于其固態或液體的成分；）蒸發出來的蒸氣可能具有完全不同于其固態或液體的成分；（蒸氣組分變化）（

23、蒸氣組分變化）b）氣態狀態下，還可能發生化合物個組員間的化合與分解過程）氣態狀態下，還可能發生化合物個組員間的化合與分解過程；后果是沉積后得到的薄膜成分可能偏離化合物的正確的化學組；后果是沉積后得到的薄膜成分可能偏離化合物的正確的化學組成。成?；衔镎舭l過程中可能發生的各種物理化學反應：化合物蒸發過程中可能發生的各種物理化學反應：無分解反應；固態分解反應；氣態分解蒸發無分解反應；固態分解反應；氣態分解蒸發262.1 2.1 物質的熱蒸發物質的熱蒸發2 2、合金的蒸發、合金的蒸發合金蒸發與化合物蒸發與化合物蒸發的區別與聯系合金蒸發與化合物蒸發與化合物蒸發的區別與聯系聯系：聯系：也會發生成分的偏差

24、。也會發生成分的偏差。區別：區別：合金中原子的結合力小于在化合物中不同原子的結合力合金中原子的結合力小于在化合物中不同原子的結合力，因而，合金中元素原子的蒸發過程實際上可以被看成是各自，因而，合金中元素原子的蒸發過程實際上可以被看成是各自相互獨立的過程，就像它們在純元素蒸發時的情況一樣。相互獨立的過程，就像它們在純元素蒸發時的情況一樣。27合金的蒸發：合金的蒸發： 合金薄膜生長的特點：合金薄膜不同于化合物，其固相成分合金薄膜生長的特點：合金薄膜不同于化合物，其固相成分的范圍變化很大，其熔點由熱力學定律所決定；的范圍變化很大，其熔點由熱力學定律所決定； 合金元素的蒸氣壓：合金元素的蒸氣壓： 理想

25、合金的蒸氣壓與合金比例理想合金的蒸氣壓與合金比例(XB)的關系（拉烏爾定律）：的關系（拉烏爾定律）： PB=XBPB(0) PB(0)為純元素的蒸氣壓；為純元素的蒸氣壓； 實際合金的蒸氣壓：實際合金的蒸氣壓：PB=BXBPB(0) = aBPB(0) 合金組元蒸發速率之比：合金組元蒸發速率之比：2.1 2.1 物質的熱蒸發物質的熱蒸發28合金薄膜生長的特點：合金薄膜不同于化合物，其固相成分合金薄膜生長的特點：合金薄膜不同于化合物，其固相成分的范圍變化很大，其熔點由熱力學定律所決定；的范圍變化很大，其熔點由熱力學定律所決定；n理想合金理想合金AB：A-B間的作用能等于間的作用能等于A-A 或或B

26、-B的作用能的作用能.n拉烏爾定律：平衡蒸汽壓正比于純組元蒸汽壓，系數為摩爾分數拉烏爾定律：平衡蒸汽壓正比于純組元蒸汽壓，系數為摩爾分數 PA = APA(0) ；PB = BPB(0) ； PA(0) 、PB(0)分別為純組元分別為純組元A、B的平衡蒸氣壓，的平衡蒸氣壓， A、 B分別為分別為 A、B 組元在合金中的摩爾分數。組元在合金中的摩爾分數。 因此，即使對于理想合金因此，即使對于理想合金A、B兩組元的蒸氣壓之比，或蒸發速度兩組元的蒸氣壓之比，或蒸發速度之比，不等于合金中的元素摩爾分數之比，出現成分分離。之比，不等于合金中的元素摩爾分數之比，出現成分分離。 合金的蒸發：合金的蒸發：2.

27、1 2.1 物質的熱蒸發物質的熱蒸發29n實際合金的蒸氣壓之比更加偏離合金中的原始組分之比。實際合金的蒸氣壓之比更加偏離合金中的原始組分之比。 PA = A APA(0) ；PB = B BPB(0) ； A， B 分別為元素分別為元素A、B在合金中的活度系數在合金中的活度系數n合金中合金中A、B組元的蒸發速率之比為組元的蒸發速率之比為 n對于初始成分確定的蒸發源，易于蒸發的組元優先蒸發，造成該對于初始成分確定的蒸發源，易于蒸發的組元優先蒸發，造成該組元的不斷貧發，造成該組元的蒸發速率下降。組元的不斷貧發，造成該組元的蒸發速率下降。實際采取的措施：實際采取的措施：采用雙源或多源，分別加熱至不同

28、溫度來控制采用雙源或多源，分別加熱至不同溫度來控制每一組元的蒸發速率。每一組元的蒸發速率。ABBBBAAABAMMPxPx)0()0(2.1 2.1 物質的熱蒸發物質的熱蒸發30蒸發質量定律的應用蒸發質量定律的應用:2.1 2.1 物質的熱蒸發物質的熱蒸發例如：例如：已知在已知在1350K的溫度下，的溫度下，Al的蒸氣壓高于的蒸氣壓高于Cu，因而為了獲得因而為了獲得Al2Cu成分的薄膜，需要使用的蒸發成分的薄膜，需要使用的蒸發源的大致成分應該是源的大致成分應該是Al13.6Cu 。蒸發質量定律的應用蒸發質量定律的應用: 計算只適用于初始的蒸發計算只適用于初始的蒸發，若蒸發持續進行，成分將平衡，

29、若蒸發持續進行，成分將平衡到某一固定的值；到某一固定的值； 蒸氣成分的穩定性與蒸發工藝有關蒸氣成分的穩定性與蒸發工藝有關；31 蒸氣成分穩定性的控制蒸氣成分穩定性的控制: 用較多的蒸發物質作為蒸發源；用較多的蒸發物質作為蒸發源； 采用向蒸發容器中每次只加入少量被蒸發物質的方法，使不同采用向蒸發容器中每次只加入少量被蒸發物質的方法，使不同的組元能夠實現瞬間的同步蒸發；的組元能夠實現瞬間的同步蒸發； 利用加熱至不同溫度的雙源或多源的方法，分別控制和調節每利用加熱至不同溫度的雙源或多源的方法，分別控制和調節每一組元的蒸發速率。一組元的蒸發速率。 蒸發方法的缺點：蒸發方法的缺點： 不適合組元蒸氣壓差別

30、比較大的合金薄膜；不適合組元蒸氣壓差別比較大的合金薄膜； 多元合金的成分控制比較困難：多元合金的成分控制比較困難：2.1 物質的熱蒸發物質的熱蒸發32多組分薄膜的蒸發方法多組分薄膜的蒸發方法 利用蒸發法制備多組分薄膜的方法主要有三種方法利用蒸發法制備多組分薄膜的方法主要有三種方法（1 1）單源蒸發法：）單源蒸發法：先按薄膜組分比例的要求制成合金靶，然后先按薄膜組分比例的要求制成合金靶，然后 對合金靶進行蒸發、沉積形成固態薄膜。基本要求是合金靶對合金靶進行蒸發、沉積形成固態薄膜?；疽笫呛辖鸢兄懈鹘M分材料的蒸汽壓比較接近。中各組分材料的蒸汽壓比較接近。（2 2）多源同時蒸發法：）多源同時蒸發法

31、：利用多個坩堝，在每個坩堝中放入薄膜利用多個坩堝，在每個坩堝中放入薄膜所需的一種材料，在不同溫度下同時蒸發。所需的一種材料，在不同溫度下同時蒸發。 （3 3）多源順序蒸發法：）多源順序蒸發法：把薄膜所需材料放在不同坩堝中，但把薄膜所需材料放在不同坩堝中，但不是同時蒸發，而是按順序蒸發，并根據薄膜組分控制相應不是同時蒸發，而是按順序蒸發，并根據薄膜組分控制相應的層厚，然后通過高溫退火形成需要的多組分薄膜。的層厚，然后通過高溫退火形成需要的多組分薄膜。2.1 物質的熱蒸發物質的熱蒸發332.1 物質的熱蒸發物質的熱蒸發342.2 薄膜沉積厚度均勻性與純度薄膜沉積厚度均勻性與純度 蒸發源幾何類型蒸發

32、源幾何類型:點源點源：蒸發源的幾何尺寸遠小于基片的尺寸；：蒸發源的幾何尺寸遠小于基片的尺寸； 蒸發量蒸發量： 沉積量：沉積量： 基片某點的沉積量與該點和蒸發源連線與基片法向的夾角基片某點的沉積量與該點和蒸發源連線與基片法向的夾角有關；有關；（1）薄膜沉積的方向性和陰影效應）薄膜沉積的方向性和陰影效應 在物質的蒸發過程中，蒸發原子的運動具有明顯的方向性。并且，由于被在物質的蒸發過程中，蒸發原子的運動具有明顯的方向性。并且，由于被蒸發原子的運動具有方向性，因而沉積薄膜本身的均勻性以及其微觀組織蒸發原子的運動具有方向性，因而沉積薄膜本身的均勻性以及其微觀組織也將受到影響。也將受到影響。35 面源：面

33、源：蒸發源的幾何尺寸與基片的尺寸相當；蒸發源的幾何尺寸與基片的尺寸相當； 沉積量：沉積量： 基片某點的沉積量與蒸發源法向方向和基片法向方向夾基片某點的沉積量與蒸發源法向方向和基片法向方向夾角有關；與該點和蒸發源連線與基片法向的夾角有關；角有關；與該點和蒸發源連線與基片法向的夾角有關；2.2 薄膜沉積厚度均勻性與純度薄膜沉積厚度均勻性與純度 362.2 薄膜沉積厚度均勻性與純度薄膜沉積厚度均勻性與純度 372.2 薄膜沉積厚度均勻性與純度薄膜沉積厚度均勻性與純度 1 1、在蒸發源內物質的蒸氣壓近似等于其平衡蒸氣壓；、在蒸發源內物質的蒸氣壓近似等于其平衡蒸氣壓；2 2、蒸發源外仍可保持真空室的高真

34、空度。、蒸發源外仍可保持真空室的高真空度。3 3、具有較小的有效蒸發面積，因此它的蒸發速率較低。、具有較小的有效蒸發面積，因此它的蒸發速率較低。4 4、蒸發束流的方向性較好，溫度以及蒸發速率可以被控制的極為準確。、蒸發束流的方向性較好，溫度以及蒸發速率可以被控制的極為準確。38面源的高階效應面源的高階效應: 實際的面源沉積量與蒸發源法向方向和基片法向方向夾角的實際的面源沉積量與蒸發源法向方向和基片法向方向夾角的余弦函數的高階冪有關；余弦函數的高階冪有關； n的大小取決于熔池的面積、深度的大小取決于熔池的面積、深度; 面積小、熔池深將導致面積小、熔池深將導致n的增加；但針對揮發性強的物質的增加；

35、但針對揮發性強的物質，則有利于對真空室壁污染的保護；，則有利于對真空室壁污染的保護；2.2 薄膜沉積厚度均勻性與純度薄膜沉積厚度均勻性與純度 392.2 薄膜沉積厚度均勻性與純度薄膜沉積厚度均勻性與純度 40薄膜厚度與位置的關系薄膜厚度與位置的關系:單蒸發源情況單蒸發源情況點源：點源：面源：面源：（2）薄膜的均勻性）薄膜的均勻性2.2 薄膜沉積厚度均勻性與純度薄膜沉積厚度均勻性與純度 412.2 薄膜沉積厚度均勻性與純度薄膜沉積厚度均勻性與純度 42 方法一方法一 ：在同時需要蒸發沉積的樣品數較多、而每個樣：在同時需要蒸發沉積的樣品數較多、而每個樣品的尺寸相對較小的時候，經?？梢愿纳茖嶒炑b置來

36、提品的尺寸相對較小的時候，經?？梢愿纳茖嶒炑b置來提高樣品的均勻性，如轉動襯底。高樣品的均勻性，如轉動襯底。 原理：將面蒸發源和襯底表面放在一個圓周上，有原理：將面蒸發源和襯底表面放在一個圓周上，有coscos =cos=cos =(1/2)r/r=(1/2)r/ro o, ,其中其中r ro o為相應圓周的半徑。這時，為相應圓周的半徑。這時，襯底上沉積的物質量襯底上沉積的物質量204sesdMMdAr使得薄膜的沉積厚度變得與角度使得薄膜的沉積厚度變得與角度或或無關。無關。改善樣品均勻性方法改善樣品均勻性方法2.2 薄膜沉積厚度均勻性與純度薄膜沉積厚度均勻性與純度 43方法二方法二 ：加大蒸發源

37、到襯底表面的距離也可加大蒸發源到襯底表面的距離也可以改善薄膜的厚度均勻性。以改善薄膜的厚度均勻性。缺點：缺點：降低薄膜沉積速率，增加被蒸發物質降低薄膜沉積速率，增加被蒸發物質損耗。損耗。44定義：在利用蒸發法沉積薄膜時，其真空度一般較高，這使定義：在利用蒸發法沉積薄膜時，其真空度一般較高，這使得被蒸發物質的原子、分子是處于分子流狀態下。得被蒸發物質的原子、分子是處于分子流狀態下。當蒸發源當蒸發源與襯底之間存在某種障礙物的時候，物質的沉積將會產生與襯底之間存在某種障礙物的時候，物質的沉積將會產生陰陰影效應影效應，即蒸發出來的物質將被障礙物阻擋而不能沉積在襯即蒸發出來的物質將被障礙物阻擋而不能沉積

38、在襯底上。底上。缺點：缺點：陰影效應可能破壞薄膜沉積的均勻性；陰影效應可能破壞薄膜沉積的均勻性；1.薄膜的沉積將會受到蒸發源方向性的限制，造成薄膜的沉積將會受到蒸發源方向性的限制，造成有些部位沒有物質沉積。有些部位沒有物質沉積。（2）薄膜的陰影效應）薄膜的陰影效應452.2 薄膜沉積厚度均勻性與純度薄膜沉積厚度均勻性與純度 優點：優點：可以在蒸發沉積的時候，有目的地使用一些特定形狀的掩膜可以在蒸發沉積的時候，有目的地使用一些特定形狀的掩膜(Mask)，從而實現薄膜的選擇性沉積。，從而實現薄膜的選擇性沉積。46 蒸發源純度的影響：蒸發源純度的影響： 加熱器、坩堝、支撐材料等的污染：加熱器、坩堝、

39、支撐材料等的污染： 真空系統中殘余氣體的影響：真空系統中殘余氣體的影響： 蒸氣物質原子的沉積速率：蒸氣物質原子的沉積速率： 薄膜中雜質的濃度：薄膜中雜質的濃度：2.2 薄膜沉積厚度均勻性與純度薄膜沉積厚度均勻性與純度 （3）蒸發沉積薄膜的純度）蒸發沉積薄膜的純度：AAN sGM 提高薄膜純度的方法：提高薄膜純度的方法： 降低殘余氣體分壓；降低殘余氣體分壓； 提高沉積速率；提高沉積速率；2AgpMcsM RT（使用高純物質作為蒸發源使用高純物質作為蒸發源） （改善實驗裝置改善實驗裝置）（改善真空條件改善真空條件 ） 其量綱為原子數其量綱為原子數/cm/cm2 2ss。其中其中 為沉積物質的密度，

40、為沉積物質的密度，s s為厚度沉積速度。為厚度沉積速度。47假設運動至襯底處的假設運動至襯底處的O2分子均被沉積在薄膜之中分子均被沉積在薄膜之中2.2 薄膜沉積厚度均勻性與純度薄膜沉積厚度均勻性與純度 例如：例如：在濺射法制備薄膜時，薄膜的沉積速度比蒸發法低在濺射法制備薄膜時，薄膜的沉積速度比蒸發法低一個數量級，而真空度要高一個數量級，而真空度要高5個數量級以上，故濺射法制個數量級以上，故濺射法制備的薄膜純度較蒸發法制備的純度要低。備的薄膜純度較蒸發法制備的純度要低。48 制備高純的薄膜材料要求：制備高純的薄膜材料要求： 1 1）改善沉積的真空條件）改善沉積的真空條件 2 2）提高物質的蒸發以

41、及薄膜的沉積速度）提高物質的蒸發以及薄膜的沉積速度2.2 薄膜沉積厚度均勻性與純度薄膜沉積厚度均勻性與純度 49蒸發鍍膜過程中，從膜材料表面蒸發的粒子以一定的速度蒸發鍍膜過程中，從膜材料表面蒸發的粒子以一定的速度在空間沿直線運動在空間沿直線運動，直到與其他粒子碰撞為止。在真空室，直到與其他粒子碰撞為止。在真空室中，當氣相中的粒子濃度和殘余氣體的壓力足夠低時，這中，當氣相中的粒子濃度和殘余氣體的壓力足夠低時，這些粒子從蒸發源到基片之間可以保持直線運動，否則，就些粒子從蒸發源到基片之間可以保持直線運動，否則，就會產生碰撞而改變運動方向。為此，會產生碰撞而改變運動方向。為此，增加殘余氣體的平均增加殘

42、余氣體的平均自由程，借以減少其與蒸氣分子的碰撞幾率，自由程，借以減少其與蒸氣分子的碰撞幾率，把真空室抽把真空室抽成高真空是必要的。當真空容器內蒸氣分子的平均自由程成高真空是必要的。當真空容器內蒸氣分子的平均自由程大于蒸發源與基片的距離時，就會獲得充分的真空條件。大于蒸發源與基片的距離時，就會獲得充分的真空條件。蒸發過程的真空條件蒸發過程的真空條件50蒸發分子的平均自由程與碰撞幾率蒸發分子的平均自由程與碰撞幾率222021821222.331 10()3.107 10()kTn dPdTPdTPd托帕蒸發分子平均自由程：蒸發分子平均自由程：碰撞幾率：碰撞幾率：未受到殘余氣體碰撞的數目：未受到殘余

43、氣體碰撞的數目：0exp()xxNN受到殘余氣體碰撞的幾率：受到殘余氣體碰撞的幾率：011 exp()xNxfN 當蒸發粒子在蒸發源到基片的輸運過程中可能與氣體分子發生碰撞當蒸發粒子在蒸發源到基片的輸運過程中可能與氣體分子發生碰撞，碰撞次數取決于分子的平均自由程，總數為，碰撞次數取決于分子的平均自由程，總數為N0、通過距離、通過距離l。ll51n通常薄膜沉積是在通常薄膜沉積是在10-5Torr或更高的真空下進行，蒸發粒子或更高的真空下進行，蒸發粒子與殘余氣體分子的碰撞數可以忽略不計，因而蒸氣粒子會沿與殘余氣體分子的碰撞數可以忽略不計，因而蒸氣粒子會沿直線行進。直線行進。n平均自由程必須遠遠大于

44、蒸發源到基片的距離才能避免蒸氣平均自由程必須遠遠大于蒸發源到基片的距離才能避免蒸氣分子向基片遷移過程中與殘余氣體分子發生碰撞，從而有效分子向基片遷移過程中與殘余氣體分子發生碰撞，從而有效地減少蒸氣粒子的散射現象。地減少蒸氣粒子的散射現象。52只有當只有當 l 時，即平均自由程較源時，即平均自由程較源-基距大得多的情況下，基距大得多的情況下，才能有效減少蒸發分子在輸運過程中的碰撞。才能有效減少蒸發分子在輸運過程中的碰撞。?在上述條件下，有在上述條件下，有lf0.667P1.50flP 為保證鍍膜質量，在要求為保證鍍膜質量，在要求 時，源時，源-基距基距 時，必須時，必須 。0.1f 25lcm3

45、3 10PPa53在真空蒸發過程中，基片不僅受到蒸發粒子轟擊，而且也受在真空蒸發過程中，基片不僅受到蒸發粒子轟擊，而且也受到真空中殘余氣體的轟擊，殘余氣體對薄膜生長和薄膜性質到真空中殘余氣體的轟擊，殘余氣體對薄膜生長和薄膜性質皆有重要影響。薄膜會被真空系統中殘余的氣體嚴重污染，皆有重要影響。薄膜會被真空系統中殘余的氣體嚴重污染，這一污染起源于沉積過程中殘余氣體分子對基片表面的撞擊這一污染起源于沉積過程中殘余氣體分子對基片表面的撞擊。殘余氣體分子的撞擊率。殘余氣體分子的撞擊率由氣體的運動學給出：由氣體的運動學給出： 一般薄膜的沉積速率為每秒一個原子層，當殘余氣體一般薄膜的沉積速率為每秒一個原子層

46、，當殘余氣體壓強為壓強為10-5Torr時，氣體分子和蒸發物質原子幾乎按時，氣體分子和蒸發物質原子幾乎按1：1的比例到達基板表面。的比例到達基板表面。對基片的碰撞率：對基片的碰撞率：sPa)/cm (TMP10 sTorr)/cm (TMP103.512v242v22max個個64. 254n真空室中殘余氣體分子的來源主要是真空室中殘余氣體分子的來源主要是真空鍍膜室表面上真空鍍膜室表面上的解吸放氣、蒸發源釋放的氣體、抽氣系統的返流以及的解吸放氣、蒸發源釋放的氣體、抽氣系統的返流以及設備的漏氣設備的漏氣等。等。n在常用的真空系統中，其內表面所吸附的單層分子數遠在常用的真空系統中，其內表面所吸附的

47、單層分子數遠遠超過氣相中的分子數，因此，除了蒸發源在蒸鍍過程遠超過氣相中的分子數，因此，除了蒸發源在蒸鍍過程中所釋放的氣體外，在密封和抽氣系統均良好和清潔的中所釋放的氣體外，在密封和抽氣系統均良好和清潔的真空系統中，若氣壓處于真空系統中，若氣壓處于10-4Pa時，從時，從真空室壁表面上真空室壁表面上解吸出來的氣體分子解吸出來的氣體分子就是真空系統內的主要氣體來源。就是真空系統內的主要氣體來源。n此外，此外， 在在10-4Pa時的真空室內殘余氣體的主要組分為時的真空室內殘余氣體的主要組分為水水蒸氣蒸氣（約（約90%以上），水蒸氣與金屬膜層或蒸發源均會以上），水蒸氣與金屬膜層或蒸發源均會發生化學反

48、應，生成氧化物而釋放出氫氣。因此，為了發生化學反應，生成氧化物而釋放出氫氣。因此，為了減少殘余氣體中的水分，可以提高真空室內的溫度，使減少殘余氣體中的水分，可以提高真空室內的溫度，使水分解。水分解。55 利用物質在高溫下的蒸發現象，可以制備各種薄膜。真空利用物質在高溫下的蒸發現象，可以制備各種薄膜。真空蒸發法所采用的設備根據其使用目的，可能有很大差別，從最蒸發法所采用的設備根據其使用目的，可能有很大差別，從最簡單的簡單的電阻加熱蒸鍍裝置到極為復雜的分子束外延設備電阻加熱蒸鍍裝置到極為復雜的分子束外延設備，都屬，都屬于真空蒸發沉積裝置的范疇。顯而易見，在蒸發沉積裝置中，于真空蒸發沉積裝置的范疇。

49、顯而易見，在蒸發沉積裝置中，最重要的組成部分就是物質的蒸發源，根據其加熱原理，可以最重要的組成部分就是物質的蒸發源，根據其加熱原理，可以分為以下幾種。分為以下幾種。2.3 真空蒸發裝置真空蒸發裝置 56p在真空中為了蒸發待沉積的材料，需要容器來支撐或盛裝在真空中為了蒸發待沉積的材料，需要容器來支撐或盛裝蒸發物，同時需要提供蒸發物，同時需要提供蒸發熱蒸發熱使使蒸發物蒸發物達到足夠高的溫度達到足夠高的溫度以產生所需的蒸氣壓。以產生所需的蒸氣壓。p為避免污染薄膜材料，蒸發源中所用的為避免污染薄膜材料，蒸發源中所用的支撐材料支撐材料在工作溫在工作溫度下必須具有可忽略的蒸氣壓。度下必須具有可忽略的蒸氣壓

50、。通常所用的支撐材料為難通常所用的支撐材料為難熔金屬和氧化物。熔金屬和氧化物。當選擇某一特殊支撐材料時，一定要考當選擇某一特殊支撐材料時，一定要考慮蒸發物和支撐材料之間可能發生的合金化和化學反應等慮蒸發物和支撐材料之間可能發生的合金化和化學反應等問題。支撐材料的形狀則主要取決于蒸發物。問題。支撐材料的形狀則主要取決于蒸發物。p重要的蒸發方法有重要的蒸發方法有電阻加熱蒸發電阻加熱蒸發、閃爍蒸發閃爍蒸發、電子束蒸發電子束蒸發、激光熔融蒸發激光熔融蒸發、弧光蒸發弧光蒸發、射頻加熱蒸發射頻加熱蒸發等。等。2.3 真空蒸發裝置真空蒸發裝置 572.3 真空蒸發裝置真空蒸發裝置 （1）電阻式蒸發裝置）電阻

51、式蒸發裝置電阻式蒸發裝置電阻式蒸發裝置目前使用最廣泛的加熱裝置電阻式加熱裝置對電阻材料的要求電阻式加熱裝置對電阻材料的要求能夠在高溫下使用且在高溫下具有較低的蒸氣壓能夠在高溫下使用且在高溫下具有較低的蒸氣壓不與被蒸發物質發生化學反應不與被蒸發物質發生化學反應無放氣現象和其他污染無放氣現象和其他污染具有合適的電阻率具有合適的電阻率58 1 1、將鎢絲繞制成各種等直徑或不等直徑的螺旋狀，即可作為加熱源。、將鎢絲繞制成各種等直徑或不等直徑的螺旋狀，即可作為加熱源。 2 2、對于不能用鎢絲裝置加熱的物質，采用難熔金屬板制成的舟狀加熱、對于不能用鎢絲裝置加熱的物質，采用難熔金屬板制成的舟狀加熱裝置。裝置

52、。 3 3、高熔點氧化物、高溫裂解、高熔點氧化物、高溫裂解BNBN、石墨、難熔金屬等制成的坩堝也可、石墨、難熔金屬等制成的坩堝也可以作為蒸發容器。以作為蒸發容器。常用的電阻材料及作用常用的電阻材料及作用 作用：作用：做加熱器做加熱器或者或者支撐被加熱物質支撐被加熱物質電阻式加熱方式電阻式加熱方式2.3 真空蒸發裝置真空蒸發裝置 避免避免被蒸發物質與加熱材料之間發生化學反應的可能性，可以考慮被蒸發物質與加熱材料之間發生化學反應的可能性，可以考慮使用表面涂有一層使用表面涂有一層Al2O3的加熱體的加熱體。另外，還要防止被加熱物質的。另外，還要防止被加熱物質的放氣過程可能引起的物質飛濺。放氣過程可能

53、引起的物質飛濺。59 選擇蒸發加熱材料時，必須考慮蒸鍍材料與蒸發源材選擇蒸發加熱材料時，必須考慮蒸鍍材料與蒸發源材料的料的“濕潤性濕潤性”問題。鍍料熔化后，若有沿蒸發源擴展的傾問題。鍍料熔化后，若有沿蒸發源擴展的傾向時，兩者是浸潤的。反之，是不浸潤的。浸潤時，為面蒸向時，兩者是浸潤的。反之，是不浸潤的。浸潤時，為面蒸發源，蒸發狀態穩定。不侵潤時，為點蒸發源，若用絲式蒸發源，蒸發狀態穩定。不侵潤時，為點蒸發源，若用絲式蒸發源時鍍料易脫落。發源時鍍料易脫落。鍍料與蒸發源的浸潤性鍍料與蒸發源的浸潤性6061絲狀舟狀坩堝常用的幾種加熱器形狀 62各各種種形形狀狀的的電電阻蒸阻蒸發發源源1）絲式）絲式

54、a)、b)要求浸潤性，鍍料要求浸潤性，鍍料為絲狀。但浸潤好意味著為絲狀。但浸潤好意味著有輕微合金化，只能用有輕微合金化，只能用1次。次。 c)不要求浸潤性，鍍料可不要求浸潤性，鍍料可絲狀、塊狀絲狀、塊狀蒸發加熱絲的直徑：蒸發加熱絲的直徑：0.5-1mm，特殊特殊1.5mm,多股多股632）蒸）蒸發發舟舟 用金屬箔制成，箔厚用金屬箔制成，箔厚0.05-0.15mm，可蒸發可蒸發塊狀、絲狀、粉狀鍍料塊狀、絲狀、粉狀鍍料注意避免局部過熱，注意避免局部過熱，發生飛濺發生飛濺643）外）外熱熱坩坩堝堝65優點優點:1.電阻式蒸鍍機設備價格便宜電阻式蒸鍍機設備價格便宜,構造簡單容易維護。構造簡單容易維護。

55、2.靶材可以依需要靶材可以依需要,做成各種的形狀。做成各種的形狀。缺點缺點:1. 因為熱量及溫度是由電阻器產生因為熱量及溫度是由電阻器產生,并傳導至靶材并傳導至靶材,電阻器本身的材料難免會在電阻器本身的材料難免會在過程中參加反應過程中參加反應,因此會有些微的污染因此會有些微的污染,造成蒸發膜層純度稍差造成蒸發膜層純度稍差,傷害膜層的質傷害膜層的質量。量。 2. 熱阻式蒸鍍熱阻式蒸鍍比較適合金屬材料比較適合金屬材料的靶材的靶材,光學鍍膜常用的介電質光學鍍膜常用的介電質(dielectric)材材料料,因為因為氧化物所需熔點溫度更高氧化物所需熔點溫度更高,大部分都無法使用電阻式加溫大部分都無法使用

56、電阻式加溫來蒸發。來蒸發。3. 蒸鍍的速率比較慢蒸鍍的速率比較慢,且不易控制。且不易控制。4. 化合物的靶材化合物的靶材,可能會因為高溫而被分解可能會因為高溫而被分解,只有小部分化合物靶材可以被只有小部分化合物靶材可以被閃燃閃燃式蒸鍍式蒸鍍使用。使用。5. 電阻式蒸鍍的膜層硬度比較差電阻式蒸鍍的膜層硬度比較差,密度比較低。密度比較低。2.3 真空蒸發裝置真空蒸發裝置 662.3 真空蒸發裝置真空蒸發裝置 電阻加熱裝置的缺點之一是來自坩堝、加熱元件以及各種電阻加熱裝置的缺點之一是來自坩堝、加熱元件以及各種支撐部件的可能的污染。另外，電阻加熱法的加熱功率或加熱支撐部件的可能的污染。另外，電阻加熱法

57、的加熱功率或加熱溫度也有一定的限制。溫度也有一定的限制。因此其不適用于高純或難熔物質的蒸發因此其不適用于高純或難熔物質的蒸發。 電子束蒸發裝置電子束蒸發裝置正好克服了電阻加熱法的上述兩個不足。在電正好克服了電阻加熱法的上述兩個不足。在電子束加熱裝置中，被加熱的物質被放置于水冷的坩堝中，電子子束加熱裝置中，被加熱的物質被放置于水冷的坩堝中，電子束只轟擊到其中很少的一部分物質，而其余的大部分物質在坩束只轟擊到其中很少的一部分物質，而其余的大部分物質在坩堝的冷卻作用下一直處于很低的溫度，即后者實際上變成了被堝的冷卻作用下一直處于很低的溫度，即后者實際上變成了被蒸發物質的坩堝。因此，電子束蒸發沉積裝置

58、中可以安置多個蒸發物質的坩堝。因此，電子束蒸發沉積裝置中可以安置多個坩堝，這使得人們可以同時分別蒸發和沉積多種不同的物質。坩堝，這使得人們可以同時分別蒸發和沉積多種不同的物質。 （2 2）電子束蒸發裝置）電子束蒸發裝置67 電子束加熱槍：燈絲電子束加熱槍：燈絲+加速電極加速電極+偏轉偏轉磁場組成磁場組成 蒸發坩堝：陶瓷坩堝或水冷銅坩堝；蒸發坩堝：陶瓷坩堝或水冷銅坩堝； 電子束蒸發的特點：電子束蒸發的特點： 工作真空度比較高，可與離子源聯合工作真空度比較高，可與離子源聯合使用；使用； 可用于粉末、塊狀材料的蒸發；可用于粉末、塊狀材料的蒸發； 可以蒸發金屬和化合物；可以蒸發金屬和化合物； 可以比較

59、精確地控制蒸發速率；可以比較精確地控制蒸發速率； 電離率比較低。電離率比較低。2.3 真空蒸發裝置真空蒸發裝置 68發射電子束發射電子束加速（數千伏）加速（數千伏）偏轉（橫向磁場）偏轉（橫向磁場）轟擊坩堝轟擊坩堝薄膜沉積薄膜沉積?69 電子束蒸發設備的核心是電子束蒸發設備的核心是偏轉電子槍，偏轉電子槍是偏轉電子槍，偏轉電子槍是利用具有一定速度的帶電粒利用具有一定速度的帶電粒子在均勻磁場中受力做圓周子在均勻磁場中受力做圓周運動這一原理設計而成的。運動這一原理設計而成的。其結構由兩部分組成：一是其結構由兩部分組成：一是電子槍用來射高速運動的電電子槍用來射高速運動的電子；二是使電子做圓周運動子；二是

60、使電子做圓周運動的均勻磁場。的均勻磁場。 70 磁場偏轉法的使用可以避免燈絲材料的磁場偏轉法的使用可以避免燈絲材料的蒸發對于沉積過程可能造成的污染。蒸發對于沉積過程可能造成的污染。71 電子束蒸發法的缺點是，電子束蒸發法的缺點是，電子束的絕大部分能量要被坩堝電子束的絕大部分能量要被坩堝的水冷系統帶走，因而其熱效率較低。另外，過高的加熱功率的水冷系統帶走，因而其熱效率較低。另外，過高的加熱功率也會對整個薄膜沉積系統形成較強的熱輻射。也會對整個薄膜沉積系統形成較強的熱輻射。2.3 真空蒸發裝置真空蒸發裝置 電子束蒸發源的優點：電子束蒸發源的優點：(1)電子束轟擊熱源的束流密度高，能獲得遠比電阻加熱