1、第第3-1章章 薄膜的物理氣相沉積薄膜的物理氣相沉積 蒸發法蒸發法3.1.1 引言引言v 薄膜生長方法是獲得薄膜的關鍵。薄膜材料的質量和性能不薄膜生長方法是獲得薄膜的關鍵。薄膜材料的質量和性能不僅依賴于薄膜材料的化學組成，而且與薄膜材料的制備技術僅依賴于薄膜材料的化學組成，而且與薄膜材料的制備技術有強烈的依賴關系。有強烈的依賴關系。v 隨著科學技術的發展和各學科之間的相互交叉隨著科學技術的發展和各學科之間的相互交叉, 相繼出現了相繼出現了一些新的薄膜制備技術。這些薄膜制備方法的出現一些新的薄膜制備技術。這些薄膜制備方法的出現, 不僅使不僅使薄膜的質量在很大程度上得以改善薄膜的質量在很大程度上得

2、以改善, 而且為發展一些新型的而且為發展一些新型的薄膜材料提供了必要的制備技術。薄膜材料提供了必要的制備技術。桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 3. 1.1 引言引言桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 3. 1.2 真空鍍膜技術發展的三個臺階真空鍍膜技術發展的三個臺階 真空鍍膜法是一類重要的優秀制膜方法，它在微電子、電子材真空鍍膜法是一類重要的優秀制膜方法，它在微電子、電子材料與元器件等電子工業，鐘表工業，照相機等光學工業，窗玻料與元器件等電子工業，鐘表工業，照相機等光學工業，窗玻璃等建材工業中已經成為一項不可缺少的重要技術。此外，在璃等建材工業中已經成為一項不可缺少的重要技術。此外，在

3、以電子信息產業為代表的高新技術中，真空鍍膜技術起著舉足以電子信息產業為代表的高新技術中，真空鍍膜技術起著舉足輕重的作用輕重的作用。桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 3. 1.3 薄膜制備方法的分類薄膜制備方法的分類 薄膜的制備方法可分為：薄膜的制備方法可分為： 1、從基板上堆積的方法；、從基板上堆積的方法； 2、從基板表面向內部加入其他材料，形成不同于基板的薄層。、從基板表面向內部加入其他材料，形成不同于基板的薄層。 也可分為：也可分為： 1、氣相法、氣相法 PVD：Physical Vapor Deposition，不伴隨化學反應發生，不伴隨化學反應發生 CVD：Chemical Vap

4、or Deposition，發生化學反應，發生化學反應 2、非氣相法（主要是液相）、非氣相法（主要是液相）桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 3. 1.3 物理氣相沉積分類物理氣相沉積分類PVD第一類第二類蒸發(Evaporation)濺射(Sputtering)離子鍍(Ion plating)脈沖激光沉積(Pulsed laser deposition)桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 3. 1.4 物理氣相沉積物理氣相沉積桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 利用某種物理過利用某種物理過程，如物質的熱蒸程，如物質的熱蒸發或在受到粒子轟發或在受到粒子轟擊時物質表面原子擊時物質表面原子的

5、濺射等現象，實的濺射等現象，實現物質原子從源物現物質原子從源物質到薄膜的可控轉質到薄膜的可控轉移的過程。移的過程。塊狀材料 (靶材)薄膜物質輸運能量輸運能量襯襯 底底3. 1.5 真空蒸發鍍膜的原理真空蒸發鍍膜的原理桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 基板基板原材料原材料在真空中加熱在真空中加熱 真空真空真空蒸發為什么需要真空：真空蒸發為什么需要真空： a、增大，增大， 源基距，源基距，淀積淀積 粒子直線運動粒子直線運動 b、防止氧化等化學反應。、防止氧化等化學反應。 c、提高膜層質量、提高膜層質量 d、降低蒸發溫度、降低蒸發溫度3. 1.5 真空蒸發鍍膜的原理真空蒸發鍍膜的原理桂林電子科技

6、大學 材料科學與工程學院 真空蒸發鍍膜法真空蒸發鍍膜法( (簡稱真空簡稱真空蒸鍍蒸鍍) )是在真空室中，加熱蒸是在真空室中，加熱蒸發容器中待形成薄膜的原材發容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子從表面料，使其原子或分子從表面氣化逸出，形成蒸氣流，入氣化逸出，形成蒸氣流，入射到基片表面，凝結形成固射到基片表面，凝結形成固態薄膜的方法。態薄膜的方法。 方法的核心點：方法的核心點：鍍膜材料通鍍膜材料通過物理方法輸運到基體的表過物理方法輸運到基體的表面面, ,形成薄膜；形成薄膜；3. 1.5 真空蒸發鍍膜的原理真空蒸發鍍膜的原理桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 真空蒸發鍍膜的真空蒸發鍍膜的基本過

7、程：基本過程：（1）加熱）加熱蒸發過程蒸發過程，凝聚相，凝聚相氣相氣相 該階段的主要作用因素：飽和蒸氣壓該階段的主要作用因素：飽和蒸氣壓（2）輸運過程輸運過程，氣化原子或分子在蒸發源與基片之間的輸運，氣化原子或分子在蒸發源與基片之間的輸運 該階段的主要作用因素：分子的平均自由程，源該階段的主要作用因素：分子的平均自由程，源基距基距（3）基片表面的）基片表面的淀積過程淀積過程，氣相，氣相固相固相 凝聚凝聚成核成核核生長核生長連續薄膜連續薄膜熱蒸發熱蒸發裝置裝置加熱絲、舟或坩堝加熱絲、舟或坩堝襯底架襯底架玻璃鐘罩玻璃鐘罩真空泵真空泵厚度監控儀厚度監控儀充氣管道充氣管道襯底襯底Plume桂林電子科技

8、大學 材料科學與工程學院 3. 1.5 真空蒸發鍍膜的原理真空蒸發鍍膜的原理加熱絲加熱舟坩堝盒狀源（Knudsen Cell）蒸發設備蒸發設備常用蒸發源常用蒸發源桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 3. 1.5 真空蒸發鍍膜的原理真空蒸發鍍膜的原理桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 常用蒸發材料形態常用蒸發材料形態3. 1.5 真空蒸發鍍膜的原理真空蒸發鍍膜的原理桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 優點：優點：成膜速度快：成膜速度快： 0.150m/min，設備較簡單，操作容易；設備較簡單，操作容易； 制得薄膜純度高；制得薄膜純度高；用掩模可獲得清晰圖形；用掩模可獲得清晰圖形； 薄膜生長

9、機理較單純。薄膜生長機理較單純。缺點：缺點： 薄膜附著力較小薄膜附著力較小(入射粒子的動能較小) 結晶不夠完善；結晶不夠完善； 工藝重復性不夠好工藝重復性不夠好(大電流、低電壓的情況下加熱，大電流不易控制；蒸發溫度對蒸發速率影響較大,成膜速率不易控制） ； 膜厚不易控制；膜厚不易控制； 薄膜質量不是很好薄膜質量不是很好(存在蒸發器的污染（W、Mo、Ta容易與低熔點的金屬生成金屬間化合物或低熔點合金） 不能淀積高熔點的金屬和化合物不能淀積高熔點的金屬和化合物3. 1.5 真空蒸發鍍膜的原理真空蒸發鍍膜的原理3. 1.6 物質的熱蒸發物質的熱蒸發桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 對于每一種氣體

10、都有一個特定的溫度，高于此溫度時，氣體對于每一種氣體都有一個特定的溫度，高于此溫度時，氣體不能通過等溫壓縮而液化，這個溫度稱為該氣體的臨界溫度。不能通過等溫壓縮而液化，這個溫度稱為該氣體的臨界溫度。 溫度高于臨界溫度的氣態物質稱為氣體，低于臨界溫度溫度高于臨界溫度的氣態物質稱為氣體，低于臨界溫度的氣態物質稱為蒸氣。的氣態物質稱為蒸氣。 注意：注意：蒸氣不是理想氣體！只有在很低氣壓下，近似符蒸氣不是理想氣體！只有在很低氣壓下，近似符合理想氣體方程。合理想氣體方程。（1）氣體與蒸氣）氣體與蒸氣3. 1.6 物質的熱蒸發物質的熱蒸發桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 臨界溫度臨界溫度不是沸點！不是

11、沸點！ 熱蒸發：熱蒸發：蒸發材料在真空室中被加熱到足夠溫度時，其原子蒸發材料在真空室中被加熱到足夠溫度時，其原子或分子就會從表面逸出，或分子就會從表面逸出， 這種現象叫做熱蒸發。這種現象叫做熱蒸發。 飽和蒸汽壓：飽和蒸汽壓：在一定溫度下，真空室中蒸發材料的蒸汽在與在一定溫度下，真空室中蒸發材料的蒸汽在與固體或液體平衡過程固體或液體平衡過程*中中 所表現出的壓力，稱為該溫度下的所表現出的壓力，稱為該溫度下的飽和蒸汽壓。（它隨溫度升高而增大）飽和蒸汽壓。（它隨溫度升高而增大） *實際上在真空蒸發制薄時，因為真空室內其它部位的溫度都實際上在真空蒸發制薄時，因為真空室內其它部位的溫度都比蒸發源低得多，

12、蒸發原子或分子被凝結。因而不存在這種比蒸發源低得多，蒸發原子或分子被凝結。因而不存在這種平衡過程。平衡過程。3. 1.6 物質的熱蒸發物質的熱蒸發桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 3. 1.6 物質的熱蒸發物質的熱蒸發桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 飽和蒸氣壓：在一定溫度下，氣、固或氣、液兩相平衡時，飽和蒸氣壓：在一定溫度下，氣、固或氣、液兩相平衡時，蒸氣的壓力稱為該物質的飽和蒸氣壓。蒸氣的壓力稱為該物質的飽和蒸氣壓。飽和蒸氣壓與溫度無關，同一物質在不同溫度下具有不同的飽和蒸氣壓飽和蒸氣壓與溫度無關，同一物質在不同溫度下具有不同的飽和蒸氣壓。 飽和蒸氣壓飽和蒸氣壓一定溫度下，蒸發出來

13、的蒸氣分子的量一定溫度下，蒸發出來的蒸氣分子的量標志著物質的蒸發能力標志著物質的蒸發能力規定：物質在飽和蒸氣壓為規定：物質在飽和蒸氣壓為102Torr時的溫度時的溫度T，稱為該物質的蒸發溫度，稱為該物質的蒸發溫度飽和蒸氣壓表示物質在某一個溫度下可能蒸發出來的蒸汽分子的量，是飽和蒸氣壓表示物質在某一個溫度下可能蒸發出來的蒸汽分子的量，是蒸發的最大限度。物質的飽和蒸氣壓越高。蒸發出來的量就越多。因此，蒸發的最大限度。物質的飽和蒸氣壓越高。蒸發出來的量就越多。因此，飽和蒸氣壓標志著物質的蒸發能力。飽和蒸氣壓標志著物質的蒸發能力。 在真空條件下物質的蒸發要比常壓下容易得多，所需蒸發溫度在真空條件下物質

14、的蒸發要比常壓下容易得多，所需蒸發溫度也大大降低，蒸發過程也將大大縮短，蒸發速率顯著提高。也大大降低，蒸發過程也將大大縮短，蒸發速率顯著提高。 飽飽和蒸氣壓和蒸氣壓PV與溫度與溫度T的關系可以幫助我們合理地選擇蒸發材料的關系可以幫助我們合理地選擇蒸發材料及確定蒸發條件，因而對于薄膜制作技術有重要的實際意義。及確定蒸發條件，因而對于薄膜制作技術有重要的實際意義。一些常用物質的飽和蒸氣壓與溫度的關系一些常用物質的飽和蒸氣壓與溫度的關系桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 由圖中曲線知由圖中曲線知:a. 達到正常薄膜蒸發速率所達到正常薄膜蒸發速率所需溫度，即需溫度，即PV=1Pa時溫度；時溫度；b.

15、 蒸發速率隨溫度變化的敏蒸發速率隨溫度變化的敏感性；感性；c. 蒸發形式：蒸發溫度高于蒸發形式：蒸發溫度高于熔點，蒸發狀態是熔化的，熔點，蒸發狀態是熔化的，否則是升華。否則是升華。半導體元素的平衡蒸氣壓隨溫度的變化曲線半導體元素的平衡蒸氣壓隨溫度的變化曲線桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 在實際蒸發過程中，影響蒸發速度的因素有：在實際蒸發過程中，影響蒸發速度的因素有： 飽和蒸氣壓飽和蒸氣壓 溫度溫度 蒸發物質的分子量蒸發物質的分子量 表面清潔度表面清潔度 蒸發源的形狀等蒸發源的形狀等3. 1.7 元素蒸發速率元素蒸發速率桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 溫度溫度 例如例如Al：溫度變化

16、：溫度變化1%，蒸發速度變化，蒸發速度變化19% 蒸發物質的分子量蒸發物質的分子量 =5.83x10-2p(M/T)1/2 (g/cm2/sec) p(Torr) Al 蒸蒸發發：M=27g, =2.7g/cc , p=10-2Torr(T=1355K) 真空蒸真空蒸發發速度速度 R= 8.1x10-5 g/cm2 sec =3x10-5cm/sec (3000/sec) 3. 1.7 元素蒸發速率元素蒸發速率桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 1、如需精確控制蒸發速率，就必須精確控制源溫。、如需精確控制蒸發速率，就必須精確控制源溫。2、在加熱過程中應當注意避免過大的溫度梯度。、在加熱過程中

17、應當注意避免過大的溫度梯度。 本底真空度（表面清潔度）本底真空度（表面清潔度） 直接影響薄膜的純度直接影響薄膜的純度3. 1.7 元素蒸發速率元素蒸發速率桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 1. 殘留氣體的污染。殘留氣體的污染。2. 蒸發源物質的純度；蒸發源物質的純度；3. 加熱裝置、坩堝的污染；加熱裝置、坩堝的污染；單位時間內通過單位面積的氣體的分子數：單位時間內通過單位面積的氣體的分子數：mkTPnVNag24125時，時，10-5 Torr時時，Ng大約為大約為10151016個個/cm2s，此時蒸發原子與雜質原子幾乎此時蒸發原子與雜質原子幾乎 按按 1 ：1 到到 達基板達基板2.1

18、.2（1） 純元素、合金的蒸發形式純元素、合金的蒸發形式 1）以單個原子的形式蒸發進入氣相：）以單個原子的形式蒸發進入氣相： 將物質加熱到物質的熔點以上即可。大多數金屬的熱蒸發屬于將物質加熱到物質的熔點以上即可。大多數金屬的熱蒸發屬于這種情況。這種情況。 2）以原子團的形式蒸發進入氣相：）以原子團的形式蒸發進入氣相： 如如Cr、Ti、Mo、Fe、Si等物質，在低于熔點的溫度下，等物質，在低于熔點的溫度下，元素的平衡蒸氣壓已經相對較高。這種情況下，可以直接利用元素的平衡蒸氣壓已經相對較高。這種情況下，可以直接利用由固態物質的升華現象，實現元素的氣相沉積。由固態物質的升華現象，實現元素的氣相沉積。

19、 3）石墨）石墨C：沒有熔點，其升華所需的溫度又相當高，在實踐中：沒有熔點，其升華所需的溫度又相當高，在實踐中多利用石墨電極間的高溫放電過程來使碳元素發生蒸發。多利用石墨電極間的高溫放電過程來使碳元素發生蒸發。 由于原子間的結合力小于化合物中原子間的結合力，因此，合由于原子間的結合力小于化合物中原子間的結合力，因此，合金中各元素的蒸發過程可近似視為各元素相互獨立的蒸發過程，金中各元素的蒸發過程可近似視為各元素相互獨立的蒸發過程，就像純元素蒸發過程一樣。但存在薄膜沉積成份偏析的問題。就像純元素蒸發過程一樣。但存在薄膜沉積成份偏析的問題。2.1.1 元素蒸發速率元素蒸發速率3. 1.8 純元素、合

20、金與化合物的蒸發熱純元素、合金與化合物的蒸發熱桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 2.1.2（2）化合物的熱蒸發）化合物的熱蒸發 問題：問題： “在利用蒸發法制備化合物或合金薄膜時，為何常需在利用蒸發法制備化合物或合金薄膜時，為何常需要考慮薄膜成分偏離蒸發源成分要考慮薄膜成分偏離蒸發源成分” 薄膜成分偏離源物質的原因：薄膜成分偏離源物質的原因：（1）蒸發出來的物質蒸氣可能不同；蒸發出來的物質蒸氣可能不同；（2）氣相分子還可能發生一系列的化合與分解反應。）氣相分子還可能發生一系列的化合與分解反應。（3）對于初始成分確定的蒸發源來說，組元蒸發速率之比將隨）對于初始成分確定的蒸發源來說，組元蒸發速

21、率之比將隨著時間而發生變化。易于蒸發的組元優先蒸發造成該組元不著時間而發生變化。易于蒸發的組元優先蒸發造成該組元不斷貧化，進而造成該組元蒸發速率的不斷下降。斷貧化，進而造成該組元蒸發速率的不斷下降。2.1.1 元素蒸發速率元素蒸發速率3. 1.8 純元素、化合物（或合金）蒸發熱純元素、化合物（或合金）蒸發熱桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 解決辦法真空蒸鍍薄膜成份偏析的辦法：解決辦法真空蒸鍍薄膜成份偏析的辦法： （1）使用足量的物質作為蒸發源，即盡量減小組元成分的相）使用足量的物質作為蒸發源，即盡量減小組元成分的相對變化率；對變化率； （2）向蒸發容器內不斷地、每次加入少量被蒸發物質，實現

22、）向蒸發容器內不斷地、每次加入少量被蒸發物質，實現同步蒸發；同步蒸發； （3）加熱雙蒸發源或多蒸發源，分別控制和調節每個組元的）加熱雙蒸發源或多蒸發源，分別控制和調節每個組元的蒸發速率。蒸發速率。 如在利用蒸發法沉積如在利用蒸發法沉積-V化合物薄膜的情況下，可以使用所化合物薄膜的情況下，可以使用所謂的三溫度法，即分別設置低蒸氣壓的謂的三溫度法，即分別設置低蒸氣壓的族元素和蒸氣壓較族元素和蒸氣壓較高的高的V族元素的各自的蒸發溫度，同時調節薄膜沉積時的襯族元素的各自的蒸發溫度，同時調節薄膜沉積時的襯底溫度，以獲得所需的薄膜成分與薄膜組織。底溫度，以獲得所需的薄膜成分與薄膜組織。桂林電子科技大學 材

23、料科學與工程學院 3. 1.8 純元素、化合物（或合金）蒸發熱純元素、化合物（或合金）蒸發熱 1、影響薄膜厚度均勻性的因素：、影響薄膜厚度均勻性的因素： （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 物質的蒸發源可分為：點蒸發源和面蒸發源，如下圖所示：物質的蒸發源可分為：點蒸發源和面蒸發源，如下圖所示：3. 1.9 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桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 直觀看來，在以點源為直觀看來，在以點源為中心的球面上，均可獲中心的球面上，均可獲得均勻膜厚，球面上可得均勻膜厚，球面上可放置許多基板。但實際放置許多基板。但實際上，作為點源，只

24、能放上，作為點源，只能放置少量鍍料，以其作蒸置少量鍍料，以其作蒸發源，難以制作厚膜以發源，難以制作厚膜以及在大量基板上成膜。及在大量基板上成膜。實用鍍膜技術多采用蒸實用鍍膜技術多采用蒸發舟或坩堝，其發射特發舟或坩堝，其發射特性可由小平面源來近似。性可由小平面源來近似。在真空蒸發鍍膜過程中，能否在基板上獲得均勻膜厚，是制膜的關在真空蒸發鍍膜過程中，能否在基板上獲得均勻膜厚，是制膜的關鍵問題。鍵問題。 圖圖2.6畫出了對于點蒸發源和面蒸源計算得出的薄膜相對沉積畫出了對于點蒸發源和面蒸源計算得出的薄膜相對沉積厚度隨襯底尺寸、襯底距離的變化規律。可知，點蒸發源所對厚度隨襯底尺寸、襯底距離的變化規律。可

25、知，點蒸發源所對應的沉積均勻性稍好于面蒸源的情況。應的沉積均勻性稍好于面蒸源的情況。桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 2.9 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 改善薄膜厚度均勻性的方法：改善薄膜厚度均勻性的方法： 1）加大蒸發源到襯底表面的距離，但此法會降低沉積速率及）加大蒸發源到襯底表面的距離，但此法會降低沉積速率及增加蒸發材料損耗；增加蒸發材料損耗； 2）轉動襯底；）轉動襯底； 3 3）如果同時需要沉積多個樣品、且每個樣品的尺寸相對較小）如果同時需要沉積多個樣品、且每個樣品的尺寸相對較小時，可以考慮采取圖時，可以考慮采取圖2.72.7所示的襯底放置方法來改善樣品間薄

26、所示的襯底放置方法來改善樣品間薄膜厚度的差別。膜厚度的差別。此時，此時，cos = cos (1/2)r/r0 ，其中，其中r0 是相應圓周的半徑，此時，式是相應圓周的半徑，此時，式2-13簡化為：簡化為： （2-14） 此時，所沉積的薄膜的厚度與角度此時，所沉積的薄膜的厚度與角度 、 無關。無關。204 rMdAdMess桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 （2）陰影效應對薄膜厚度均勻性的影響）陰影效應對薄膜厚度均勻性的影響 1 1）當蒸發源與襯底之間存在某種障礙物時，沉積過程將會產）當蒸發源與襯底之間存在某種障礙物時，沉積過程將會產生陰影效應，即蒸發出來的物質將被障礙物阻擋而不能沉積到生

27、陰影效應，即蒸發出來的物質將被障礙物阻擋而不能沉積到襯底上，可能破壞薄膜沉積的均勻性。襯底上，可能破壞薄膜沉積的均勻性。 2）襯底不平或表面有浮突時，由于蒸發源方向性限制，造成）襯底不平或表面有浮突時，由于蒸發源方向性限制，造成有些部位沒有物質沉積，如圖有些部位沒有物質沉積，如圖2.8(a)。 3）選擇性沉積，在蒸發沉積時，有目的地使用一些特定形狀）選擇性沉積，在蒸發沉積時，有目的地使用一些特定形狀的掩膜，實現薄膜的選擇性沉積，如圖的掩膜，實現薄膜的選擇性沉積，如圖2.8(b) 。桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 影響薄膜純度的因素影響薄膜純度的因素（1）蒸發源物質的純度；）蒸發源物質的純

28、度；（2）加熱裝置、坩堝等可能造成的污染；）加熱裝置、坩堝等可能造成的污染；（3）真空系統中殘留的氣體，前面講過雜質氣體分子與蒸發）真空系統中殘留的氣體，前面講過雜質氣體分子與蒸發物質的原子分別射向襯底，并可能同時沉積在襯底上。物質的原子分別射向襯底，并可能同時沉積在襯底上。 改善薄膜純度的方法改善薄膜純度的方法： 1）依靠使用高純物質作為蒸發源以及改善蒸發裝置的設計；）依靠使用高純物質作為蒸發源以及改善蒸發裝置的設計； 2）改善設備的真空條件）改善設備的真空條件 3）提高物質蒸發及沉積速率。）提高物質蒸發及沉積速率。桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 真空蒸發法所采用的設備根據其使用目的可

29、能有很真空蒸發法所采用的設備根據其使用目的可能有很大的差別，從最簡單的電阻加熱蒸鍍裝置到極為復大的差別，從最簡單的電阻加熱蒸鍍裝置到極為復雜的分子柬外延設備，都屬于真空蒸發沉積裝置的雜的分子柬外延設備，都屬于真空蒸發沉積裝置的范疇。在蒸發沉積裝置中，最重要的組成部分就是范疇。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將其分為以下物質的蒸發源，根據其加熱原理可以將其分為以下各種類型：各種類型： 1、電阻式蒸發裝置、電阻式蒸發裝置 2、電子束蒸發裝置、電子束蒸發裝置 3、電弧蒸發裝置、電弧蒸發裝置 4、激光蒸發裝置、激光蒸發裝置 5、空心陰極蒸發裝置、空心陰極蒸發裝置

30、6、分子束外延、分子束外延3. 1.10 真空蒸發裝置真空蒸發裝置桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 1、電阻式蒸發裝置、電阻式蒸發裝置（1）電阻加熱蒸發法：）電阻加熱蒸發法：采用鉭、鉬、鎢等高熔點金屬，做成適當采用鉭、鉬、鎢等高熔點金屬，做成適當形狀的加熱裝置（也稱形狀的加熱裝置（也稱“蒸發源蒸發源”，注意與，注意與“蒸發材料蒸發材料”區區別），其上裝入待蒸發材料，通以電流后，對蒸發材料進行直別），其上裝入待蒸發材料，通以電流后，對蒸發材料進行直接加熱蒸發，或者把待蒸發材料放入接加熱蒸發，或者把待蒸發材料放入Al2O3、BeO等坩堝中進等坩堝中進行間接加熱蒸發，行間接加熱蒸發，（2）電阻式

31、蒸發裝置優缺點）電阻式蒸發裝置優缺點 1）優點：由于電阻加熱蒸發源結構簡單、價廉易作，所以是）優點：由于電阻加熱蒸發源結構簡單、價廉易作，所以是一種應用很普通的蒸發源。一種應用很普通的蒸發源。 2）缺點：來自坩堝、加熱元件及各種支撐部件的可能的污染；）缺點：來自坩堝、加熱元件及各種支撐部件的可能的污染；加熱功率和加熱溫度有一定的限制；難以滿足某些難熔金屬和加熱功率和加熱溫度有一定的限制；難以滿足某些難熔金屬和氧化物材料的需要等。氧化物材料的需要等。桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 3. 1.10 真空蒸發裝置真空蒸發裝置2、電子束蒸發裝置、電子束蒸發裝置 1）電子束蒸發法：）電子束蒸發法：

32、將蒸發材料放將蒸發材料放入水冷銅坩鍋中，直接利用電子束入水冷銅坩鍋中，直接利用電子束加熱，使蒸發材料氣化蒸發后凝結加熱，使蒸發材料氣化蒸發后凝結在基板表面成膜。在基板表面成膜。 2）優缺點）優缺點 優點：適用于高純或難熔物質的蒸優點：適用于高純或難熔物質的蒸發；可時沉積多種不同的物質。發；可時沉積多種不同的物質。 缺點：熱效率較低；過高的熱功率缺點：熱效率較低；過高的熱功率對整個沉積系統形成較強的熱輻射。對整個沉積系統形成較強的熱輻射。 桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 3. 1.10 真空蒸發裝置真空蒸發裝置 3、電弧蒸發裝置、電弧蒸發裝置 （1）電弧蒸發法：）電弧蒸發法：用欲蒸發的材料

33、制成放電的電極，依靠調用欲蒸發的材料制成放電的電極，依靠調節真空室內電極間距的方法來點燃電弧，瞬間的高溫電弧將使節真空室內電極間距的方法來點燃電弧，瞬間的高溫電弧將使電極端部產生蒸發從而實現物質的沉積。電極端部產生蒸發從而實現物質的沉積。（2）優缺點）優缺點 1）優點：避免電阻加熱材料或）優點：避免電阻加熱材料或坩堝材料的污染；加熱溫度高，坩堝材料的污染；加熱溫度高，適用于溶點高、同時具有一定導適用于溶點高、同時具有一定導電性的難熔金屬、石墨等的蒸發；電性的難熔金屬、石墨等的蒸發；簡單廉價。簡單廉價。 2）缺點：在放電過程中容易產）缺點：在放電過程中容易產生微米量級大小的電極顆粒的飛生微米量級

34、大小的電極顆粒的飛濺，從而會影響被沉積薄膜的均濺，從而會影響被沉積薄膜的均勻性。勻性。桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 3. 1.10 真空蒸發裝置真空蒸發裝置 4、激光蒸發裝置、激光蒸發裝置 （1）激光蒸發法：高功率激光器產生的高能激光束，可在瞬）激光蒸發法：高功率激光器產生的高能激光束，可在瞬間將能量直接傳遞給被蒸發物質，使之發生蒸發鍍薄。間將能量直接傳遞給被蒸發物質，使之發生蒸發鍍薄。（2）優缺點）優缺點 1）優點：避免電阻加熱）優點：避免電阻加熱材料或坩堝材料的污染；加材料或坩堝材料的污染；加熱溫度高；蒸發速率高；蒸熱溫度高；蒸發速率高；蒸發過程容易控制；特別的優發過程容易控制；特

35、別的優點是：適用于蒸發那些成分點是：適用于蒸發那些成分復雜的合金或化合物。復雜的合金或化合物。 2）缺點：也容易產生微）缺點：也容易產生微小顆粒的飛濺，影響薄膜的小顆粒的飛濺，影響薄膜的均勻性。均勻性。桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 3. 1.10 真空蒸發裝置真空蒸發裝置 5、空心陰極蒸發裝置、空心陰極蒸發裝置 （1 1）空心陰極蒸發法：在由中空金屬）空心陰極蒸發法：在由中空金屬TaTa管制成的陰極和由被蒸發物管制成的陰極和由被蒸發物質制成的陽極之間加上一定幅度的電壓，并在質制成的陽極之間加上一定幅度的電壓，并在TaTa管內通入少量的管內通入少量的ArAr氣時，陰陽兩極間便發生放電現象。此時，氣時，陰陽兩極間便發生放電現象。此時，ArAr離子的轟擊會使離子的轟擊會使TaTa管管的溫度升高并維持在的溫度升高并維持在2000K2000K以上的高溫下，從而發射出大量的熱電子。以上的高溫下，從而發射出大量的熱電子。將熱電子束從將熱電子束從TaTa管引出并轟擊陽極，