薄膜总结 人人.docx

第一章真空区域的划分：粗真空（1 x 10A5-l X 10A2Pa）低真空（1X 10A2-l X 10A-lPa）高真空（1X 10A-l-l X 10A-6Pa）超高真空（＜lX10A-6Pa）三种速率分布：（cm/s）最可几速度：平均速度：均方根速度：平均自由程：每个分子在连续两次碰撞之间的路程为自由程，统计平均值为平均自由程余弦散射律：碰撞于固体表面的分子，它们飞离表面的方向与原入射方向无关，并按与表面法线方向所成角度的余弦进行分布dp = d ^cos 0 / n o意义：（1）揭示了固体表面对气体分子作用的另一个方面，即将分子原有的方向性彻底“消 除”，均按余弦定律散射；（2）分子在固体表面要停留一定的时间，这是气体分子能够与固体进行能最交换和动量交 换的先决条件真空系统：待抽空的容器（真空室）、获得真空的设备（真空泵）、测量真空的器具（真空计） 以及必要的管道、阀门和其他附属设备前级泵:能使压力从一个大气压力开始变小，进行排气的泵如机械泵、吸附泵次级泵:只能从较低压力抽到更低压力的真空泵如油扩散泵、分子泵热偶真空计：利用低压强卜气体的热传导与压强有关的原理制成的真空计电离真空计：利用气体分子电离的原理来测量真空度。

P16页图）热阴极电离真空计测量范围：在压强大于10A-lPa左右时，虽然气体分子数增 加，电子与分子的碰撞数增加，但能量下降，电离•几率降低，所以当压强增加到一定程度时 电离作用达到饱和，使曲线偏离线形，故测量的上限为10A-lPa在低气压下（小于10 -6Pa）,程2）沉积粒子的迁移过程：蒸发气相原子在向基体的飞行过程中，蒸发气相原子之间或与 残余气体分子间的碰撞机会很少它们将基本保持高开蒸发源时所具有的能量、能量分布和 直线飞行轨迹；溅射原子从靶而飞向基体时，本身之间互相碰撞和Ar原子及其他残余气体 分子相互.碰撞，不但使溅射粒子的初始能量减少，而且还改变溅射粒子脱离靶面时所具有的 方向到达基体表面的溅射粒子可来自基体正前方整个半球面空间的所有方向因此，溅射 方法比蒸发方法较容易制备厚度均匀的薄膜3）成膜过程：对于真空蒸发法其入射到基体上的气相原子对基体表面没有影响，成核条 件不发生变化，所以杂质气体掺入到薄膜中的可能性较小另外，蒸发的气相原子与残余气 体很少发生化学反应基体和薄膜的温度变化也不显著溅射方法则大不相同入射到基体 表面的离子和高能中性粒子对基体表面影响较大，杂质气体或外部材料掺入薄膜的机会较多, 在薄膜中容易发生活化或离化等化学反应。

另外，由于入射的溅射粒子有较大的动能，基体 和薄膜的温度变化也比较显著第八章.薄膜的结构三种类型：组织结构、晶体结构、表面结构1 .薄膜的组织结构是指它的结晶形态:单晶结构、多晶结构、纤维结构、无定型结构3,外延生长单晶薄膜条件：吸附原子必须有较高的表面扩散速率；基体与薄膜材料的结晶 相溶性；基体表面清洁、光滑和化学稳定性好晶格失配数m=（b-a）/a （基体的晶格常数 为a,薄膜的晶格常数为b）4.多晶结构：晶粒尺寸一般在10-100nm晶粒间界：多晶薄膜中不同晶粒间的交界面称 为晶粒间界，或称晶界纤维结构薄膜是晶粒具有择优取向的薄膜三种表面形态：（1）不连续膜（岛状、颗粒），一般厚度较小，50A以下2）多孔网状膜⑶连续状膜阴影效应：由于晶粒生长倾向于入射方向，高起的晶粒遮住了相邻的晶粒使继续入射的原子 达不到，使薄膜表面凹凸不平，内部出现大缺陷内部结构特点：⑴呈现柱状颗粒和空位组合结构；⑵柱状体几乎垂直于基体表面生长，而且上下两端尺寸基本相同⑶平行于基体表面的层与层之间有明显的界面，上层柱状与卜层柱状体并不完全连续生长修正后的结构区域模型：同时考虑了 Ts/Tm和工作气体压力因素.区域1: Ts/Tm较低，由空间隔开的锥状晶粒组成的多孔结构，表面扩散不足以克服阴影效 果，结构不致密，位错密度，高，残余应力大。

区域T:由紧密堆枳的纤维状晶粒组成的结构，可看作区域1在Ts/Tm值为0时在非常光 滑基体上形成的极限形式晶粒间界致密，机械性能好区域2:无孔洞柱状晶体结构，或定义为其生长过程由吸附原子表面扩散所支配的Ts/Tm区区域3:再结晶区，体内扩散对膜层最终结构起主要影响的Ts/Tm区薄膜的缺陷：(1)点缺陷，形成原因:晶格结点处原子在平衡位置附近作不停热振动，一定T下，能量一 定，但由于存在能量起伏，个别原子脱离束缚逃离•原位，形成空位缺陷；逃离原位的原子跳 进晶格原子之间间隙形成填隙缺陷温度急剧变化引起，真空蒸发薄膜过程会引入点缺陷 由杂质引起2)位错：基体引起的位错；小岛聚结引起的位错.(3)晶粒间界；(4)层错缺陷：在真空蒸发薄膜中存在层错缺陷，由原子错排产生薄膜结构与组分的分析方法和主要功能：X射线衍射法(XRD-XRay Diffraction)：晶体结构分析；电子衍射法(Electron Diffraction)：在透射电子显微镜中观测薄膜结构的同时进行电子衍射分 析；扫描电子显微镜法(SEM-Scanning Electron Microscopy)：分析薄膜形貌和成分；俄歌电子能谱法(AES-Auger electron Spectroscopy)：不但可鉴定样品中的组分元素还可测定 它的化学状态；X射线光电子能谱法(XPS-X Ray Photoelectron Spectroscopy)：研究样品中原子的化学状态：二次离子质谱(SIMS-Secondary Ion Mass Spectrometry)：对样品表面发射出来的正负二次离子 进行质量分析，鉴别表面元素、具有一定能量的高速电子打到加速极上，产生软X射线，当其辐射到离子收集极时，将自 己的能量交给金属中的自由电子，会使自由电子逸出金属而形成电流，导致离了•流增加，即 这时由离子收集极测得的离子流是离子电流与光电流二者之和，当二者在数值上可比拟时, 曲线也将偏离线形。

故10~6Pa就成为测量的下限压强第二章.真空蒸发镀膜法：在真空室中，加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料•，使其原子或分子 从表面气化逸出，形成蒸气流，入射到固体（称为衬底或基片）表面，凝结形成固态薄膜的 方法1 .真空蒸发镀膜的三种基本过程：（1）热蒸发过程；（2）气化原子或分子在蒸发源与•基片之间的输运，即这些粒子在环境气氛中的飞行过程；（3）蒸发原子或分子在基片表面上的淀积过程2 .真空蒸发镀膜时保证真空条件的必要性：（1）蒸发物原子或分子将与大同空总分子碰撞使膜层受到严重污染，甚至形成氧化物：（2）蒸发源被加热氧化烧毁；（3）由于空气分子的碰撞阻挡，难以形成均匀连续的薄膜4,饱和蒸气压：一定温度下，真空室内蒸发物质的蒸气与固体或液体平衡过程中所表现的 压力称为该物质的饱和蒸气压一定的饱和蒸气压必定对应一定的物质的温度饱和蒸汽压 表征了物质的蒸发能力5 .对蒸发过程作如下儿点假设：（1）蒸发原子或分子与残余气体分子间不发生碰撞；（2）在蒸发源附近的蒸发原子或分子之间也不发生碰撞；（3）蒸发淀积到基板上的原子不发生再蒸发现象，即第一次碰撞就凝结「基板表面上6 .点蒸发源：小平面蒸发源：（图见书P26 2-6）.蒸发源的类型：电阻蒸发源、电子束蒸发源、高频感应蒸发源。

7 .通常对蒸发源材料的要求是：（1）熔点要高；（2）饱和蒸气压低：（3）化学性能稳定，在高温下不应与蒸发材料发生化学反应；（4）具有良好的耐热性热源变化时，功率密度变化较小：（5）原料丰富，经济耐用8 .电子束蒸发源原理：基于电子在电场作用下，获得动能轰击到处于阳极的蒸发材料上, 使蒸发材料加热气化，而实现蒸发镀膜9 .分储现象：当蒸发二元以上的合金及化合物时，蒸发材料在气化过程中，由于各成分 的饱和蒸气压不同，使得其蒸发速率也不同，得不到希望的合金或化合物的比例成分，这种 现象称为分储现象解决方法：采用瞬时蒸发法、双蒸发源法及合金升华法等10 .三温度：分别控制低蒸气压元素（III）的蒸发源温度、高蒸气压元素（V）的蒸发源温 度和基板温度，一共三个温度第三章.溅射定义：是指荷能粒子轰击固体表面（靶），使固体原子（或分子）从表面射出的现 象射出的粒子大多呈原子状态，常称为溅射原子用于轰击靶的荷能粒子可以是电子、离 子或中性粒子整个溅射过程都是建立在辉光放电的基础之上真空蒸发速率〉溅射速率1 .溅射镀膜的优点：（1）任何物质均可以溅射，尤其是高熔点、低蒸气压元素和化合物2）溅射膜与基板之间的附着性好。

伪扩散层 （3）溅射镀膜密度高，针孔少，且膜层的纯度较高4）膜厚可控性和重复性好缺点：（1）溅射设备复杂、需要高压装置；（2）溅射淀积的成膜速度低；（3）基板温升较高和易受杂质气体影响2 .巴邢定律：在气体成分和电极材料一定条件下，起辉电压V只与气体压强P和电极距离 d的乘积有关P63图3-2）在大多数辉光放电溅射过程中要求气体压强低，压强与间距乘积一般都在最 小值的右边，故需要相当高的起辉电压在极间距小的电极结构中，经常需要瞬时地增加气 体压强以启动放电辉光放电（P64图3-3）阴极位降区包括：阿斯顿暗区、阴极辉光区、克鲁克斯暗区、负辉光区溅射特性:表征溅射特性的参量主要有溅射阀值、溅射率以及溅射粒子的速度和能量等1） 溅射阀值:溅射阀值指使靶材原子发生溅射的入射离子所必须具有的最小能量2）溅射率： 溅射率表示正离子轰击靶阴极时，平均每个正离子能从阴极上打出的原子数乂称溅射产额 或溅射系数，常用S表示.入射离子能量（P71图3-10、3-11）.溅射原子的角度分布：早期的溅射理论（溅射的热峰蒸发理论）认为：溅射的发生是由 于高能量的轰击离子产生了局部高温区，从而导致靶材料的蒸发，逸出原子呈现余弦分布规 律，并且与入射离子的方向性无关（见P76图3-22虚线部分）。

进一步研究发现：（1）用 低能离子轰击时，逸出原子的分布并不服从余弦分布定律垂直于靶表面方向逸出的原子数 明显地少于按余弦分布时应有的逸出原子数（图3-23）；（2）对于不同的靶材料，角分布与余弦分布的偏差不相同：（3）改变轰击离子的入射角时，逸出原子数在入射的正反射方向显著增加（图3-22）4） 溅射原子的逸出主要方向与晶体结构有关6 .溅射过程：溅射过程包括靶的溅射、逸出粒子的形态、溅射粒子向基片的迁移和在基板 上成膜的过程溅射粒子的迁移过程：靶材受到轰击所逸出的粒子中，正离子由于反向电场的作用不能到达 基片表面，其余的粒子均会向基片迁移7 .淀积过程中的污染:（1）真空壁和真空室中的其他零件可能会有吸附气体、水汽和二氧化碳；（2）在溅射气压下，扩散泵抽气效力很低，扩散泵油的回流现象M能十分严重；（3）基片表面的颗粒物质对薄膜的影响是会产生针孔和形成淀枳污染8 .溅射机理：（1）热蒸发理论：溅射现象是被电而气体的荷能正离子，在电场的加速下轰击靶表面，而 将能曷传递给碰撞处的原子，结果导致表面碰撞处很小区域内，发生瞬间强烈的局部高温, 从而使这个区域的靶材料熔化，发生热蒸发2）动量转移理论：低能离子碰撞靶时，不能从固体表面直接溅射出原子，而是把动量转 移给被碰撞的原了，引起晶格点阵上原子的链琐式碰撞。

这种碰撞将沿着晶体点阵的各个方 向进行同时，碰撞因在原子最紧密排列的点阵方向上最为有效，结果晶体表面的原子从邻 近原子那里得到愈来愈大的能量，如果这个能量大于原子的结合能，原子就从固体表面被溅 射出来能很好地解释热蒸发理论所不能说明的：如溅射。