第8章 气相沉积ppt课件.ppt

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1、表面工程第八章气相沉积8/18/20211主要内容8.1概述8.2真空蒸镀8.3溅射镀8.4离子镀8.5化学气相沉积8/18/202128.1概述气相沉积：利用气相之间的反应在基体上形成一层功能膜的技术。发展：1970年前，称为干镀1980，广泛用于电子、装饰，刀具（硬涂层）近20年，随电子器件及尖端科学发展，发展迅速分类：物理气相沉积（PVD)和化学气相沉积（CVD）8/18/20213定义：在真空条件下，利用各种物理方法，将镀料气化成原子、分子或使其离子化为离子，直接沉积到基体表面上的方法。分类：真空蒸镀、溅射镀膜、离子镀膜应

2、用：机械、航空、电子、轻工、光学等领域，制备耐磨、耐蚀、耐热、导电、磁性、光学、装饰、润滑、压电和超导等各种镀层。（1）物理气相沉积（PVD—PhysicalVapourDeposition）8/18/20214定义：把含有构成薄膜元素的一种或几种化合物、单质气体供给基体，借助气相作用或在基体表面上的化学反应在基体上制得金属或化合物薄膜的方法。分类：常压CVD、低压CVD、等离子CVD应用：在电子、宇航、光学、能源等工业领域，制备化合物单晶和耐磨、耐热、耐蚀和抗辐射多晶保护层。是集成电路制作的核心工艺，用于制备半导体外延层、PN结

3、、扩散源、介质隔离、扩散掩蔽膜等。（2）化学气相沉积（CVD—ChemicalVapourDeposition）8/18/202158.2真空蒸镀-蒸发镀定义：在真空条件下，用加热蒸发的方法使镀料转化为气相，然后凝聚在基体表面的方法。8/18/20216蒸发镀是PVD方法中最早用于工业生产的一种方法；特点：工艺成熟，设备较完善，低熔点金属蒸发效率高；应用：可用于制备介质膜、电阻、电容等；也可在塑料薄膜和纸张上连续蒸镀铝膜。因膜层结合力差，曾一度发展缓慢。电真空技术的发展和光固化涂料的诞生，使蒸发镀再度复兴，并广泛应用。8/18/2

4、02171、蒸镀原理和液体一样，固体在任何温度下也或多或少的气化（升华），形成该物质的蒸气。在高真空中，将镀料加热到高温，相应温度下的饱和蒸气就在真空槽中散发。基体设在蒸气源的上方，且使基体保持相对较低的温度，蒸气则在其上形成凝固膜。为了弥补凝固的蒸气，蒸发源要以一定的比例供给蒸气。8/18/20218根据蒸发镀的原理可知：采用单金属镀料或合金镀料，就可在基体上得到单金属膜层或得到合金膜层。8/18/20219合金膜的镀制在同一温度下，不同的金属具有不同的饱和蒸气压，其蒸发速度也不一样。蒸发速度快的金属比蒸发速度慢的金属先蒸发完。

5、所得的膜层成分与合金镀料的成分有明显不同。存在问题：8/18/202110解决合金镀膜问题的方法：①采用单蒸发源时，使加热器间断的供给少量热量，产生瞬间蒸发；②采用多蒸发源，使各种金属分别蒸发，气相混合，同时沉积。利用该法还可以得到用冶炼方法所得不到的合金材料薄膜。8/18/2021118/18/202112不足：真空蒸镀时，蒸发粒子动能为0.1～1.0EV，膜对基体的附着力较弱。改进结合力措施：①在基板背面设置一个加热器，加热基板，使基板保持适当的温度，既净化基板，又使膜和基体之间形成一薄的扩散层，增大附着力；②对于蒸镀像Au这

6、样附着力弱的金属，可以先蒸镀像Cr、Al等结合力高的薄膜作底层。8/18/202113包括：电阻加热法电子束加热法高频感应加热激光蒸镀法2、蒸镀方法8/18/202114蒸发源（舟，坩锅，钨丝、钼片）8/18/202115（1）电阻加热法原理：让大电流通过蒸发源，加热待镀材料，使其蒸发。对蒸发源材料的基本要求：高熔点，低蒸气压，在蒸发温度下不会与膜料发生化学反应或互溶，具有一定的机械强度，且高温冷却后脆性小等。常用钨、钼、钽等高熔点金属材料。电阻加热蒸发源8/18/202116电子束加热蒸镀（2）电子束加热原理：用高能电子束直接轰

7、击蒸发物质的表面，使其蒸发。特点：由于是直接在蒸发物中加热，避免了蒸发物与容器的反应和蒸发源材料的蒸发，可制备高纯度的膜层。应用：用于电子原件和半导体用铝和铝合金。也可使高熔点金属（如W，Mo，Ta等）熔化、蒸发。8/18/202117（3）高频感应加热原理：在高频感应线圈中放入氧化铝和石墨坩埚，蒸镀的材料置于坩锅中，通过高频交流电使材料感应加热而蒸发。特点：得到的膜层纯净而且不受带电粒子的损害。应用：主要用于铝的大量蒸发。8/18/202118（4）激光蒸镀法原理：采用激光照射在膜料表面，使其加热蒸发。由于不同材料吸收激光的波段

8、范围不同，因而需要选用相应的激光器。例如用二氧化碳连续激光加热SiO2、ZnS、MgF2、TiO2、Al2O3、Si3N4等膜料；用红宝石脉冲激光加热Ge（锗）、GaAs（镓砷）等膜料。特点：激光功率很高，蒸发速率极高，制得的膜成分几乎与膜料成分一