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1、三 . 离子束制膜法 （一）离子束辅助沉积 (IBAD) Ion beam assistive deposition -电子束或激光束或常规真空蒸发 -在成膜的同时用离子束对正在生长的膜层 进行轰击 1.物理意义： 真空蒸发的同时，用离子束轰击 沉积到基片上的膜料。即，蒸发 +离子 束轰击。 2. 实验设备： 离子能量：几十 1500ev 3. 优点 ： 膜层致密、均匀、减少缺陷 提高薄膜性能的稳定性（不易吸附气体 或潮气） 附着好（界面有膜料粒子渗入） 可分别独立调节各实验参数、控制生 长，以利研究各条件对膜质量的影响。 4. 原因 ： 沉积前，先离子轰击基片 溅射表面 吸附的污染物，表面除
2、气及净化。 薄膜形成初期，离子轰击使部分膜料原 子渗入基片表层，在界面形成中间薄 层 增强附着，改善应力。 沉积过程中，离子轰击正在形成膜 改善微观结构、膜层更致密。 1.何谓离子束混合？ 在基片表面先沉积一层（膜厚 1000 ） 或几层（每层小于 150 ）不同物质的膜。 （总厚小于 1000 ） 用高能重离子轰击膜层，使膜与基片表面混 合，或多层膜之间混合，形成新的表面材料 层。 0 （二）离子束混合 0 0 2. 对离子束的要求： 离子能量尽量高（ 200 300keV以上） 较高的惰性气体离子，如 Ar 3. 特点： 获得常规冶金方法得不到新材料。 比离子注入法更经济 用离子源产生的离
3、子束轰击靶 表面，把靶表面的靶原子溅 射出来沉积在衬底表面 （三）离子束溅射法 （一） .直流二极溅射 四 离子溅射镀膜法 （二）射频溅射 （三）磁控溅射 1. 结构原理图 2.磁控溅射原理： 把磁控原理和二极溅射法相结合， 用磁场来改变电子的运动方向，并束 缚和延长电子的运动轨迹，受正交电 磁场作用的电子，在其能量快耗尽时 才落到基片上，大大提高气体的离化 率。 3.为什么要加磁场？ 无磁场溅射方法的缺点： -溅射效率较低，所需要的工作气压较高 -溅射方法沉积薄膜的沉积速率较低 磁场的存在将延长电子在等离子体中的运动轨迹 , 提高与 气 体原子碰撞使其电离的几率， 显著提高溅射效率 提高沉积
4、速率 , 比其它溅射方法高一个数量级 . 降低气压，减少 气 体污染 特点： 离化率较高，沉积速率快；基片温升低； 工作气压较低 气体对膜质量影响较小。 四 . CVD 化学气相沉积法 Chemical Vapor Deposition 1.什么叫 CVD? 把含有构成薄膜元素的一种或几种化合物 气体（适当流量比例）输入反应室，通过加 热或等离子体等方法使其分解或反应，而在 基片上生长所需薄膜。 2. 常规 CVD: 没等离子增强激活的 CVD方法。 1 混气室 2转子流量计 3步进电机控制仪 4真空压力表 5不锈钢 管喷杆 6喷头 7基板 8石墨基座 9 石英管反应室 10机械泵 11WZK
5、 温控仪 12电阻丝加热源 13保温层陶瓷管 14密封铜套 常压化学相沉积 (APCVD)设备的示意图 （ 1）沉积条件 气态反应物（液态或固态使其气化） 反应生成物除所沉积物外，其余应气态，可排 出反应室 沉积物的蒸气压应足够低 （ 2）影响沉积质量的因素 沉积温度 气体比例、流量、气压 基片晶体结构、膨胀系数等 (3). 优点 在远低于所得材料熔点的温度下获得高熔点材 料 便于制备各种单质或化合物 生长速率较高 镀膜绕性好 设备简单 缺点： 反应温度比 PECVD高 基片温度相对较高 3.PECVD(包括 RFCVD、 MWCVD、 ECRCVD) MWCVD结构图 （ 1） PECVD原
6、理： 利用射频、微波方法在反应室形成的离子体的 高温及活性，促使反应气体受激、分解、离化 , 以增强反应，在基片生长薄膜。 （ 2） PECVD优点 ： 可在较低温度下生长薄膜 避免高温下晶粒粗大 较低气压下制膜 提高膜厚及成分的均匀性。 薄膜针孔小，更致密，内应力较小，不易产生裂纹 附着力比普遍 CVD好。 缺点 ： 生长速率低于普通 CVD 设备相对复杂些 （ 3） RFCVD、 MWCVD和 ECRCVD的区别 : RFCVD f=13.6MHz MWCVD f=2.45GHz,频率高，气体分解和 离化率更高。 ECRCVD 又加有磁场，促使电子回旋运动 与微波发生共振现象，有更大的离化
7、率。可获 更好的薄膜质量和高的生长速率。 4.MOCVD （ 1）原理： 利用热分解金属有机化合物进行化学反应， 气相外延生长薄膜的 CVD方法。 （ 2）适合的金属有机化合物 : 金属烷基化合物 如： 三甲基镓（ CH3)3Ga，三甲基铝（ CH3)3Al 二乙烷基锌（ C2H5)2Zn. (2). MOCVD特点 沉积温度低 如 ZnSe（硒化锌） 膜，仅为 350 ；而普通 CVD法 850 低温生长 减少污染（基片、反应室等）提高膜纯 度；降低膜内空位密度。（高温生长易产生空位） 可通过稀释反应气体控制沉积速率，有利于沉积不同 成分的极薄膜 制备超晶格薄膜材料。 主要缺点： 许多有机金
8、属化合物蒸气有毒，易燃，需严格防护 有的气相中就反应，形成微粒再沉积到基片。 一、微量天平法 1.原理 : 高精度微量天平称基片成膜前后的重量， 得出给定面积 S的厚膜质量 m，由下式计算出膜 厚： ， 为块材密度 2.测量天平精度达微克，不能测重基片的样品 。 第二章 薄膜厚度的测量 smd 二 电阻测量法 （可测金属、半金属、半导体膜） 1.原理：测方块电阻 R，利用 =Rd 计算出厚度 d。 2.存在问题： 随膜厚变化有大的差别，特别是超薄膜。 原因 ： 膜不连续时，导电能力差； 连续膜时，杂质缺陷也比块材多； 薄膜界面对电子或空穴的非弹性散射 3. 解决办法： d2000时，可忽略非弹
9、性散射效应，减少测 量误差，故用厚膜的 代替，则 . 实际用法： 先在基片上蒸一层厚 2000以上同种物质膜 其它方法测出膜厚及 R 代入 求出 用上述 2000以上厚样在真空中作测试样 ,根 据 ,求出现样品膜厚 . Rd Rd RRd 2 三 多光束干涉测量法 (干涉显微镜法 ) 1.测试原理图 2.原理 : 垂直于薄膜表面的单色光在薄膜表面与小倾斜的 半透明板之间的多次反射干涉形成干涉条纹 , 干涉条 纹在有台阶的薄膜样品处出现偏移的原理来测量薄 膜厚度。 tg=/2a 又 tg=d/b 所以： d/b=/2a d=b/2a 半透明膜与膜平面夹角 波长 a相邻两条干涉条纹的间距 b干涉条纹在台阶下面平面的偏移距离
F34薄膜的制备方法离子束溅射CV
