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一.真空蒸镀

真空蒸镀,简称蒸镀,是指在真空条件下,采用一定的加热蒸发方式蒸发镀膜材料(或称膜料)并使之气化,粒子飞至基片表面凝聚成膜的工艺方法.蒸镀是使用较早、用途较广泛的气相沉积技术,具有成膜方法简单、薄膜纯度和致密性高、膜结构和性能独特等优点.

二.原理

蒸镀的物理过程包括:沉积材料蒸发或升华为气态粒子→气态粒子快速从蒸发源向基片表面输送→气态粒子附着在基片表面形核、长大成固体薄膜→薄膜原子重构或产生化学键合.将基片放入真空室内,以电阻、电子束、激光等方法加热膜料,使膜料蒸发或升华,气化为具有一定能量(0.1~0.3eV)的粒子(原子、分子或原子团).气态粒子以基本无碰撞的直线运动飞速传送至基片,到达基片表面的粒子一部分被反射,另一部分吸附在基片上并发生表面扩散,沉积原子之间产生二维碰撞,形成簇团,有的可能在表面短时停留后又蒸发.粒子簇团不断地与扩散粒子相碰撞,或吸附单粒子,或放出单粒子.此过程反复进行,当聚集的粒子数超过某一临界值时就变为稳定的核,再继续吸附扩散粒子而逐步长大,最终通过相邻稳定核的接触、合并,形成连续薄膜.

三.关键参数

饱和蒸气压(PV): 在一定的温度下,真空室中蒸发材料的蒸气在与固体或液体平衡过程中所表现的压力.饱和蒸气压与温度的关系曲线对于薄膜制作技术有重要意义,它可以帮助我们合理选择蒸发材料和确定蒸发条件.

真空度:P ≤ 10-3 Pa(保证蒸发,粒子具分子流特征,以直线运动)基片距离 (相对于蒸发源):10~50 cm(兼顾沉积均匀性和气相粒子平均自由程)蒸发出的原子是自由、无碰撞的, 沉积速度快.容易根据蒸发原料的质量、蒸发时间、衬底与蒸发源的距离、衬底的倾角、材料的密度等计算薄膜的厚度11

四.蒸发装置

电阻蒸发

蒸发温度1000-2000 ° C的材料可用电阻加热作蒸发源. 加热器电阻通电后产生热量 ,产生热量使蒸发材料的分子或原子获得足够大的动能而蒸发.

加热装置的分类和特点:

(1)丝状(0.05-0.13cm),蒸发物润湿电阻丝,通过表面 张力得到支撑.只能蒸发金属或合金;有限的蒸发材料被蒸发;蒸发材料必须润湿加热丝;加热丝容易变脆.

(2)凹箔:蒸发源为粉末.

(3)锥形丝筐蒸发小块电介质或金属.

蒸发源材料的选择:

1.  高熔点材料 (蒸发源材料的熔点>>蒸发温度)2. 减少蒸发源的污染 (薄膜材料的蒸发温度<蒸发源材料在蒸汽压10-8Torr时对应的温度)3.蒸发源材料与薄膜材料不反应

4.薄膜材料对蒸发源的湿润性

常用的蒸发源材料有: W、Mo、Ta,耐高温的金属氧化物、陶瓷或石墨坩埚主要问题:支撑材料与蒸发物之间可能会发生反应;一般工作温度在1500~1900 ℃,难以实现更高蒸发温度 , 所以可蒸发材料受到限制; 蒸发率低; 加热速度不高,蒸发时待蒸发材料如为合金或化合物,则有可能分解或蒸发速率不同,造成薄膜成分偏离蒸发物材料成分.高温时,钽和金形成合金,铝、铁、镍、钴等与钨、钼、钽等形成合金 B2O3与钨、钼、钽有反应,W与水汽或氧反应,形成挥发性的WO、WO2或WO3;Mo也能与水汽或氧反应生成挥发性的MoO3。