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首页 薄膜物理课件2蒸发源的类型

薄膜物理课件2蒸发源的类型.ppt

薄膜物理课件2蒸发源的类型

艾尔小茜茜
2018-09-09 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《薄膜物理课件2蒸发源的类型ppt》,可适用于工程科技领域

蒸发源的类型二、电子束蒸发源电阻加热蒸发源缺点()来自加热装置、坩埚等可能造成的污染()电阻加热法的加热功率或加热温度也有一定的限制电子束蒸发克服了电阻加热法的上述两个缺点特别适合制备高熔点薄膜材料和高纯薄膜材料要制备纯度很高的薄膜材料以及蒸镀某些难熔金属和氧化物材料时采用电阻加热蒸发源不能满足要求蒸发源的类型电子束蒸发是将蒸发材料放入水冷铜坩埚中直接利用电子束加热使蒸发材料气化蒸发后凝结在基板表面成膜是真空蒸发镀膜技术的一种重要的加热方法和发展方向电子束加热原理与特点电子束加热原理是基于电子在电场作用下获得动能轰击处于阳极的蒸发材料上使蒸发材料加热气化从而实现蒸发镀膜若不考虑发射电子的初速度则有U:电子的加速电压e:电荷(×C)m:电子的质量(×g)蒸发源的类型这样高速运动的电子在一定的电磁场作用下使之汇集成电子束并轰击到蒸发材料的表面使动能变为热能电子的运动速度为假如U=kV,则电子速度可达到×kms当加速电压很高时产生的热能可足以使蒸发材料气化蒸发从而成为真空蒸发的良好热源蒸发源的类型蒸发源的类型电子束蒸发源的优点()电子束轰击热源的束流密度高能获得远比电阻加热源更大的能量密度。可在不太小的面积上达到~Wcm的功率密度因此使高熔点材料蒸发(温度可达℃)。如蒸发W、Mo、Ge、SiO、AlO等()由于被蒸发材料是置于水冷坩埚内因而可避免容器材料的蒸发以及容器材料与蒸镀材料之间的反应这对提高镀膜的纯度极为重要()热量可直接加到蒸镀材料的表面因而热效率高热传导和热辐射的损失少蒸发源的类型电子束蒸发源的缺点()电子枪发出的一次电子和蒸发材料发出的二次电子会使蒸发原子和残余气体电离这有时会影响膜层质量(可通过设计和选用不同结构的电子枪加以解决)()多数化合物在受到电子轰击会部分发生分解以及残余气体分子和膜料分子部分地被电子所电离将对薄膜的结构和性质产生影响()电子束蒸镀装置结构较复杂设备价格较昂贵()当加速电压过高时所产生的软X射线对人体有一定伤害蒸发源的类型蒸发源的类型三、高频感应蒸发源高频感应蒸发源是将装有蒸发材料的坩埚放在高频螺旋线圈的中央使蒸发材料在高频电磁场的感应下产生强大的涡流损失和磁滞损失(对铁磁体)致使蒸发材料升温直至气化蒸发 蒸发源一般由水冷高频线圈和石墨或陶瓷坩埚组成其原理如下图所示蒸发源的类型蒸发源的类型蒸发源的类型高频感应蒸发源的特点()蒸发速率大可比电阻蒸发源大倍左右()蒸发源的温度均匀稳定不易产生飞溅现象()蒸发材料是金属时蒸发材料可产生热量。因此坩埚可选用和蒸发材料反应最小的材料()蒸发源一次装料无需送料机构温度控制比较容易操作比较简单蒸发源的类型高频感应蒸发源的缺点()蒸发装置必须屏蔽并需要较复杂和昂贵的高频发生器()如果线圈附近的压强超过Pa高频场就会使残余气体电离使功耗增大第四节 合金及化合物的蒸发对于两种以上元素组成的合金或化合物在蒸发时如何控制成分以获得与蒸发材料化学比不变的膜层是非常重要的问题利用蒸发法制备合金或化合物时常需要考虑薄膜成分偏离蒸发材料成分的问题合金及化合物的蒸发一、合金的蒸发蒸发二元以上的合金及化合物的主要问题蒸发材料在气化过程中由于各成分的饱和蒸气压不同会发生分解和分馏从而引起薄膜成分的偏离合金中原子间的结合力小于在不同化合物中不同原子间的结合力。因而合金中各元素的蒸发过程可以近似看作各元素间相互独立蒸发的过程就像它们在纯元素蒸发时的情况一样。但即使如此合金在蒸发和沉积过程中也会产生成分的偏差合金及化合物的蒸发合金中各成分的蒸发速率为PA':A成分在温度T时的平衡蒸气压PB':B成分在温度T时的平衡蒸气压GA:A成分的蒸发速率GB:B成分的蒸发速率MA:A成分的摩尔质量MB:B成分的摩尔质量合金及化合物的蒸发A、B两种成分的蒸发速率之比为要保证薄膜的成分与蒸发材料完全一致必须使这一点很难做到合金及化合物的蒸发当AB二元合金的两组元AB原子间的作用能与AA或BB原子间的作用能相等时合金即是一种理想溶液由理想溶液的拉乌尔定律合金中组元A的平衡蒸气压PA'将小于纯组元A的蒸气压PA并与该组元在合金中的摩尔分数成正比合金及化合物的蒸发设mA、mB分别为组元金属A、B在合金中的质量WA、WB为在合金中的浓度合金及化合物的蒸发因此合金中组元A、B的蒸发速率之比为合金及化合物的蒸发一般的合金均不是一种理想溶液拉乌尔定律对合金往往不完全适用要引用所谓的活度系数S来进行修正但活度系数S为未知可由实验测定通常还是采用上式来估计合金蒸发的分馏量合金及化合物的蒸发计算:处于℃下的镍铬合金(Ni,Cr)在PCr=Pa,PNi=Pa时它们的蒸发速率之比(MNi=MCr=)在℃下开始蒸发时铬的初始蒸发速率为镍的倍。随着铬的迅速蒸发GCrGNi会逐渐减小最终会小于这种分馏现象的出现使得靠近基板的膜是富铬的合金及化合物的蒸发已知在℃的温度下Al的蒸气压高于Cu因而为了获得AlCu(质量分数)成分的薄膜需要使用的蒸发源大致应该是AlCu(质量分数)对于初始确定的蒸发源来说由上式确定的组元蒸发速率之比随着时间而发生变化这是因为易于蒸发的组元的优先蒸发将造成该组元的不断贫化进而造成该组元蒸发速率的不断下降合金及化合物的蒸发计算:已知在K的温度下AlCu合金(Al,Cu)在PAl=×Pa,PCu=Pa它们的蒸发速率之比MAl=MCu=合金及化合物的蒸发ThismeanthatthewtCuAlvaporstreamrequiresameltwitha:molarratioofAltoCuInordertocompensateforthepreferentialvaporizationofAltheoriginalmeltcompositionmustbeenrichedtowtCuButthecalculationonlyholdsforthefirstinstantoftimeWithsuccessivelossofthevolatilemeltcomponent,theevaporantfluxchangesinconcert,andifnothingisdoneagradedfilmofvaryingcompositionwilldeposit,ie,thedesiredstoichimetryatthesubstrateinterface,andlayersincreasinglyricherinCuaboveitClearly,thedesiredsteadystatedepositionofalloyshavinguniformcompositionisnotsustainable,andthisfactisapotentialdisadvantageofevaporationmethods合金及化合物的蒸发解决的办法是什么?()采用向蒸发容器中不断地但每次仅加入少量被蒸发物质的方法()使用较多的物质作为蒸发源尽量减少组元成分的相对变化率()利用加热不同温度的双蒸发源或多蒸发源的方法分别控制和调节每个组元的蒸发速率此方法用得较为普遍采用真空蒸发法制作预定组成的薄膜经常采用瞬时蒸发法、双蒸发源法及合金升华法合金及化合物的蒸发瞬时蒸发法又称“闪烁”蒸发法。它是将细小的合金颗粒逐次送到非常炽热的蒸发器或坩埚中使一个一个的颗粒实现瞬间完全蒸发优点:能对合金元素的蒸发速率相差很大的场合也能获得成分均匀的薄膜还可以进行参杂蒸发等缺点:蒸发速率难于控制且蒸发速率不能太快合金及化合物的蒸发各种合金膜(NiCr合金膜)、ⅢⅤ族、ⅡⅥ族半导体化合物薄膜的制备MnSb、MnSbCrSb、CrTe、MnGe等磁性金属化合物的制备合金及化合物的蒸发双源或多源蒸发法是将要形成合金的每一成分分别装入各自的蒸发源中然后独立地控制各蒸发源的蒸发速率使到达基板的各种原子与所需合金薄膜的组成相对应。为使薄膜厚度均匀基板常需要转动合金及化合物的蒸发

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