薄膜工艺课件

薄膜工艺薄膜工艺本章讨论的对象：什么是薄膜（Thinfilm）？本章的讨论对象是什么？①相对尺度：某一维尺寸<<其余二维尺寸；②绝对尺度：在此维度上材料厚度<1~5m，

具有结构/功能特性的固态薄膜（thinsolidfilms）！本章讨论的对象：什么是薄膜（Thinfilm）？本章的讨论为适应电子整机和设备小型化、轻量化、薄型化、数字化、多功能，现在社会要求电子元器件的开发生产必须向小型化、高集成化、片式化发展。在电子材料的发展动态中，电子薄膜成为主流。电子材料与薄膜3.1薄膜工艺绪论为适应电子整机和设备小型化、轻量化、薄型化、数字化、多功能，3.1.1薄膜与高新技术材料、信息技术与能源称为现代人类文明的三大支柱。国民经济的各部门和高技术领域的发展都不可避免地受到材料发展的制约或推动。新材料的发展水平成为了衡量国家技术水平和综合实力的重要标志。何谓“新材料”？简单地说，就是那些新出现或已在发展中的，在成分、组织、结构、形态等方面不同于普通材料，具有传统材料所不具备的优异性能和特殊功能的材料。何谓“高技术”？简单地说，就是采用新材料、新工艺，产生更高效益，能促进人类物质文明和精神文明更快进步的技术。而薄膜，正是一种新型的材料，薄膜技术是一种新型的高技术。3.1.1薄膜与高新技术材料、信息技术与能源称为现代薄膜材料受到关注的理由：(1)薄膜很薄，可看成物质的二维形态。薄膜技术是实现器件轻薄短小化和系统集成化的有效手段。(2)随着器件的尺寸减小乃至粒子量子化运动的尺度，薄膜材料或其器件将显示出许多全新的物理现象。薄膜技术是制备这类新型功能器件的有效手段。(3)薄膜气相沉积涉及从气相到固相的超急冷过程，易于形成非稳态物质及非化学计量的化合物膜层。薄膜材料受到关注的理由：(1)薄膜很薄，可看成物质的二维形(4)由于镀料的气化方式很多，通过控制气氛还可以进行反应沉积，因此，可以得到各种材料的膜层；可以较方便地采用光、等离子体等激发手段，在一般条件下，即可获得在高温、高压、高能量密度下才能获得的物质。(5)通过基板、镀料、反应气氛、沉积条件的选择，可对界面结构、结晶状态、膜厚等进行控制；表面精细，便于光刻制电路图形；有成熟经验，易于在其他应用领域中推广。(6)易于在成膜过程中在线检测，监测动态过程并可按要求控制生长过程，便于实现自动化。薄膜材料受到关注的理由：(4)由于镀料的气化方式很多，通过控制气氛还可以进行反应沉市场份额由2004年的71亿美元增长到2009年的135亿美元年平均增长幅度达到13.7%。采用薄膜技术材料在世界范围内所占的市场市场份额由2004年的71亿美元增长到2009年的135亿美3.1.2薄膜与工作、生活的联系

互联网与薄膜技术

生物计算机与薄膜技术

正在进展中的人造大脑

微机械使重症患者起死回生

加速度传感器

实现MEMS的薄膜与微细加工技术3.1.2薄膜与工作、生活的联系互联网与薄膜技术互联网与薄膜技术当今信息社会，人们通过电视机、收音机、手机、互联网等，可即时看到或听到世界上所发生的“鲜”、“活”新闻，如同人们长上了千里眼、顺风耳。完成这一切，需要许多采集、处理信息及通信网络设备，而这些设备都需要数量巨大的元器件、电子回路、集成电路等。薄膜技术是制作这些元器件、电子回路、集成电路的基础。通过互联网可以按计划、远距离、随心所欲地操作自宅家电可代替人工作的机器人将出现在我们面前互联网与薄膜技术当今信息社会，人们通过电视机、收生物计算机与薄膜技术制作与人类大脑相近的记忆（存储）系统，实现人工智能。关于记忆，已由硅半导体等构成的存储器来实现。目前，科学工作者正通过小鼠及兔子的小脑等神经细胞的培养，以实现神经网络功能。使用神经细胞培养，实现神经网络功能的过程:

先利用薄膜技术在石英板上制作150µm见方的阱以及连接阱的10µm深的沟槽，再在阱中放置大白鼠的海马神经细胞。可以看出：神经纤维会向四面八方伸出，神经纤维会在沟槽中生长。神经细胞之间可以实现接触、连接，进而形成回路网络。生物计算机与薄膜技术制作与人类大脑相近的记忆（存储）系统，实正在进展中的人造大脑在集成电路中，1cm2的硅片之上已经成功地制作出2.5亿个三极管，并已实现制品化。10亿个三极管的试制品也已经出现,如图a)所示。160亿个的集成电路在2010年实现，如图b)所示。机器人不仅能两条腿走路，而且能表现出感情，其智力达到１岁儿童的水平。正在进展中的人造大脑在集成电路中，1cm2的硅片之上已经成功微机械使重症患者起死回生薄膜技术能实现材料的微米、纳米超微细加工。目前已实用化的马达，最小尺寸的已成功实用于手表等机构中。如果利用薄膜技术，不久会制作出以微米为单位的马达。微机械使重症患者起死回生薄膜技术能实现材料的微米、纳米超微细加速度传感器加速度（力）的检测极为重要，其应用也非常广泛。如汽车及时充气膨胀，机器人双脚行走等均是通过检测加速度来实现。为测量上述加速度，离不开由薄膜技术及超微细加工技术制作的传感器。加速度传感器加速度（力）的检测极为重要，其应用也非常广泛。如MEMS的薄膜与微细加工技术静电型二维扫描仪微型多反应器高精细喷墨打印机MEMS表示百万分之一米尺寸量级的电子机械系统，NEMS表示十亿分之一米尺寸量级的电子机械系统。MEMS的薄膜与微细加工技术静电型二维扫描仪MEMS表示百万3.1.3薄膜制作简介沉积薄膜的载体称为基板，沉积的薄膜（如铝等金属膜）物质为薄膜材料。首先，将基板及含有薄膜材料的源（气化源）置于真空容器（钟罩）中，抽真空，达到所需要的真空度。在真空室中，由气源发出的镀料，以原子或分子状随机运动状态，以声速到数千倍声速的高速度，向着基板飞行。3.1.3薄膜制作简介沉积薄膜的载体称为基板，沉积的薄膜（3.1.3薄膜制作简介

真空蒸镀和离子镀主要用于研究开发和小批量生产，而溅射镀膜和化学气相沉积更适用于大批量生产和工艺研究。3.1.3薄膜制作简介真空蒸镀和离子镀主要用于研究3.1.5薄膜材料的应用

能量变换膜与器件

传感器

半导体器件3.1.5薄膜材料的应用1

能量变换薄膜与器件

部分与能量变换相关的现象（一次能量变为二次能量的形式）1能量变换薄膜与器件部分与能量变换相关的现象（一次能量变1

能量变换薄膜与器件

部分与能量变换相关的现象（一次能量变为二次能量的形式）1能量变换薄膜与器件部分与能量变换相关的现象（一次能量变1

能量变换薄膜与器件光电变换薄膜材料物质受光照射，吸收光能，内部电子被激发而向外放出，即产生光电子。利用该性能可以制作太阳能电池。薄膜太阳能电池技术产业化发展现状1能量变换薄膜与器件光电变换薄膜材料物质受光照射，吸收光能1

能量变换薄膜与器件光热变换薄膜材料

将光能变换为热的太阳能利用方式为太阳能热利用。实际采用的有太阳能房、太阳能热水器等，太阳能热发电也在试验中。后者是由太阳能获得的高温（850K前后）水蒸气，驱动发电。薄膜在光热变换系统中起着关键作用。光入射到材料表面的光、热转换示意1能量变换薄膜与器件光热变换薄膜材料将光能变1能量变换薄膜与器件热电变换薄膜材料

在将热能直接变换为电能的过程中，以薄膜或表面形态而起作用的固体材料有热电材料、发射材料等等。

迄今为止，以在热电装置或热电元件中实用为目标，已研究开发过多种热电变换材料。一般说来，除绝缘体之外，许多物质都显示出热电现象。但半导体材料的热电现象比金属材料更为明显，前者的大小是后者的2～3个数量级。1能量变换薄膜与器件热电变换薄膜材料在将热能1

能量变换薄膜与器件超导薄膜器件对于某些纯金属、合金、金属间化合物、陶瓷、有机金属化合物等来说，存在物质固有的转变温度TC（称为超导临界温度），当温度降低到TC以下时，其直流电阻变为零。这种现象即为超导现象。1能量变换薄膜与器件超导薄膜器件对于某些纯金2

传感器所谓传感器，是指可接受外界信息（刺激），如光、热、磁、压力、加速度、湿度、环境气氛等，并能在体系内变换为可处理信号的器件。传感器是机器设备接受外部信息的“五观”，是执行动作的信号源。2传感器所谓传感器，是指可接受外界信息（刺激2

传感器2传感器3.2真空技术基础真空与薄膜工艺有何关系？

几乎所有的现代薄膜材料制备都需要在真空或较低的气压条件下进行

都涉及真空下气相的产生、输运和反应过程

了解真空的基本概念和知识，掌握真空的获得和测量技术基础知识

是了解薄膜材料制备技术的基础！3.2真空技术基础真空与薄膜工艺有何关系？3.2.1

真空的基本知识中学物理内容：1643年托里切利(Torricelli)著名的大气压实验

为人类首次揭示了真空这个物理状态的存在！

管内水银柱上方空间内，因已排除空气的存在而形成真空(托里切利真空)图中A、B、C三点压力相等，A、C点：大气压；B点：水银柱产生的压力

换句话说：可用水银柱产生的压力作为大气压力的量度!

把高度为760mm的水银柱所产生的压力定义为1个大气压(1atm)

1atm=760mmHg！结果：得到了“真空”的定义和大气压的定义与量度依据！3.2.1真空的基本知识中学物理内容：真空是什么状态？没有任何物质？概念：利用外力将一定密闭空间内的气体分子移走，

使该空间内的气压小于1个大气压，

则该空间内的气体的物理状态就被称为真空。注意：真空，实际上指的是

一种低压的、稀薄的气体状态，

而不是指“没有任何物质存在”！因此，真空可分为现代真空技术的极限：每cm3空间内仅有数百个气体分子

对应气压

10-11Pa真空是什么状态？1、

真空度的单位

真空的实质：一种低压气体物理状态

真空度采用气体压强表征

真空度的单位=气体压强的单位

注意：真空度和气压的意义相反

真空度

意味着气压

主要单位制

换算基础：1N＝105dyne＝0.225lbf

1atm＝760mmHg（torr）＝1.013×105Pa＝1.013bar薄膜工艺课件

不同真空度单位制间的换算关系：说明：1、mmHg是人类使用最早、最广泛的压强单位；

1958年为纪念托里切利，用托（torr）代替了mmHg：1torr＝1mmHg

2、早期的真空度计量常以torr或mbar为单位；

目前随着标准化进程的推进，SI（MKS）制单位应用日渐广泛

真空度用Pa作单位薄膜工艺课件相关物理：1）Knudsen数

定义：物理意义：是描述稀薄气体流动状态的准数！

分子平均自由程大于流场特征尺寸时的气流称为Knudsen流，其Kn

一般>10！2）真空系统中气体运动特征的理论划分：粘滞流（层流、Poiseuille流）粘滞-分子流分子流（自由分子流、Knudsen流）Kn<0.010.01Kn=0.01~11Kn>>12、

真空区域的划分真空区域：指不同的真空度范围；

划分目的：为了研究真空和实际应用的便利；

划分依据：按照各个压强范围内气体运动特征的不同进行划分；

划分准则：理论上，可依据Knudsen数的不同进行划分。

—气体分子的平均自由程—流场特征尺寸（如：管径）相关物理：—气体分子的平均自由程3）理想气体状态方程：

，式中：n—分子密度(个/m3)；k—玻尔兹曼常数，1.38×10-23J/K；P—气体压强(Pa)；T—气体温度(K)；V—气体体积(m3)；m—气体质量(kg)；M—气体分子量(kg/mol)；R—普适气体常数，R=NA·k=8.314J/mol·K；NA—Avogadro常数，6.02×1023

个/mol；4）气体分子的自由程（

）：每个气体分子在与其它气体分子连续2次碰撞之间运动经历的路程。平均自由程（）：气体分子自由程的统计平均值。

式中：

—分子直径（m）；

Avogadro定律：

一定温度、压力下，各种气体单位体积内含有的分子数相同。表明：1）与P成反比，而与T成正比；2）在气体种类和温度一定的情况下：3）理想气体状态方程：，A5）真空区域的工程划分：空气在室温下满足

5）真空区域的工程划分：空气在室温下满足3、气体的吸附及脱附

真空下，气体在固体表面的吸附和脱附现象总是存在的！一、基本概念

气体吸附：固体表面捕获气体分子的现象气体脱附：逆过程

气体从固体表面释出二、为什么需要关注（意义？）1）气体在固体表面的吸附/脱附常常影响真空的实现和保持；2）吸附原理还被用来制作各种吸附泵来获得高真空。三、吸附的主要机制：物理吸附：分子间作用力引起、无选择性、低温有效、易脱附化学吸附：仅当气固接触生成化合物时发生、高温有效、不易脱附四、可能的影响因素：P气、T固、

气、表面光洁度、清洁度等，如：T固

易脱附！薄膜工艺课件1.2真空的获得真空的获得：就是所谓的“抽真空”！

利用各种真空泵把容器内的空气抽出，使其内部压强保持在<1atm的特定压强范围！获得真空的主要工具各种真空泵（Pump）！真空泵的分类1.2真空的获得真空泵的分类及常用工作压强范围说明：从大气压力开始抽气，没有一种真空泵可以涵盖从1atm到10-11Pa的工作范围

真空泵往往需要多种泵组合构成复合抽气系统

实现以更高的抽气效率达到所需的高真空！薄膜工艺课件1、旋片式机械泵（RotaryPump）（a）外观（b）内部结构机械泵：利用机械运动部件转动或滑动形成的输运作用获得真空的泵。分类：旋片式（最常见）、定片式、滑阀式1、旋片式机械泵（RotaryPump）（a）外观（b）内运转模式：吸气压缩排气（不断循环）1、扩张（吸气）2、容积最大3、压缩4、排气（c）工作原理基本特点：需加真空油（密封用）；可从大气压开始工作；

真空度要求低可单独使用；真空度要求高

作为前级泵使用工作区间：单级：105~1Pa；双级：105~10-2Pa优点：结构简单、工作可靠；缺点：有油污染的问题。运转模式：吸气压缩排气（不断循环）1、扩张（吸2、油扩散泵（DiffusionPump）（a）外观（b）内部结构2、油扩散泵（DiffusionPump）（a）外观（b）工作原理：1）将真空油加热到高温蒸发状态（约200℃）；2）让油蒸汽分多级向下定向高速喷出；

3）大量油滴通过撞击将动能传递给气体分子；

4）气体分子向排气口方向运动，并在动压作用下排出泵体；

5）油气雾滴飞向低温介质冷却的泵体外壁，被冷却凝结成液态后返回泵底部的蒸发器。真空油历经循环：

蒸发

喷射

碰撞

冷凝

回流工作原理：工作区间：

1~10-6Pa（因此需要前级机械泵提供1Pa的出口压力）优点：

1）造价较低的高真空泵方案；

2）没有机械运动部件。缺点：油蒸汽回流有可能污染真空系统（不宜在分析仪器和超高真空场合使用）。（d）典型高真空系统组合前级：罗茨泵+机械泵后级：油扩散泵工作区间：（d）典型高真空系统组合3、涡轮分子泵（TurbomolecularPump）（a）外观（b）内部结构3、涡轮分子泵（TurbomolecularPump）（a（c）工作原理工作原理：1）泵内交错布置转向不同的多级转子和定子；

2）转子叶片以20k~60kr/min的高速旋转；

3）叶片通过碰撞将动能不断传递给气体分子；

4）气体分子被赋予动能后被逐级压缩排出。工作区间：1~10-8Pa

也需前级泵提供1Pa的出口压力，但可提供更高真空度优点：无油、抽速较高。缺点：1）抽取低原子序数气体能力较差；

2）造价高；

3）不易维护。（c）工作原理工作原理：工作区间：4、低温吸附泵（Cyropump）（a）外观（b）内部结构4、低温吸附泵（Cyropump）（a）外观（b）内部结构工作原理：利用20K以下的超低温表面来凝聚气体分子以实现抽气。

1）初级冷头（外侧温度=50~80K）：吸附水气、CO2

等；

2）多级深冷头（T<20K）：外侧光滑金属表面

吸附N2、O2、Ar；

内侧活性炭表面

吸附H2、He、Ne多级深冷头示意图工作区间：10-4~10-11Pa优点：可实现目前最高的极限真空度：10-11Pa。缺点：1）属于捕获泵的一种，使用要求高，需要外加冷源（液氮、液氦或制冷机）；

2）需要“再生”处理。工作原理：利用20K以下的超低温表面来凝聚气体分子以实现抽气1.3真空的测量概念：采用特定的仪器装置，对某一特定空间内的真空度（即：气压）进行测定。

这些仪器常被称为真空计（Manometer）或真空规（VacuumGauge）分类：1.3真空的测量分类：因此：P

时，气体稀薄化气体导热能力

Qg

相同灯丝电流下Ql

热电偶温度T

电压表上测得的热电势V

特定气压范围内（102~10-1Pa间），成立：！工作原理：利用一个灯丝持续加热，灯丝旁有一热电偶，灯丝放热总量（Qt）等于辐射热损失（Qr）、热电偶-灯丝间热传导（Ql）及气体分子与灯丝碰撞携带走的热量（Qg）之和：1、热偶真空计（ThermoCoupleGauge）热偶真空计的工作原理示意图因此：工作原理：热偶真空计的工作原理示意图工作范围：

102~10-1Pa之间；应用场合：

大量用于真空度较低、精度要求不高的场合；特点：

1）结构简单、使用方便；

2）对不同气体测量结果不同，需要校正；

3）不能测量过高或过低的气压；

4）热惯性较大，易发生零点漂移现象。1、热偶真空计（ThermoCoupleGauge）工作范围：工作原理：1）由两组灯丝组成，一组灯丝置于密封定压空间内作为参考，另一组与待测压腔体相通。2）两组灯丝同时被视为两个电阻组成Wheatstone电桥。3）两组灯丝同时被通电加热，若其所处环境压力不同（空气稀薄程度不同）导致热耗散速度也不同，因而灯丝电阻会因温度不同而产生差异，流过之电流随之改变。4）因参考端气压固定，因而温度、电阻、流过电流不变，借助其补偿作用可比对求出待测腔体内的气体压力。2、皮拉尼真空计（PiraniGauge）

热偶真空计的改进形式！皮拉尼真空计的工作原理工作原理：2、皮拉尼真空计（PiraniGauge）工作范围：

102~10-1Pa之间（与热偶真空计相当）；应用场合：

大量用于真空度较低、精度要求不高的场合；特点：

1）响应速度比热偶真空计快得多；

2）一定程度上解决了零点漂移的问题。2、皮拉尼真空计（PiraniGauge）

热偶真空计的改进形式！工作范围：2、皮拉尼真空计（PiraniGauge）3、电离真空计（IonizationGauge）（a）内部结构3、电离真空计（IonizationGauge）（a）内部（b）工作原理示意图工作原理：利用气体分子与振荡电子的碰撞电离作用测得气压！

1）电子的振荡与捕获：①热电子发射

②加速飞向栅极

③部分被捕获

④漏网飞离栅极

⑤反向减速掉头后再加速飞回栅极

⑥再捕获漏网逃离栅极

⑦再次减速并掉头加速重复②以后过程（在劫难逃！）……2）气体分子碰撞电离：电子往复振荡与气体分子不断碰撞使之发生电离，电离产生的二次电子继续加入振荡-捕获过程，而气体离子则飞向离子收集极形成回路电流，且满足Ie

—灯丝电流；S—常数。3）获得相对气压测值：灯丝电流Ie一定时，就可由离子电流I+

的大小测得气压P。（b）工作原理示意图工作原理：利用气体分子与振荡电子的碰撞电

1）工作范围：普通三极型：10-6~10-1Pa；B-A型：10-8~10-1Pa（高真空适用）；S-P型：10-2~10Pa（低真空适用）2）优点：①可快速、连续测量；3）缺点：

不适于低真空测量（改进的S-P型也要求P<10Pa）；测量结果与气体种类有关；需要定期除气处理。3、电离真空计（IonizationGauge）3、电离真空计（IonizationGauge）3.3

薄膜沉积的物理方法

薄膜沉积

的

物理方法注意：其中除了LPE技术外，都可划入广义的PVD技术范畴！

本节重点学习蒸发、溅射、离子镀三类基本PVD方法！3.3薄膜沉积的物理方法PVD的概念：在真空度较高的环境下，通过加热或高能粒子轰击的方法使源材料逸出、沉积物质粒子（可以是原子、分子或离子），这些粒子在基片上沉积形成薄膜的技术。

其技术关键在于：如何将源材料转变为气相粒子（而非CVD的化学反应）！PVD的三个关键过程：PVD的工程分类：

基于气相粒子发射方式不同而分！PVD的概念：3.1真空蒸发沉积（蒸镀）3.1.1真空蒸发沉积的概念及物理学基础一、概念在真空环境下，以各种加热方式赋予待蒸发源材料以热量，使源材料物质获得所需的蒸汽压而实现蒸发，所发射的气相蒸发物质在具有适当温度的基片上不断沉积而形成薄膜的沉积技术。二、两个关键

真空度：P≤10-3Pa（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)：10~50cm（兼顾沉积均匀性和气相粒子平均自由程）3.1真空蒸发沉积（蒸镀）一、概念三、蒸发条件分压Pi<平衡蒸汽压Pei1、物理机制：■蒸发与凝聚同时发生，动态双向进行；■T一定时，动态平衡时的蒸汽压即平衡蒸汽压■

Pi>Pei

凝聚；

Pi<Pei

蒸发(净蒸发>0)2、怎样实现蒸发条件？

升温

T

Pei

真空系统总压P

目标物质分压Pi

也随之

充入其它气体

P=∑Pi

总压不变、目标物质分压Pi

T/℃三、蒸发条件分压Pi<平衡蒸汽压PeiT3、材料分类（基于蒸发特性）

易升华材料(Cr、Ti、Si等)

T<Tm时，Pe

就已很高(>>0.1Pa)

升华难升华材料(石墨)无Tm，升华温度(Ts)

又很高

往往需借助电弧等高温放电热源才能蒸发！液态蒸发材料(大多数金属)

T＝Tm时，Pe

仍较低(Pe<0.1Pa)，

但可以继续

T获得高的Pe

！

需加热到Tm以上一定温度才能实现蒸发！3、材料分类（基于蒸发特性）四、蒸发速率1、Knudsen公式：

式中：-单位面积上元素的净蒸发速率；-蒸发因子(0~1)；

M—气体的原子/分子量；2、Langmuir公式：可知：

=1，Pi=0时，蒸发速率最大；

由于T

时Pei

T是

的主要影响因素！薄膜工艺课件五、沉积厚度及沉积速率：1、影响沉积速率的因素：蒸发源尺寸；

源-基片距离；凝聚系数。2、物理学表述(Knudsen余弦定律)：点源：

小平面源：

式中：d0

—距蒸发源最近位置（中心处）的膜厚；

d—距该中心距离为l处的膜厚；

—沉积角度；r—沉积半径。五、沉积厚度及沉积速率：3、规律：

距蒸发源近：则膜厚不均匀程度增加、但沉积速率提高；

距蒸发源远：则膜厚均匀程度好、但沉积速率降低。Knudsen余弦定律3、规律：Knudsen余弦定律

实现蒸发：源材料气相粒子蒸发Pi<Pei2真空蒸发沉积的条件（二）真空蒸发源基片气相粒子的输运实现蒸发：源材料气相粒子蒸发Pi<Pei2真空蒸发沉2真空蒸发沉积的条件（二）真空蒸发源基片

实现蒸发：源材料气相粒子蒸发Pi<Pei气相粒子的输运2真空蒸发沉积的条件（二）真空蒸发源基片实现2真空蒸发沉积的条件（二）真空真空！蒸发源基片

实现蒸发：源材料气相粒子蒸发Pi<Pei气相粒子的输运2真空蒸发沉积的条件（二）真空真空！蒸发源基片2真空蒸发沉积的条件（二）真空残余气体分子与蒸发粒子的碰撞几率：

真空度

(P>10-1Pa)

→1真空度

(P<10-2Pa)

→0

真空！蒸发源基片气相粒子的输运(P<10-2Pa)2真空蒸发沉积的条件（二）真空残余气体分子与蒸3.1.2蒸发沉积装置一、概述：1、基本系统构成：

2、蒸发源的作用：3、蒸发设备及方法的主要分类：蒸发装置蒸发材料的加热方法3.1.2蒸发沉积装置一、概述：蒸发装置二、电阻加热蒸发将待蒸发材料放置在电阻加热装置中，利用电阻热加热待沉积材料提供蒸发热使待蒸发材料气化的蒸发沉积技术。1、支撑加热材料可做成丝、箔片、筐、碗等形状，常采用金属W、Mo等高Tm、低Pe

材料。2、应用

是制备单质金属、氧化物、介电材料和半导体化合物薄膜最常用的蒸发方法。电阻加热蒸发沉积装置二、电阻加热蒸发电阻加热蒸发沉积装置支撑加热材料(蒸发舟)电阻加热蒸发沉积装置3、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。支撑加热材料(蒸发舟)电阻加热蒸发沉积装置3、主要问题：三、闪烁蒸发：待蒸发材料以粉末形式被送入送粉机构，通过机械式或电磁式振动机构的触发，被周期性少量输送到温度极高的蒸发盘上，待蒸发材料瞬间蒸发形成粒子流，随后输运到基片完成薄膜的沉积。1、蒸发温度：

与电阻加热蒸发基本相同(1500~1900℃)。2、主要改进：

解决了薄膜成分偏离源材料组分的问题！3、应用场合：

制备蒸发温度较低的半导体、金属陶瓷和氧化物薄膜。闪烁蒸发装置示意图三、闪烁蒸发：闪烁蒸发装置示意图4、主要问题：

蒸发温度依然有限；

待蒸发材料是粉末态，易于吸附气体且除气难度较大；

蒸发过程中释放大量气体，易导致“飞溅”，影响成膜质量。闪烁蒸发装置示意图4、主要问题：闪烁蒸发装置示意图四、电子束蒸发

采用电场(5~10kV)加速获得高能电子束，在磁场作用下聚焦到蒸发源材料表面，实现对源材料的轰击，电子的动能转换为源材料的热能，从而使材料气化蒸发。1、初衷

为克服电阻加热蒸发的缺点而引入2、电子枪分类(电子发射机制不同)

热阴极型

由难熔金属制成的灯丝发射热电子；

空心阴极型

由惰性气体电离形成的等离子体引出电子。a)电子束蒸发装置(热阴极电子枪)b)采用空心阴极电子枪的蒸发装置四、电子束蒸发a)电子束蒸发装置(热阴极电子枪)b)采a)电子束蒸发装置(热阴极电子枪)b)采用空心阴极电子枪的蒸发装置3、应用场合

适用于高纯度、高熔点、易污染薄膜材料的沉积。4、优、缺点

加热温度高，可蒸发任何材料；

可避免来自坩锅、加热体和支撑部件的污染；

电子束的绝大部分能量会被坩锅的水冷系

统带走，热效率较低；

过高的加热功率会对薄膜沉积系统造成强烈的热辐射；

电子枪系统复杂，设备昂贵。a)电子束蒸发装置(热阴极电子枪)b)采用空心阴极电子激光蒸发装置示意图五、激光蒸发采用激光作为热源照射待蒸发材料，实现其蒸发和沉积。

主要优点

热源清洁，无来自加热体的污染；

表面局部加热，无来自支撑物的污染；

聚焦可获得高功率，可沉积陶瓷等高熔点材料以及

复杂成分材料（瞬间蒸发）；光束集中，激光装置可远距离放置，可安全沉积一

些特殊材料薄膜（如高放射性材料）；可引导激光束，实现多源同步或有序蒸发；脉冲激光可实现超高功率脉冲加热，实现超高温瞬时蒸发。激光蒸发装置示意图五、激光蒸发电弧加热蒸发装置示意图六、电弧放电加热蒸发：

采用真空电弧作为蒸发热源，电源可以是直流或交流。主要优点

与电子束蒸发类似，可避免加热体/坩锅材料蒸发污染薄膜；

加热温度高，可沉积难熔金属和石墨

(蒸发源即电极，须导电)；

设备远比电子束蒸发简单，成本较低。主要问题

电弧放电会产生

m大小的颗粒飞溅，影响薄膜的均匀性和质量。主要应用

沉积高熔点难熔金属及其化合物薄膜、碳材料薄膜电弧加热蒸发装置示意图六、电弧放电加热蒸发：Adv.Mater.2011,23,4381–4385举例：薄膜在太阳能电池中的应用CdTe薄膜太阳能电池0.8~3μm0.87美元/W厚度

成本1.6美元/W晶硅太阳能电池100~300μm1.6美元/W如何制备？Adv.Mater.2011,23,4381–438Adv.Mater.2011,23,4381–4385如何制备？CdTe薄膜太阳能电池源材料：CdTe粉末热源：电阻热蒸发温度：>450℃真空：10-4Pa电阻加热蒸发Adv.Mater.2011,23,4381–4383.2溅射沉积技术3.2.1溅射的基本概念及原理一、溅射与溅射镀膜概述：1、溅射(Sputtering)：

一定温度下，固体或液体受到高能离子轰击时，其中的原子有可能通过与高能入射离子的碰撞获得足够能量而从表面逃逸，这种从物质表面发射原子的方式被称为溅射。！发现：1852年首次在对辉光放电的研究中发现。3.2溅射沉积技术一、溅射与溅射镀膜概述：2、基本过程：

自由电子被电场加速飞向阳极，与路遇的放电气体(通常是惰性气体—Ar气)碰撞，使之失去外层电子而电离，并释放出Ar+和自由电子

Ar+受到电场加速飞向置于阴极的靶材，撞击出靶材原子，以及二次电子，使自由电子数

电子在飞行过程中，还可能与Ar+相撞，使之恢复中性状态，但此过程中电子由激发态回到基态，需要放出能量，这部分能量以发射光子形式释放。因有大量光子释出，放电形成的等离子体出现了发光现象，这就是所谓的“辉光”放电。2、基本过程：3、溅射与蒸发的根本区别

沉积粒子来自高能离子的轰击作用，溅射粒子的高动能特征贯穿于三个基本沉积过程！复习：PVD实现薄膜沉积的三阶段

比较：

蒸发：依靠源材料的晶格振动能克服逸出功形成沉积粒子的热发射，

即：外加能量(电阻/电子束/激光/电弧/射频)加热

晶格振动能克服逸出功气态逸出

溅射：高能离子输入动能弹性碰撞传递能量更高动能粒子逸出

(碰撞发射！)即：溅射是高能轰击粒子(离子)与靶材原子间动能/动量传递的结果！3、溅射与蒸发的根本区别证据：①溅射产物粒子以一定空间角发射，且与入射离子的方向有关；

②单个入射离子轰击出的产物粒子数与入射离子的能量/质量都有关；

均可用弹性碰撞理论解释！

③溅射产物粒子的平均速度>>蒸发出的粒子。溅射是高能轰击粒子(离子)与靶材原子间动能/动量传递的结果！证据：溅射是高能轰击粒子(离子)与靶材原子间动能/动4、离子轰击固体表面的各种物理过程：1）入射离子弹出；2）入射离子注入；

3）二次电子、溅射原子/分子/离子、光子从固体表面释出；

4）轰击

固体表面刻蚀、温升、结构损伤；

5）表面吸附气体分解、逸出；6）部分溅射原子可能返回。离子轰击固体表面的各种物理现象轰击后的物理现象主要取决于入射离子的能量(Ei)：由于：轰击离子的能量/产率离子的产生过程气体放电/等离子体的产生过程，因此：气体放电/等离子体的产生是溅射的基础

需首先予以关注和澄清！4、离子轰击固体表面的各种物理过程：离子轰击固体表面的各种物4、溅射镀膜何以实现？气体放电

等离子体

带电离子

电场作用

离子加速

高能离子

撞击靶材

溅射

发射靶材原子

飞向基板

形成沉积

获得薄膜！溅射镀膜的实现过程4、溅射镀膜何以实现？溅射镀膜的实现过程二、放电系统的构成与放电条件：1、系统构成：2、放电条件：

真空环境：

P=10-1~102Pa！

放电气体：

需要充入惰性气体(一般为Ar气)！

外加电场：

在其作用下，电子被加速并与放电气体分子碰撞，

这种碰撞使放电气体被电离，形成阳离子(Ar+)和

自由电子(e)，并分别在电场作用下被加速，进而

飞向阴极（靶材）和阳极。直流放电体系模型最简单的二极直流辉光放电系统二、放电系统的构成与放电条件：直流放电体系模型最简单的二极直3.2.2溅射的主要工艺控制参数一、溅射阈值(记为Et)：1、概念将靶材原子溅射出来，入射离子需要具备的最小能量水平。2、规律

Et与入射离子的质量无明显相关性；

Et主要取决于靶材：靶材的原子序数越大，则其Et值越小；

大多数金属的Et≈10~40eV，约为其升华热的数倍。3.2.2溅射的主要工艺控制参数一、溅射阈值(记为Et)二、溅射产额(记为P)：1、概念：平均每个正离子轰击靶材时，可从靶材中溅射出的原子个数。2、规律：与入射离子的种类、能量及角度，以及靶材种类及温度有关。入射离子的影响：■种类(图1)：周期性升高！对应元素的原子序数

P

、且同周期内惰性气体离子的P最高；■能量(图2)：E

>Et

后，升

饱和

降！

E<150eV，P

E2；E=150~104eV，P

饱和；E>104eV，P

■入射角(图3)：缓升

急升急降！

=0~60o，Pcos-1

；=60~80o，P

max；

=80~90o，P

0123二、溅射产额(记为P)：123靶材的影响：■种类(图4)：也是周期性升高！靶材的原子序数

P

、但有周期性“回头”现象；■温度(图5)：高于临界温度后急剧升高！临界温度以下：P基本与温度无关；

高于临界温度：靶材原子键合减弱

T

则P

因此：控制靶材的温升很重要，不能过高！5454三、溅射原子的能量特征：高于蒸发原子1~2个数量级，一般1-20eV或更高；原子序数

，则能量越

；反之，则逸出速度越

；

入射离子能量不变时，其质量

，则溅射原子的能量

；溅射原子的平均能量随入射离子能量

而

，

但当入射能量高到一定水平后，则趋于饱和而不再

。三、溅射原子的能量特征：3.2.3溅射沉积技术的主要优、缺点一、优点(与蒸发技术相比)：1、可溅射沉积任何能做成靶材的材料，特别是高熔点材料

(如：石墨、Ti、Ta、W、Mo等)；2、由于沉积原子能量较高，薄膜组织均匀致密，与基片的结合力较高；3、制备合金薄膜时，成分控制容易保证；4、利用反应溅射技术，容易实现化合物薄膜沉积；5、薄膜的物相成分、梯度、膜厚控制精确，工艺重复性好；6、沉积原子能量较高，还可以改善薄膜对复杂形状表面的覆盖能力，降低薄膜的表面粗糙度。二、主要缺点：1、沉积速率不高；2、等离子体对基片存在辐射、轰击作用，不但可引起基片温升，而且可能形成内部缺陷。3.2.3溅射沉积技术的主要优、缺点一、优点(与蒸发技术3.2.4溅射沉积装置简介一、分类及主控工艺参数：1、分类：

按电极特性不同，可分为：

按靶材性质不同，可分为：

沉积物性质不同，可分为：3.2.4溅射沉积装置简介一、分类及主控工艺参数：按靶2、主要工艺控制参数：2、主要工艺控制参数：二、直流溅射1、二极系统2、三极/四极系统

是在二极系统基础上的一种改进！改进思路

增加额外电子源(辅助灯丝)

放电区电子密度

低压下就可以维持放电，并获得高离化率

沉积速率、

杂质气体对镀膜的污染

薄膜质量、沉积效率最简单的二极直流辉光放电系统直流三极溅射系统示意图二、直流溅射最简单的二极直流辉光放电系统直流三极溅射系统示意比较：■二极溅射系统

真空度不能太高，否则不能维持放电；■三极/四极系统有辅助电子枪提供更多高能电子

离化率

可低气压(高真空)自持放电

污染

效率■射频溅射系统高频耦合放电，放电电压、真空度

不同溅射系统的典型工作参数比较比较：不同溅射系统的典型工作参数比较3、多极直流溅射装置的优、缺点：

真空度较高，工作电压显著降低；

减少了镀膜污染；

沉积速率有一定提高；

大面积的均匀等离子体仍较难获得；

薄膜沉积速率仍然有限(慢)。3、多极直流溅射装置的优、缺点：三、磁控溅射：1、出发点：解决溅射两大问题！

慢：二次电子利用率不高

离化率不高

沉积速率低；

热：不能避免二次电子轰击基片(阳极)。2、实现方法

在靶材(阴极)表面附近布置磁体或线圈，使靶面

附近出现强磁场，其方向与靶面基本平行，而与

电场方向正交！三、磁控溅射：3、原理：

与电场方向正交的磁场可有效束缚电子的运动，形成“磁笼”效应，从而显著延长电子运动路径，提高电子与离化气体的碰撞几率，进而提高气体离化率，并有效防止高能电子对基片的轰击。

磁场力：电子受洛仑兹力作用：F洛

=-qv×B，形成的加速度垂直于电子瞬时速度，迫使其不断改变运动方向；

电场力：电子受库伦力作用：F库=-qE，形成的加速度不变，且永远指向阳极表面；

运动：横向受F洛水平分量作用

电子不断漂移；纵向受F洛垂直分量和F库联合作用

周期性速、振荡！

结果：电子被束缚在靶面附近区域内，实现长程振荡运动！磁约束的实现3、原理：磁约束的实现4、磁控溅射的优势分析：

磁约束

电子运动路径

其与气体分子的碰撞几率

绝大部分二次电子的高动能被用于气体的电离

气体离化率

正离子产率

溅射速率

几个数量级！！注意：这就是磁控溅射可在低压下获得极高的离化率、很高的离子电流密度和沉积速率的原因。磁控溅射系统平面式磁控管的靶面电子轨道4、磁控溅射的优势分析：

磁约束磁控溅射系统5、磁控溅射的典型工作参数及比较分析

真空度P(溅射气体采用Ar气）：<0.5Pa

与普通直流溅射相比：真空度更高

薄膜污染几率更小！

放电电压：一般在600V以下

无须高压直流电源！

离子电流密度：>20mA/cm2

显著提高

显示有更多溅射气体被离化

离化率

沉积速率：>数十m/min

镀膜速度显著提高！

基片温升：<300~500℃，甚至可以低于100℃！

有效防止二次电子对基片的轰击，甚至可在聚合物表面安全镀膜！磁控溅射系统5、磁控溅射的典型工作参数及比较分析磁控溅射系统四、射频溅射1、出发点：解决不具导电性的非金属材料溅射镀膜问题！

使用直流电源，靶材同时是阴极，不导电无法实现溅射！2、实现方法：使用交变频率>>50kHz的交流电源；

在电源和放电室之间配置阻抗匹配网络，使交变电场能量耦合

到放电室内；

电子与高频交变电场共振获得能量，继而不断与气体分子碰撞

使之电离；

靶材是绝缘体，且基片接地极为重要。射频溅射装置四、射频溅射1、出发点：解决不具导电性的非金属材料溅射镀膜问等离子体的鞘层电位及自偏压3、原理：

利用靶材相对于等离子体的周期性自偏压实现溅射！

靶材非导体，离子质量大

运动惯性>>电子，

交变电场下：

电子可全部到达绝缘靶材表面，阳离子只有部分到达

靶材表面形成周期性负电荷富集

形成相对于等离子体的负电位

等离子体始终处于正电位Vp，且始终成立：

Vp

>Vc（靶电极电位）

Vp>Vd（地电极电位

炉体及基片）等离子体的鞘层电位及自偏压3、原理：

利用靶4、特点：电场耦合形成高能电子振荡，离化率比二极溅射高得多，可在高真空下实现溅射沉积(P≤1Pa)；

电场通过交变阻抗网络而非导电电极形式实现耦合，电极(靶材+基片)不要求一定是导体，

可以实现各种材料(金属、非金属、半导体等)薄膜的沉积！由于靶材的负电位Vc

远低于基片和炉体的负电位Vd，且相对于等离子体的正电位Vp

永远处于更负的负值，从而实现绝缘的靶电极在此负压作用下，受到来自于等离子体的阳离子的不断轰击而实现溅射！射频溅射过程中电极电位的变化4、特点：由于靶材的负电位Vc远低于基片和炉体的负电位五、离子束溅射：1、出发点：辉光放电需较低的真空度环境(0.1~10Pa)才能维持放电，

不能避免溅射气体对薄膜的污染；

离子的能量水平、入射方向、束流的大小不能精确控制，

不能沉积结构、成分更精细的薄膜！离子束溅射装置五、离子束溅射：离子束溅射装置离子束溅射装置2、实现方法：使入射离子的产生系统与溅射沉积系统分离：

前者工作于较低真空度下，易于获得高荷电密度等离子体；

后者工作于更高真空度(P<10-3Pa)下，保证薄膜沉积质量。

如右图所示前者实际上是一个独立的离子源，被称为离子枪，

其作用是提供一定强度(如：I+

=10~50mA)、一定能量(如：500~2000eV)的Ar+束流；离子枪发射出的Ar+流以一定角度轰击靶材，溅射出靶材粒子并在更高真空度下输运并沉积到基片成膜。离子束溅射装置2、实现方法：3、特点：

溅射系统真空度远高于一般溅射装置

气体污染、薄膜纯度；

等离子体环境远离基片

避免荷电粒子轰击基片

基片温升、薄膜内部因遭受轰击的损伤、缺陷；

入射离子流和溅射物质束流高度可控

可以精细控制薄膜的成分与结构！设备结构复杂、离子枪成本很高、薄膜的沉积速率也非常有限。3、特点：

溅射系统真空度远高于一般溅射装置一、概念

通过将成膜材料高度电离化形成膜材料离子，从而其增加沉积动能，并使之在高化学活性状态下沉积薄膜的技术。二、出发点

以其它手段激发沉积物质粒子，然后使之与高度电离的等离子体交互作用(类似PECVD)，促使沉积粒子离化，使之既可被电场加速而获得更高动能，同时在低温状态下具有高化学活性。三、基本特点

大多数是蒸发/溅射(气相物质激发)与等离子体离化过程(赋能、激活)的交叉结合！3.3离化PVD技术3.3.1概述一、概念3.3离化PVD技术五、主要优势：

低温沉积、甚至可以低温外延生长；

薄膜性能≥溅射(结合力

、致密度

)、沉积速率≥蒸发(>>溅射)；

可沉积化合物薄膜；

薄膜表面形貌、粗糙程度高度可控。四、沉积离子的轰击作用对膜基界面的作用：形成伪扩散层(沉积物/基体物质的物理混合梯度层)；

输入动能，增强扩散/形核，易于成膜；

界面致密化；

改善沉积粒子的绕射性，提高薄膜的均匀程度及其对基片表面复杂形状的覆盖能力。五、主要优势：四、沉积离子的轰击作用六、主要沉积技术分类：六、主要沉积技术分类：3.3.2离子镀一、概念：真空下，通过气体放电使气体或靶材料部分离化，在离化离子轰击基片的同时，形成其离化物质或其化学反应产物在基片上的沉积。二、技术关键：1、膜材料的气化激发：既可蒸发、也可溅射；2、气相粒子的离化：输运过程中必须路经等离子体，并被离化！3.3.2离子镀一、概念：三、实现原理：1、基片置于阴极，等离子体中的正离子轰击基片并成膜。

2、成膜时沉积物中约20~40%来自离化的膜材料离子，其余为原子。

3、离化后的膜材料离子具有高化学活性和高动能，并轰击基片对薄

膜的生长形成有利影响。

4、形成的薄膜由于离子的轰击作用，具有结合力高、低温沉积、

表面形貌及粗糙度可控、可形成化合物等一系列优点。离子镀沉积装置示意图三、实现原理：离子镀沉积装置示意图3.3.3离子束辅助沉积一、概念

真空下，在利用溅射或蒸发方法沉积薄膜的同时，利用附加的离子枪装置发射离子束对基片和薄膜进行轰击，在轰击离子的作用下完成薄膜沉积。二、出发点

偏压溅射、离子镀等过程中，阳离子对基片表面的轰击可有效改善薄膜的组织性能、沉积质量和结合力。

但是

这些轰击离子的方向、能量、密度等难以控制而无法进一步优化这种改善效果，为此考虑采用附加离子源来完成对基片表面的轰击。三、技术关键

离子源(离子枪)！IBAD沉积装置示意图3.3.3离子束辅助沉积一、概念IBAD沉积装置示意图四、特点：

可以显著改善薄膜的性能，特别是结合力；

设备复杂、沉积率低。IBAD沉积装置示意图四、特点：IBAD沉积装置示意图一、概念

直接将离子源发出的低能离子束打向基片，形成薄膜沉积的方法。二、特点

沉积离子的能量和薄膜质量高度可控，可高纯精细沉积；薄膜的沉积速率很低。3.3.4离子束沉积IBD沉积装置示意图一、概念3.3.4离子束沉积IBD沉积装置示意图薄膜工艺课件3.4

薄膜沉积的化学方法

1

化学气相沉积（CVD）

CVD的主要化学反应类型3.4薄膜沉积的化学方法1化学气相沉积（CVD）一、热解反应：薄膜由气体反应物的热分解产物沉积而成。1）反应气体：氢化物、羰基化合物、有机金属化合物等。2）典型反应■硅烷沉积多晶Si和非晶Si薄膜

SiH4(g)

Si(s)+2H2(g)650~1100℃■

羰基金属化合物低温沉积稀有金属薄膜

Ni(CO)4(g)

Ni(s)+4CO(g)140~240℃

Pt(CO)2Cl2(g)

Pt(s)+2CO(g)+Cl2(g)600℃■有机金属化合物沉积高熔点陶瓷薄膜：

2Al(OC3H7)3(g)Al2O3(s)+6C3H6(g)+3H2O(g)420℃

异丙醇铝Tm≈2050℃丙烯■单氨络合物制备氮化物薄膜：

AlCl3·NH3(g)AlN(s)+3HCl(g)800-1000℃一、热解反应：薄膜由气体反应物的热分解产物沉积而成。二、还原反应：薄膜由气体反应物的还原反应产物沉积而成。1）反应气体热稳定性较好的卤化物、羟基化合物、卤氧化物等+还原性气体。2）典型反应■H2还原SiCl4外延制备单晶Si薄膜

SiCl4(g)+2H2(g)

Si(s)+4HCl(g)1200℃■六氟化物低温制备难熔金属W、Mo薄膜

WF6(g)+3H2(g)

W(s)+6HF(g)300℃

Tm≈3380℃二、还原反应：薄膜由气体反应物的还原反应产物沉积而成。三、氧化反应：薄膜由气体氧化反应产物沉积而成。1）反应气体氧化性气氛（如：O2）+其它化合物气体。2）典型反应■制备SiO2薄膜的两种方法

SiH4(g)+O2(g)

SiO2(s)+2H2(g)

450℃SiCl4(g)+2H2(g)+O2(g)

SiO2(s)+4HCl(g)1500℃三、氧化反应：薄膜由气体氧化反应产物沉积而成。四、置换反应

薄膜由置换反应生成的碳化物、氮化物、硼化物沉积而成。1）反应气体：卤化物+碳、氮、硼的氢化物气体。2）典型反应■硅烷、甲烷置换反应制备碳化硅薄膜

SiCl4(g)+CH4(g)

SiC(s)+4HCl(g)1400℃■

二氯硅烷与氨气反应沉积氮化硅薄膜

3SiCl2H2(g)+4NH3(g)Si3N4(s)+6H2(g)+6HCl(g)750℃■四氯化钛、甲烷置换反应制备碳化钛薄膜

TiCl4(g)+CH4(g)TiC(s)+4HCl(g)四、置换反应五、歧化反应

对具有多种气态化合物的气体，可在一定条件下促使一种化合物转变为

另一种更稳定的化合物，同时形成薄膜。1）反应气体：可发生歧化分解反应的化合物气体。2）典型反应■二碘化锗（GeI2）歧化分解沉积纯Ge薄膜

2GeI2(g)

Ge(s)+GeI4(g)300~600℃五、歧化反应六、输运反应

把需要沉积的物质当作源物质（不具挥发性），

借助于适当的气体介质与之反应而形成一种气态化合物，

这种气态化合物再被输运到与源区温度不同的沉积区，

并在基片上发生逆向反应，从而获得高纯源物质薄膜的沉积。1）反应气体：固态源物质+卤族气体。2）典型反应■锗（Ge）与碘（I2）的输运反应沉积高纯Ge薄膜：

（类似于Ti的碘化精炼过程）：六、输运反应

CVD化学反应和沉积原理一、反应过程【以TiCl4(g)+CH4(g)

TiC(s)+4HCl(g)为例】■各种气体反应物流动进入扩散层；■第①步（甲烷分解）：CH4

C+H2■第②步（Ti的还原）：H2+TiCl4

Ti+HCl■第③步（游离Ti、C原子化合形成TiC）：Ti+CTiCCVD化学反应和沉积原理一、反应过程二、CVD形成薄膜的一般过程：1）反应气体向基片表面扩散；2）反应物气体吸附到基片；3）反应物发生反应；4）反应产物表面析出、扩散、分离；5）反应产物向固相中扩散，形成固溶体、化合物。随析出温度提高，析出固相的形态一般按照下图所示序列变化：二、CVD形成薄膜的一般过程：

CVD沉积装置一、概述：1）基本系统构成：2）最关键的物理量：Why？二者决定：薄膜沉积过程中的

进而决定获得的是薄膜！CVD沉积装置一、概述：

3）分类：薄膜工艺课件二、高温和低温CVD装置1）选用原则：2）高温CVD的加热装置：一般可分为电阻加热、感应加热和红外辐射加热三类。

a–电阻加热