第二章 真空蒸发镀膜详解.ppt

21 以GaAs为例： 一般在GaAs为主体的衬底上生长。 As的粘附系数与Ga密切相关： 有Ga存在，As的粘附系数1； 没有Ga， As的粘附系数0。 这意味着只要比Ga多出来的那些As分 子射在GaAs单晶上，可以全部再蒸发， 从而获得化学计量比的GaAs外延层。 MBE巧妙地利用了这一点，As和Ga分别 由严格控温的分子束源发出，射向基 板。同时利用各种分析仪器在线分析 薄膜的生长过程和结晶形态。从而获 得高质量的GaAs单晶膜。 35 线状加热蒸发源用的加热器 36 箔状加热蒸发源用的加热器 37 2. 蒸镀材料对蒸发源材料的湿润性 蒸镀材料与蒸发源材料的湿润性也是选择蒸发源材料需要考虑的因素。 熔化的蒸镀材料在蒸发源上有扩展倾向时——容易湿润——面蒸发源； 有凝聚而接近于形成球形的倾向时——难于湿润——点蒸发源。 ?制作蒸发源时，对于W比较困难，因 为W经过高温退火处理后，常温下硬 且比较脆，难以加工，只有在较高的 温度下，才能弯折成一定的形状。 ?钼在室温下比较软，加工较容易。 ?钽柔软性最好，最易加工成型。 蒸发源材料的加工： 38 （a）丝状蒸发源，线径0.5～1mm； （b）螺旋状蒸发源，常用来蒸铝； （c）锥形篮状蒸发源，蒸发块状或丝 状的蒸发材料； （d）箔状蒸发源，厚度常为0.05～ 0.15mm； （e）直接加热式块状蒸发源；用石墨 等做成导电坩埚，电性能、热性能、 机械性能都比较稳定，用机械加工的 办法可以制作成各种形式。 （f）间接加热式蒸发源，热效率比较 低，但可以避免镀料与热丝直接接 触。 常用加热蒸发源的形状 2.3.2 电子束蒸发源 ?工作原理 阴极灯丝发射电子后，受阳极的吸引而被加速，获得动能后轰击到处于 阳极的蒸发材料上，使蒸发材料加热气化，从而实现镀膜。 若不考虑发射电子的初速度，那么被电场加速后的电子动能就等于初始 位置电子的电势能： (2 ? 55) 其中，U为加速电压，m是电子质量，e是电子电量，所以得出电子轰击 镀料的速度为： (2 ? 56) 高速运动的电子流在一定的电磁场作用下，汇聚成束并轰击到蒸发材料 表面，动能变成热能，电子束的功率是： 39 40 其中，n为电子密度，I是电子束的束流（A），t是束流的作用时间，因 而其产生的热量Q为： W = neU = IU (2 ? 57) Q = 0.24Wt (2 ? 58) 在加速电压很高时，上式所产生的热能可足以使镀料气化蒸发，从而成 为一种好的热源。 优点： （1）电子束的束流密度高，可以获得比电阻加热源更高的能量密度。功 率密度能够达到104～109 W/cm2，能胜任高熔点材料的蒸发，如W、Mo等。 （2）镀料放在水冷坩埚内，可以避免容器材料的蒸发和容器材料与蒸镀 材料之间的反应，从而提高制备薄膜的纯度。 （3）热量可直接达到蒸镀材料表面，热效率高，热传导和热辐射损失 少。 41 缺点： （1）电子枪发出的一次电子和蒸发材料表面发出的二次电子会使蒸发原 子和残余气体电离，可能会影响膜层质量。通过改进电子枪结构可以解决 此问题。 （2）如果蒸镀材料是化合物，在受到电子轰击时，部分可能被电离，从 而使薄膜的结构和性质受到影响。 （3）装置复杂，设备昂贵，加速电压过高时产生软x射线，对人体有一定 伤害。 ?电子束蒸发源的结构： 根据电子束行走的轨迹不同，分为环形枪、直枪、e型枪、空心阴极电子 枪等。介绍其中的两种。 42 轴对称的直线型加速枪。 直枪电子束蒸发源： 优点：能量较高，易于调节控 制。 缺点：体积大，成本高，蒸镀 材料会污染枪体结构，灯丝逸 出Na＋造成污染。 43 e型枪电子束蒸发源： 主要改进：电子束在磁场的作用下偏转270°进入蒸镀材料。 优点：正离子的偏转方向与电子偏转方向相反，可以避免直枪中正离子 对镀层的污染；另外可有效地抑制二次电子。 44 注意事项：电子枪工作的压力在高真空条件，P < 6×10-3Pa。 若真空太低，电子束在行进过程中，会与气体分子发生碰撞，使后者电 离，将阴阳极之间的空隙击穿，使电子枪不能正常发射电子束。 45 2.3.3 高频感应蒸发源 为了大量蒸发高纯度金属采用此法。 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（铁磁体），从而将镀料金属 加热蒸发。镀料体积越小，感应的频 率就越高。 特点： 蒸发速率大，每分钟几百埃； 蒸发源的温度均匀，不易产生飞溅； 蒸发材料是金属时，本身可产生热 量。 蒸发源一次装料，操作简单，容易控 制温度。 46 缺点： ?蒸发装置需要屏蔽； ?需要复杂和昂贵的高频 发生器； ?若线圈附近的压强超过 10