薄膜制造技术.pptx

成膜工艺化学方法物理方法化学气相沉积电镀电解阳极氧化等等真空蒸镀离子镀溅射分子束外延等等光学真空镀膜机 1真空系统 2蒸发系统 3厚度控制系统 真空系统 现代的光学薄膜制备，无论是PVD(真空镀膜机)还是CVD都是在真空下获得的。根据：P-压强、V-体积、T-绝对温度、M-分子量、m-质量、R-气体普适常数（8.31x1023/mol)真空度的表示:1Pa=1N/m2 1Torr=133.3Pa1(atm)标准大气压=760Torr 1mmHg=1.00000014Torr初真空低真空高真空超高真空真空度Pa103103-10-110-1-10-610-6平均自由程（cm)105气流特点1.以气体分子间的碰撞为主2.粘滞流过渡区域1.以气体分子与器壁的碰撞为主2.分子流平均吸 附时间气体分子以空间飞行为主以吸附停留为主镀膜机真空系统泵名 原理工作范围 Torr 102 1 10-2 10-4 10-6 10-8 10-10 10-12 机械泵 分子泵 罗茨泵机械里压缩排除气体扩散泵靠蒸汽射流携带排除气体溅射离子泵 钛升华泵靠溅射或升华形成吸气、吸附排除气体吸附泵 冷凝泵利用低温表面对 气体进行物理吸附排气真空泵抽气原理及工作范围 机械泵原理图油扩散泵扩散泵示意图注意事项：注意事项：1 不能在泵内气压高于1帕时加热扩散泵；已工作的扩散泵停止加热后，应继续用机械泵抽空，直至冷却，否则泵油易氧化变质。2 由于冷却不可能绝对完善，总有一些油分子未被冷凝而升向泵顶，进入待抽容器，这种现象叫返油。为减少其效果，在扩散泵顶部一般都装有水冷挡油板，它应当档去尽量多的油蒸汽而对抽气速率的影响尽量小。3 若泵油的温度不够高，则不仅抽速慢，而且因油蒸汽喷出的速度不够快而会在到达泵壁前就因碰撞而升向泵顶，造成严重的返油现象。所以，扩散泵的加热时间不能太短，一般约需40分钟左右。真空测量真空测量1010-1 Pa气体热传导与气压关系明显,这是它的测量范围10-210-6Pa离子流正比与气压，这就是它的测量范围冷阴极电离真空计蒸发系统：热蒸发溅射离子镀离子辅助蒸发钟罩镀膜机示意图1加热2玻璃3蒸发源4钟罩热蒸发坩埚溅射技术高频溅射又称射频溅射为溅射介质材料而设计磁控溅射提高离化率、溅射速率，降低基片温度离子镀技术离子镀技术是在热蒸发技术和溅射技术结合的基础上发展起来的新工艺，1963年首先应用于人造卫星的金属滑膜。特点：膜层附着力强密度高均匀性好沉积速度快、应用：高硬度刀具耐磨固体润滑膜电子束蒸发属于热蒸发的一种形式光学膜制备的最常用手段常常可以配以其它辅助蒸发电子枪示意图APS1104德国LeyboldAPS1104真空室内情况镜片悬挂 机构改进蒸发工艺、改善膜层的微观结构基本的思路：附加一定的能量到被镀的表面上去，利用这些能量移开弱束缚的粒子，使达到基板的材料粒子有高的迁移率。由于附加了能量，膜料粒子可以穿透比较远的距离，去找到一个有比较强束缚的位置。从而使膜层的结构得到改善。具体实施办法：在膜层沉积的同时，利用电子、光子、离子将能量附加到基底上去，这不仅有利于清洁被镀表面，也增加了膜层的致密度。近十几年的趋势是利用荷能的离子完成基片清洁和改善膜层结构的任务离子体增强的离子辅助技术 等离子源采用热阴极、筒状阳极及轴向发散形磁场，在辅助沉积过程中，放电气体(Ar气)进入APS源，放电产生的等离子体在交叉电磁场的作用下被拔出APS，并在电磁场作用下漂向基板，放电气体形成的等离子体形成一个园维体充满基板下的空间。这时充入反应气体(O2等)，等离子体电离并激活反应气体及从电子枪蒸发出的材料分子，并在基板上得到符合化学计量比的电介质薄膜。光学膜厚监控系统石英晶体法监控膜厚，主要是利用了石英晶体的两个效应，即压电效应和质量负荷效应。石英晶体压电效应的固有频率不仅取决于其几何尺寸，切切割类型而且还取决于晶片的厚度。当品片上镀了某种膜层，使品片的厚度增大，则品片的固有频率会相应的衰减。石英晶体的这个效应是质量负荷效应。石英晶体膜厚监控仪就是通过测量频率或与频率有关的量进行膜厚测量的辅助系统加温 温度测量与控制充气 真空度测量与压强控制 工件架 公、自 转，均匀性调整离子轰击 直流与射频比较片架 透射、反射、内反射