將需要蒸發(fā)的合金材料制成細?;蚍勰?,讓其一顆一顆地落到高溫的坩堝中,每個顆粒在瞬間完全蒸發(fā)掉。這種方法也適用于三元、四元等多元合金的蒸鍍,可以保證膜層組分與膜材合金相一致。但是,對閃蒸蒸鍍法的蒸發(fā)速率的控制比較困難。
⒉多蒸發(fā)源蒸鍍法
在制備由多種元素組成的合金薄膜時,原則上可以將這幾種元素分別裝入各自的蒸發(fā)源中,同時加熱并分別控制蒸發(fā)源的溫度,即獨立控制各種元素的蒸發(fā)速率,以便保證沉積膜層的組分。這種方法要求各個蒸發(fā)源之間要屏蔽,防止蒸發(fā)源之間相互污染。
⒊ 反應蒸鍍法
反 應蒸鍍法是將活性氣體引入鍍膜室,使活性氣體的原子、分子和從蒸發(fā)源蒸發(fā)出來的膜材原子、分子發(fā)生化學反應,從而制備所需要的化合物薄膜的一種方法。粒子 間的化學反應可以在空間(即氣相狀態(tài))也可能在基片上進行,或者兩者兼有,不過,一般認為在基片上進行化學反應的幾率較大。該反應與蒸發(fā)溫度、蒸發(fā)速度、 反應氣體的分壓及基片的溫度等因素有關(guān)。作為蒸發(fā)源的膜材可以是金屬、合金或化合物。反應蒸鍍法主要用于制備高熔點的絕緣化合物薄膜。
例如,在蒸發(fā)Ti時加入C2H2氣體,可獲得硬質(zhì)膜TiC,其反應式為
2Ti+ C2H2→2TiC+H2
而在蒸發(fā)Ti時加入N2,可獲得硬質(zhì)膜TiN,其反應式為
2Ti+N2→2TiN
又如,蒸發(fā)SnO2-In2O3混合物時加入一定量的O2,可獲得ITO透明導電膜。下表列舉了用反應蒸鍍法制備化合物薄膜的工藝條件。
薄膜 | 膜材 | 蒸發(fā)速率/nm·s-1 | 反應氣體 | 反應氣體壓力/Pa | 基片溫度/℃ |
Al2O3 | Al | 0.4~0.5 | O2 | 10-3~10-2 | 400~500 |
Cr2O5 | Cr | 約0.2 | O2 | 2×10-3 | 300~400 |
SiO2 | SiO | 約0.2 | O2或空氣 | 約10-2 | 100~300 |
Ta2O5 | Ta | 約0.2 | O2 | 10-2~10-1 | 700~900 |
AIN | Al | 約0.2 | NH3 | 約10-2 | 300(多晶) 400~1400(單晶) |
ZrN | Zr | N2 | |||
TiN | Ti | 約0.3 約0.3 |
N2 NH3 |
5×10-2 5×10-2 |
室溫 室溫 |
SiC | Si | C2H2 | 4×10-4 | 約900 | |
TiC | Ti | C2H2 | 約300 |
在 制備化合物半導體薄膜時,基片溫度對膜層的結(jié)構(gòu)和物理性能的影響是很明顯的,因此在制備二元化合物半導體單晶膜時,必須控制基片溫度。在這種情況下,將兩 種膜材分別裝入各自的蒸發(fā)源內(nèi),分別獨立的控制兩個蒸發(fā)源和一個基片的溫度(共計三個溫度)進行蒸發(fā),故稱三溫度蒸鍍法。這種方法主要用于制備GaAs等 Ⅲ~Ⅴ族化合物半導體單晶薄膜。
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