5
真空技术基础
真空的基本知识 真空的获得 真空的测量
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6
真空度的单位
自然真空：宇宙空间所存在的真空； 人为真空：用真空泵抽调容器中的气体
所获得的真空。
几种压强单位的换算关系
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7
真空区域的划分
粗真空：1×105～ 1×102 Pa。 低真空： 1×102～ 1×10－1 Pa。 高真空： 1×10－1 ～ 1×10－6 Pa。 超高真空：< 1×10－6 Pa。
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8
气体的吸附和脱附
气体在固体表面 的吸附
物理吸附 化学吸附
无选择性 分子作用 低温有效 选择性强
相互作用强
高温有效
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真空泵的分类
常用真空泵 的分类
气体传输泵
气体捕获泵
机械泵 扩散泵 分子泵 钛升华泵
溅射离子泵
低温冷凝泵
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10
真空的获得
几种常用真空泵的工作压强范围
5.化合反应-化合物制备
Ga(CH ) (气) + AsH (气)
32
3
GaAs(固) + 3CH (气) 4
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化学气相沉积的优缺点
化学气相沉积是制备各种各样薄膜材料的一种重要和普遍使用的技术，利用这一技术可以在各种基片上制备元素及化合 物薄膜。其优点是：
可以准确控制薄膜的组分及掺杂水平使其组分具有理想化学配比； 可在复杂形状的基片上沉积成膜； 由于许多反应可在大气压下进行，系统不需要昂贵的真空设备； 高沉积温度会大幅度改善晶体的完整性； 可以利用某些材料在熔点或蒸发时分解的特点而得到其他方法无法得到的材料； 沉积过程可以在大尺寸基片或多基片上进行。
2
2
Si (固) + 4HCl (气)
3.氧化反应-制备氧化物
SiH (气) + O (气)
4
2
SiO (固) + 2H (气)
2
2
4.氮化或碳化反应-制备氮化物和碳化物
3SiH (气) + 4NH (气)
3TiCl4 (气) + CH 3(气)
4
4
Si N (固) + 12H (气) TiC3(固4) + 4HCl(气2)
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化学气相沉积反应器基本类型
四种基本类型
常压反应器:大流量,大尺度 低压反应器:小流量,适当尺度 热壁反应器:整个反应器加热 冷壁反应器:只加热基片
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化学气相沉积中的基本化学反应
1.热分解反应
SiH (气) 4
Si (固) + 2H (气) 2
2.还原反应
SiCl (气) + 2H (气)
电离真空计结构示意图
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薄膜制备的化学方法
热生长 化学气相沉积 电镀 化学镀 阳极反应沉积法 LB技术
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热生长的基本概念
热生长技术:在充气条件下,通过加热基片的方式, 利用氧化,氮化,碳化等化学反应在基片表面制备 薄膜的一种技术.
主要应用在金属和半导体氧化物薄膜的制备.
喷涂
电镀 物理气相沉积技术
化学气相沉积技术
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3
薄膜材料的表征
薄膜材料的表征
结构 物性
组份 晶体结构 电子结构 光学性质
电学性质 力,热,磁,生物等性质
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4
主要内容
真空技术基础 薄膜制备的化学方法 薄膜制备的物理方法 薄膜的形成与生长 薄膜表征 薄膜材料
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薄膜材料与薄膜技术
王成新
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1
薄膜材料的简单分类
薄膜材料
涂层或厚膜 (>1um)
薄膜(<1um)
材料保护涂层
材料装饰涂层 光电子学薄膜 微电子学薄膜 其它功能薄膜
(力,热,磁,生物等)
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2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
薄膜材料的制备技术
薄膜材料的制备技术
机械或化学方法 (涂层)
真空技术(薄膜)
电化学方法(薄膜)
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11
旋片式机械真空泵
旋片泵结构示意图
旋片泵工作原理图
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12
其他两种真空泵
分子泵结构示意图
低温泵结构示意图
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13
真空的测量
真空测量
绝对真空计 相对真空计
U型压力计
压缩式真空计 放电真空计 热传导真空计 电离真空计
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14
电阻真空计
规管中的加热灯丝是电阻温度系数较大的钨丝或铂丝， 热丝电阻连接惠斯顿电桥，并作为电桥的一个臂，低压强 下加热时，灯丝所产生的热量Q可表示为：Q=Q +Q ,式中 Q 是灯丝辐射的热量，与灯丝温度有关；Q2是气1 体分2 子碰
其缺点是：
化学反应需要高温； 反应气体会与基片或设备发生化学反应； 在化学气相沉积中所使用的设备可能较为复杂，且有许多变量需要控制。
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化学气相沉积制备的薄膜材料
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25
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化学气相沉积制备非晶BN薄膜
Nakamura使用的沉积条件为： B H 气压 2×10－5 N1H0 气1压4 2.7×10－3～0.11Pa NH3 / B H 1:40 基片3 温度10 14300～1150℃ 沉积时间 30～300min 使用的基片 Ta、Si和SiO
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热生长
George等人使用这个试验 装置，在空气和超热水蒸汽下 通过对Bi膜的氧化制备了 Bi O 膜。
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化学气相沉积的基本原理
化学气相沉积: 通过气相化学反应的方式将 反应物沉积在基片表面的一 种薄膜制备技术.
三个基本过程
反应物的输运过程 化学反应及沉积过程 去除反应副产物过程
常见气体或蒸气的修正系数
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电离真空计
电离产生的正离子I＋与发射电子流I 、气体的压
强之间的关系为：
e
I＋＝k I P,其中k为比例常数，存在范围是4 ～40之 间。 e
普通型电离真空计的测量范围是1.33×10－1 ～
1.33×10－5Pa,无论高于还是低于此测量极限都会使
电子流I＋和气体的压强之间失去线型关系。
撞1灯丝而带走的热量，大小与气体的压强有关。电阻真空 计的测量范围大致是105 ～ 10-2Pa。
电阻真空计结构示意图
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热偶真空计
右图装置为热偶真空计示意图。其规管主要由加热 灯丝C与D和用来测量热丝温度的热电偶A与B组成。测量 时，热偶规管接入被测真空系统，热丝通以恒定的电流， 灯丝所产生的热量Q有一部分将在灯丝与热偶丝之间传导 散去。当气体压强降低时，热电偶节点处的温度将随热丝 温度的升高而增大，同样，热电偶冷端的温差电动势也增 大。热偶真空计的测量范围大致是102 ～ 10－1Pa。