（5）物性
硬 质 薄 膜 声 学 薄 膜 热 学 薄 膜 金 属 导 电 薄 膜 半 导 体 薄 膜 超 导 薄 膜 介 电 薄 膜 磁 阻 薄 膜 光 学 薄 膜
薄膜的一个重要参数
厚度：决定薄膜性能、质量 通常，膜厚 < 数十μm ,一 般在1μm 以下。
3 薄膜应用 薄膜材料及相关薄膜器件兴起于20世纪60年代。是新
原子，分子，在衬底表面反应生成所需化合物。一般用金属 或低价化合物反应生成高价化合物。
4）热壁法：
利用加热的石英管（热 壁），将蒸发源蒸发出的分 子或原子，输向衬底成膜。 是外延薄膜生长的发展。
5）分子束外延(MBE) Molecular Beam Epitaxy
分子束外延是以蒸镀为基础发展起来的技术。 指在单晶基体上成长出位向相同的同类单晶体（同质外 延），或者成长出具有共格或半共格联系的异类单晶体 （异质外延）。
原 理： 在超高真空条件下，
将各组成元素的分子束 流以一个个分子的形式 喷射到衬底表面，在适 当的温度下外延沉积成 膜。
应用 目前MBE的膜厚控制水平达到单原子层，可用于制备超晶
格、量子点，及Ⅲ-Ⅴ族化合物的半导体器件。
6） 脉冲激光沉积(PLD)
利用脉冲聚焦激光烧蚀靶材，使靶的局部在瞬间受热高温 气化，同时在真空室内的惰性气体起辉形成的等离子体作用 下活化，并沉积到衬底表面的一种制膜方法。
理论、高技术高度结晶的产物。 薄膜是现代信息技术的核心要素之一
薄膜材料与器件结合，成为电子、信息、传感器、光学、 太阳能等技术的核心基础。
主要的薄膜产品 光学薄膜、集成电路、太阳能电池、液晶显示膜、光盘、
磁盘、刀具硬化膜、建筑镀膜制品、塑料金属化制品。
14.1.2 薄膜的制备方法
代表性的制备方法按物理、化学角度来分，有：
1）电阻加热
• 电阻作为蒸发源，通 过电流受热后蒸发成 膜。
• 使用的材料有：Al、 W、Mo、Nb、Ta及石 墨等。
2）电子束加热
利用电子枪（热阴极）产生的电子束，轰击待蒸发的 材料（阳极）使之受热蒸发，经电子加速极后沉积到衬底 材料表面。
3）高频感应加热 高频线圈通以高频电流后，产生涡流电流，致内置材料升
2. 蒸镀用途
适宜镀制对结合强度要求不高的某些功能膜，如电极的 导电膜、光学镜头用增透膜。
用途：通常用于沉积薄膜和涂层，沉积膜层的厚度 可从nm级到mm级变化。
2. PVD成膜方法与工艺
真空蒸发镀膜（包括脉冲激光沉积、分子束外延） 溅射镀膜 （包括RF，DC，磁控） 离子成膜
真空蒸镀设备
磁控溅射设备 激光分子束外延设备
14.2.2 真空蒸发镀膜
1. 工艺原 理真空室内加热的固体材料被蒸发气化或升华后，凝结沉 积到一定温度的衬底材料表面。形成薄膜经历三个过程：
2. 薄膜分类
（1）物态
气态 液态 固态
（2）结晶态：
非晶态：原子排列短程有序、 长程无序。 晶态多单晶晶：：在外衬延底生上长、生在长单，由晶许基多底取上向同相质异和单异质晶外集合延体组成
（3）化学角度
有 机 薄 膜 无 机 薄 膜
（4）组成
金 属 薄 膜 非 金 属 薄 膜
外延是指单晶衬底上形成单晶结构的薄膜，而且薄膜的晶体结构与取向 和衬底的晶体结构和取向有关。外延方法很多，有气相外延法、液相外 延法、真空蒸发外延法、溅射外延法等。
.
film
substrate
同质外延 （homoepitaxy）
压应力
张应力(拉应力)
异质外延 （Heteroepitaxial Growth）
1) 物理成膜 PVD 2) 化学成膜 CVD
14.2 物理成膜 14.2.1 概述 1. 定义
利用蒸发、溅射沉积或复合的技术，不涉及到化学反应, 薄膜生长过程基本是一个物理过程,以PVD为代表。
物理气相沉积(PVD)：Physical Vapor Deposition
在真空条件下，用物理的方法，将材料气化成 原子、分子或使其电离成离子，并通过气相过程，在材 料或工件表面沉积一层具有某些特殊性能的薄膜。
温，熔化成膜。
4）电弧加热 高真空下，被蒸发材料作阴极、内接铜杆作阳极，通电压，
移动阳电极尖端与阴极接触，阴极局部熔化发射热电子，再 分开电极，产生弧光放电，使阴极材料蒸发成膜。
5）激光加热 非接触加热。用激光作热源，使被蒸发材料气化成膜。
常用CO2、Ar、YAG钕玻璃，红宝石等大功率激光器。
（2）对于化合物和合成材料，常用各种蒸发法和热壁法。
第十四章. 薄膜制备技术
物理制备方法
14.1 薄膜材料基础 14.1.1 薄膜的概念与分类 1. 薄膜材料的概念
采用一定方法，使处于某种状态的一种或几种物质（原材 料)的基团以物理或化学方式附着于衬底材料表面，在衬底 材料表面形成一层新的物质，这层新物质就是薄膜。
简而言之，薄膜是由离子、原子或分子的沉积过程形成的 二维材料。
真空蒸镀主要特点
1、操作方便，沉积参数易于控制； 2、制膜纯度高，可用于薄膜性质研究； 3、可在电镜监测下镀膜，对薄膜生长过程和生长机理进行 研究； 4、膜沉积速率快，可以多块同时蒸镀； 5、沉积温度较高，膜与基片的结合强度不高。
装置：真空系统、蒸发系统、基片撑架、 挡板、监控系统
2. 工艺方法 （1）对于单质材料，按常见加热方式有电阻加热、电子 束加热、高频感应加热、电弧加热和激光加热。
1）闪蒸蒸发（瞬间蒸发）： 呈细小颗粒或粉末的薄膜材料，以极小流量逐渐进入
高温蒸发源，使每个颗粒在瞬间全蒸发，成膜，以保证膜 的组分比例与合金相同。
2）多源蒸发： 组成合金薄膜的各元素，各自在单独的蒸发源中加热，
蒸发，并按、分子与来自蒸发源的
1) 蒸发或升华：通过一定加热方式使被蒸发材料受热 蒸发或升华，由固态或液态变成气态。
2) 输运到衬底：气态原子或分子在真空状态及一定蒸 气压条件下由蒸发源输运到衬底。
3) 吸附、成核与生长：通过粒子对衬底表面的碰撞， 衬底表面对粒子的吸附以及在表面的迁移完成成核 与生长过程。是一个以能量转换为主的过程。