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
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。
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。
薄膜材料的制备技术
喷涂
机械或化学方法 (涂层)
薄膜材料的制备技术 真空技术(薄膜)
电镀 物理气相沉积技术
化学气相沉积技术 电化学方法(薄膜)
薄膜材料的表征
结构 薄膜材料的表征
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
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
冷壁反应器:只加热基片
化学气相沉积中的基本化学反应
1.热分解反应 SiH4 (气) Si (固) + 2H2 (气)
2.还原反应 SiCl2(气) + 2H2 (气)
Si (固) + 4HCl (气)
3.氧化反应-制备氧化物
SiH4(气) + O2(气)
SiO2(固) + 2H2(气)
4.氮化或碳化反应-制备氮化物和碳化物
常见气体或蒸气的修正系数
电离真空计
电离产生的正离子I＋与发射电子 流Ie、气体的压强之间的关系为： I＋＝k IeP,其中k为比例常数，存在 范围是4 ～40之间。
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。
分子泵结构示意图
低温泵结构示意图
真空的测量
真空测量
U型压力计 绝对真空计
压缩式真空计
放电真空计 相对真空计 热传导真空计
电离真空计
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=Q1+Q2,式中Q1是灯丝辐射的热 量，与灯丝温度有关；Q2是气体分子 碰撞灯丝而带走的热量，大小与气体的
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。
化学气相沉积制备的薄膜材料
化学气相沉积制备非晶BN薄膜
Nakamura使用的沉积条件为： B10H14气压 2×10－5 NH3气压 2.7×10－3～0.11Pa NH3 / B10H14 1:40 基片温度 300～1150℃ 沉积时间 30～300min 使用的基片 Ta、Si和SiO2
气体的吸附和脱附
无选择性
物理吸附 分子作用

气体在固体表面
低温有效
的吸附
选择性强
化学吸附 相互作用强
高温有效
真空泵的分类
机械泵
气体传输泵 扩散泵
常用真空泵
分子泵
的分类
钛升华泵
气体捕获泵 溅射离子泵
低温冷凝泵
真空的获得
几种常用真空泵的工作压强范围
旋片式机械真空泵
旋片泵结构示意图
旋片泵工作原理图
其他两种真空泵
催化器温度 基片温度 沉积过程气压 SiH4气气压 （N2H4+N2)/SiH4 SiH4流量
1200～1390℃ 230～380℃ 7～1000Pa 7～24Pa 0～10 2～10sccm
激光化学气相沉积
激光化学气相沉积是通过使用激光源产生出来的激光束实现 化学气相沉积的一种方法。包括两种机制：光致化学反应、热致化 学反应。
真空技术基础
真空的基本知识 真空的获得 真空的测量
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
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。
化学气相沉积制备金属氧化薄膜
用此装置，Ajayi等人制备 了Al2O3、CuO、CuO/ Al2O3 和In2O3金属氧化膜。沉积条件： 将Ar通入装置，在保持420℃温 度2h下可长成厚度为10～20nm 的氧化膜，最后经退火处理12h, 便可得到产物。
催化化学气相沉积低温沉积SiN膜
沉积条件为：
3SiH4(气) + 4NH3(气) 3TiCl4(气) + CH4(气)
Si3N4(固) + 12H2(气) TiC(固) + 4HCl(气)
5.化合反应-化合物制备 Ga(CH3)2(气) + AsH3(气)
GaAs(固) + 3CH4(气)
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：
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
化学气相沉积反应器基本类型
常压反应器:大流量,大尺度 低压反应器:小流量,适当尺度 四种基本类型 热壁反应器:整个反应器加热
电离真空计结构示意图
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
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.
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Bi2O3膜。