物质的热蒸发( Thermal Evaporation) 物质的蒸发速度 在一定的温度下,每种液体或固体物质都具有特定的平衡蒸汽压。只 有当环境中被蒸发物质的分压降低到了它的平衡蒸汽压以下时,才可能有 物质的净蒸发。单位源物质表面的物质的净蒸发速率应为 pe- ph √2MRT a为01之间的系数;p和p分别是该物质的平衡蒸汽压和实际分压;NA M、R、T分别为 Avogadro常数、原子质量、气体常数和绝对温度;由 于物质的平衡蒸汽压随着温度的上升增加很快(呈指数关系),因而对物 质蒸发速度影响最大的因素使蒸发源的温度。以下是三种常用热蒸发方 法 A电阻式热蒸发 B电子束热蒸发; C激光蒸发; 返回 薄膜均匀性
物质的热蒸发 (Thermal Evaporation) ----物质的蒸发速度 在一定的温度下，每种液体或固体物质都具有特定的平衡蒸汽压。只 有当环境中被蒸发物质的分压降低到了它的平衡蒸汽压以下时，才可能有 物质的净蒸发。单位源物质表面的物质的净蒸发速率应为∶ MRT NA pe ph 2 ( ) α为0-1之间的系数；pe和ph分别是该物质的平衡蒸汽压和实际分压;NA 、M、R、T分别为Avogatro常数、原子质量、气体常数和绝对温度；由 于物质的平衡蒸汽压 随着温度的上升增加很快(呈指数关系)，因而对物 质蒸发速度影响最大的因素使蒸发源的温度。以下是三种常用热蒸发方 法 A 电阻式热蒸发; B 电子束热蒸发; C 激光蒸发; ------薄膜均匀性 返回
元素的平衡蒸汽压 Clausius- Clapeyron方程指出,物质的平衡蒸汽压p随温度的变化率可 以定量的表达为 qp△H dTT△ 其中AH为蒸发过程中单位摩尔物质的热焓变化,它随温度的不同而 不同,而△V为相应过程中物质体积的变化。由于在蒸发时,汽相的 体积显著的大于相应的液相或固相,故AV近似等于汽相体积V。运 用理想气体状态方程则有 ppP△H dT rT2 作为近似,可以利用物质在该温度的汽化热AHe来代替AH,从而得 到物质蒸汽压的近似表达时(B为相应的系数) △H p≈BpRT
---元素的平衡蒸汽压 Clausius-Clapeyron方程指出，物质的平衡蒸汽压p随温度的变化率可 以定量的表达为 T V H dT dp 其中ΔH为蒸发过程中单位摩尔物质的热焓变化，它随温度的不同而 不同，而ΔV为相应过程中物质体积的变化。由于在蒸发时，汽相的 体积显著的大于相应的液相或固相，故 ΔV近似等于汽相体积V。运 用理想气体状态方程则有: 2 RT P H dT dp 作为近似，可以利用物质在该温度的汽化热Δ He来代替Δ H，从而得 到物质蒸汽压的近似表达时 (B为相应的系数) RT He p Be
根据物质的蒸发特性, 物质的蒸发模式又被分 为二种模式 物质在固态情况下 即使是温度达到其熔点 时,其平衡蒸汽压也低 于10Pa。在这种情况下 10 要想利用蒸发方法进行 物理汽相沉积,就需要 将温度提高到其熔点以 出旷叶一 上。大多数金属的蒸发 属于这种情况。 如Cr、Ti、Mo、Fe、 S等,在熔点附近的温 600800100015002000 度下,固相的平衡蒸汽 温度/K 压已经相对较高。这时 (6) 可以直接利用由固态物 质的升华,实现物质的 21b半导体材料的平衡蒸气压随温度的变化曲线。图中标注的点为相应 元素的熔点 汽相沉积
根据物质的蒸发特性， 物质的蒸发模式又被分 为二种模式∶ 一是物质在固态情况下， 即使是温度达到其熔点 时，其平衡蒸汽压也低 于10-1Pa。在这种情况下， 要想利用蒸发方法进行 物理汽相沉积，就需要 将温度提高到其熔点以 上。大多数金属的蒸发 属于这种情况。 二是如Cr、Ti、Mo、Fe、 Si等，在熔点附近的温 度下，固相的平衡蒸汽 压已经相对较高。这时 可以直接利用由固态物 质的升华，实现物质的 汽相沉积
真空蒸发装置: 真空蒸发所使用的设备根据目的不同可能有很大的差别,从简单的电阻加热蒸 镀到极为复杂的分子束外延设备都属于真空蒸发沉积的范畴。在蒸发沉积装置中, 最重要的是蒸发源,根据其加热原理可以分为以下几种: A)电阻式加热 这是应用的较多的一种蒸发加热方法。对于电阻材料的要求:耐高温、高温下 蒸汽压低、不与被蒸发物发生化学反应、无放气现象和其它污染、合适的电阻率。 所以一般是难熔金属:W、Mo和Ia等 将钨丝绕制成各种直径或不等直径的螺旋状即可作为加热源。在融化以后、被 燕发物质或与钨丝形成较好的浸润、靠表面张力保持在螺旋钨丝中、或与钨丝完全 不浸润,被钨丝螺旋所支撑。显然,钨丝一方面起到加热器的作用,另一方面也起 到支撑被加热物质的作用。电阻蒸发器的图。对于钨丝不能加热的物质,如一些材 料的粉末,则用难熔金属板支撑的加热器。对于在固态升华的物质来说,也可以用 难熔金属制成的升华用专用容器,这时不仅要考虑加热和支撑,还要考虑被加热物 质放气时的物质飞溅。 应用各种材料,如髙熔点氧化物、髙温裂解BN、石墨、难熔金属等制成的坩埚 也可以作为蒸发器。这时加热由二种方式,即传统的电阻加热法和高频加热法,前 者依靠缠 外的电阻丝加热,而后者用通水的铜制线圈作为加热的初级感应线 圈,它靠在被加热的物质中或坩埚中感生出的感应电流来实现对蒸发物质的加热。 显然,后者要求被加热物或坩埚由一定的导电性。返回
真空蒸发装置: 真空蒸发所使用的设备根据目的不同可能有很大的差别，从简单的电阻加热蒸 镀到极为复杂的分子束外延设备都属于真空蒸发沉积的范畴。在蒸发沉积装置中， 最重要的是蒸发源，根据其加热原理可以分为以下几种: A)电阻式加热 这是应用的较多的一种蒸发加热方法。对于电阻材料的要求∶ 耐高温、高温下 蒸汽压低、不与被蒸发物发生化学反应、无放气现象和其它污染、合适的电阻率。 所以一般是难熔金属∶ W、Mo和Ta等 将钨丝绕制成各种直径或不等直径的螺旋状即可作为加热源。在融化以后、被 蒸发物质或与钨丝形成较好的浸润、靠表面张力保持在螺旋钨丝中、或与钨丝完全 不浸润，被钨丝螺旋所支撑。显然，钨丝一方面起到加热器的作用，另一方面也起 到支撑被加热物质的作用。电阻蒸发器的图。对于钨丝不能加热的物质，如一些材 料的粉末，则用难熔金属板支撑的加热器。对于在固态升华的物质来说，也可以用 难熔金属制成的升华用专用容器，这时不仅要考虑加热和支撑，还要考虑被加热物 质放气时的物质飞溅。 应用各种材料，如高熔点氧化物、高温裂解BN、石墨、难熔金属等制成的坩埚 也可以作为蒸发器。这时加热由二种方式，即传统的电阻加热法和高频加热法，前 者依靠缠于坩埚外的电阻丝加热，而后者用通水的铜制线圈作为加热的初级感应线 圈，它靠在被加热的物质中或坩埚中感生出的感应电流来实现对蒸发物质的加热。 显然，后者要求被加热物或坩埚由一定的导电性。返回
heater box 坩埚式蒸发器结构 radiant heater (袒加热器) substrate holder heat shield antalum heater MOLTE 电子束加热装置结构 DIAGRAM (热灯丝释出电子) FIGURE 3, 4 Thin film deposition by 返回 oration set-up. (B)Diagram of a magnetized deflection elect evaporation system. (From Brodie, I. and J. J. Muray, The Physics of Microfabrication, Plenum Press, New York, 1982. With permission.)
坩埚式蒸发器结构 (袒加热器) 电子束加热装置结构 (热灯丝释出电子) 返回