真空鍍(du)膜的種(zhong)類(lei)

在真空中制備膜層，包括鍍制晶態的金屬、半導體、絕緣體等單質或化合物膜。雖然化學汽相沉積也采用減壓、低壓或等離子體等真空手段，但一般真空鍍膜是指用物理的方法沉積薄膜。真空鍍膜有三種形式，即蒸發鍍膜、濺射鍍膜和離子鍍。

蒸發(fa)鍍(du)(du)膜(mo) 通過加熱(re)蒸發(fa)某種物質使其(qi)沉積在固體表面，稱(cheng)為蒸發(fa)鍍(du)(du)膜(mo)。這種方法最早由M.法拉(la)第于1857年(nian)提出(chu)，現(xian)代已成(cheng)為常(chang)用鍍(du)(du)膜(mo)技(ji)術之一。蒸發(fa)鍍(du)(du)膜(mo)設(she)備結構(gou)如(ru)圖(tu)1。

蒸(zheng)發(fa)(fa)物(wu)質(zhi)如(ru)金(jin)屬(shu)、化(hua)合物(wu)等置于(yu)坩堝(guo)內或(huo)掛在(zai)(zai)(zai)熱絲上(shang)作為蒸(zheng)發(fa)(fa)源(yuan)，待(dai)(dai)鍍(du)工件，如(ru)金(jin)屬(shu)、陶(tao)瓷、塑料等基(ji)(ji)片(pian)置于(yu)坩堝(guo)前方。待(dai)(dai)系統(tong)抽至高(gao)真空后，加熱坩堝(guo)使其中的物(wu)質(zhi)蒸(zheng)發(fa)(fa)。蒸(zheng)發(fa)(fa)物(wu)質(zhi)的原子或(huo)分(fen)子以(yi)冷凝方式(shi)沉積在(zai)(zai)(zai)基(ji)(ji)片(pian)表面(mian)。薄(bo)膜(mo)厚(hou)度(du)可由數百埃(ai)至數微米。膜(mo)厚(hou)決(jue)定(ding)于(yu)蒸(zheng)發(fa)(fa)源(yuan)的蒸(zheng)發(fa)(fa)速率和(he)時間（或(huo)決(jue)定(ding)于(yu)裝料量），并與(yu)源(yuan)和(he)基(ji)(ji)片(pian)的距離有關。對于(yu)大面(mian)積鍍(du)膜(mo)，常采(cai)用旋轉基(ji)(ji)片(pian)或(huo)多蒸(zheng)發(fa)(fa)源(yuan)的方式(shi)以(yi)保證(zheng)膜(mo)層厚(hou)度(du)的均(jun)(jun)勻性。從蒸(zheng)發(fa)(fa)源(yuan)到基(ji)(ji)片(pian)的距離應小于(yu)蒸(zheng)氣分(fen)子在(zai)(zai)(zai)殘余氣體中的平(ping)均(jun)(jun)自由程，以(yi)免蒸(zheng)氣分(fen)子與(yu)殘氣分(fen)子碰撞引起化(hua)學作用。蒸(zheng)氣分(fen)子平(ping)均(jun)(jun)動(dong)能(neng)約(yue)為0.1～0.2電(dian)子伏。

蒸(zheng)發源有三(san)種(zhong)類(lei)型。①電(dian)(dian)阻(zu)加(jia)熱(re)源：用難熔金屬如鎢、鉭制成舟箔或絲狀,通以電(dian)(dian)流,加(jia)熱(re)在它上(shang)方的或置(zhi)于(yu)坩堝中的蒸(zheng)發物質(zhi)（圖1[蒸(zheng)發鍍膜設(she)備示意圖]）電(dian)(dian)阻(zu)加(jia)熱(re)源主要用于(yu)蒸(zheng)發Cd、Pb、Ag、Al、Cu、Cr、Au、Ni等材料(liao)。②高頻(pin)感應加(jia)熱(re)源：用高頻(pin)感應電(dian)(dian)流加(jia)熱(re)坩堝和蒸(zheng)發物質(zhi)。③電(dian)(dian)子束(shu)加(jia)熱(re)源：適用于(yu)蒸(zheng)發溫度(du)較(jiao)高（不低于(yu)2000[618-1]）的材料(liao)，即用電(dian)(dian)子束(shu)轟擊材料(liao)使其蒸(zheng)發。

蒸發鍍(du)膜(mo)與其他真空鍍(du)膜(mo)方法(fa)相比，具(ju)有較(jiao)高的沉積速率(lv)，可鍍(du)制單質和不易熱分解的化(hua)合物(wu)膜(mo)。

為沉(chen)積(ji)高(gao)純單(dan)晶膜層(ceng)，可采用(yong)分子(zi)(zi)(zi)束外延(yan)(yan)(yan)方法。生(sheng)長(chang)摻雜的(de)(de)GaAlAs單(dan)晶層(ceng)的(de)(de)分子(zi)(zi)(zi)束外延(yan)(yan)(yan)裝(zhuang)置如圖(tu)2[ 分子(zi)(zi)(zi)束外延(yan)(yan)(yan)裝(zhuang)置示意圖(tu)]。噴射爐中裝(zhuang)有(you)分子(zi)(zi)(zi)束源，在(zai)超高(gao)真(zhen)空下當它被加熱(re)到一(yi)定溫度(du)時(shi)，爐中元素以束狀分子(zi)(zi)(zi)流射向基(ji)片(pian)。基(ji)片(pian)被加熱(re)到一(yi)定溫度(du)，沉(chen)積(ji)在(zai)基(ji)片(pian)上的(de)(de)分子(zi)(zi)(zi)可以徙動，按基(ji)片(pian)晶格次序生(sheng)長(chang)結晶用(yong)分子(zi)(zi)(zi)束外延(yan)(yan)(yan)法可獲得所需化學計量比的(de)(de)高(gao)純化合物單(dan)晶膜，薄膜最慢生(sheng)長(chang)速度(du)可控(kong)制在(zai)1單(dan)層(ceng)／秒(miao)。通(tong)過控(kong)制擋板(ban),可精確地做出所需成(cheng)分和結構的(de)(de)單(dan)晶薄膜。分子(zi)(zi)(zi)束外延(yan)(yan)(yan)法廣泛(fan)用(yong)于制造各(ge)種光集成(cheng)器件和各(ge)種超晶格結構薄膜。

濺(jian)射(she)(she)鍍膜(mo)(mo)(mo)(mo) 用高(gao)能(neng)粒(li)子(zi)(zi)(zi)轟(hong)擊(ji)固體(ti)(ti)表面(mian)(mian)(mian)時能(neng)使(shi)固體(ti)(ti)表面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)粒(li)子(zi)(zi)(zi)獲得(de)能(neng)量并逸(yi)出(chu)表面(mian)(mian)(mian)，沉(chen)積(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)在(zai)(zai)(zai)基片(pian)上(shang)(shang)(shang)。濺(jian)射(she)(she)現象(xiang)于(yu)(yu)1870年(nian)開(kai)始用于(yu)(yu)鍍膜(mo)(mo)(mo)(mo)技術，1930年(nian)以(yi)后由于(yu)(yu)提(ti)高(gao)了沉(chen)積(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)速(su)率而逐漸用于(yu)(yu)工業生產(chan)。常(chang)用的(de)(de)(de)(de)二(er)極(ji)濺(jian)射(she)(she)設備如(ru)圖3[ 二(er)極(ji)濺(jian)射(she)(she)示意圖]。通(tong)常(chang)將欲沉(chen)積(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)材料(liao)制(zhi)成板材——靶(ba)(ba)(ba)(ba),固定在(zai)(zai)(zai)陰極(ji)上(shang)(shang)(shang)。基片(pian)置(zhi)于(yu)(yu)正(zheng)(zheng)對靶(ba)(ba)(ba)(ba)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)陽極(ji)上(shang)(shang)(shang),距靶(ba)(ba)(ba)(ba)幾厘(li)米。系統抽至高(gao)真空后充入(ru) 10～1帕的(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)（通(tong)常(chang)為(wei)氬氣(qi)(qi)），在(zai)(zai)(zai)陰極(ji)和陽極(ji)間加幾千(qian)伏(fu)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓，兩極(ji)間即(ji)產(chan)生輝光放電(dian)(dian)(dian)(dian)。放電(dian)(dian)(dian)(dian)產(chan)生的(de)(de)(de)(de)正(zheng)(zheng)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)在(zai)(zai)(zai)電(dian)(dian)(dian)(dian)場作用下飛向陰極(ji)，與靶(ba)(ba)(ba)(ba)表面(mian)(mian)(mian)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)碰撞，受(shou)碰撞從靶(ba)(ba)(ba)(ba)面(mian)(mian)(mian)逸(yi)出(chu)的(de)(de)(de)(de)靶(ba)(ba)(ba)(ba)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)稱為(wei)濺(jian)射(she)(she)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi),其能(neng)量在(zai)(zai)(zai)1至幾十電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)伏(fu)范圍。濺(jian)射(she)(she)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)在(zai)(zai)(zai)基片(pian)表面(mian)(mian)(mian)沉(chen)積(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)成膜(mo)(mo)(mo)(mo)。與蒸發(fa)鍍膜(mo)(mo)(mo)(mo)不(bu)同，濺(jian)射(she)(she)鍍膜(mo)(mo)(mo)(mo)不(bu)受(shou)膜(mo)(mo)(mo)(mo)材熔(rong)點(dian)的(de)(de)(de)(de)限制(zhi),可(ke)(ke)濺(jian)射(she)(she)W、Ta、C、Mo、WC、TiC等(deng)(deng)難熔(rong)物(wu)質(zhi)。濺(jian)射(she)(she)化(hua)合物(wu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)可(ke)(ke)用反(fan)(fan)應(ying)濺(jian)射(she)(she)法，即(ji)將反(fan)(fan)應(ying)氣(qi)(qi)體(ti)(ti) (O、N、HS、CH等(deng)(deng))加入(ru)Ar氣(qi)(qi)中,反(fan)(fan)應(ying)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)及其離(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)與靶(ba)(ba)(ba)(ba)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)或濺(jian)射(she)(she)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)發(fa)生反(fan)(fan)應(ying)生成化(hua)合物(wu)（如(ru)氧化(hua)物(wu)、氮化(hua)物(wu)等(deng)(deng)）而沉(chen)積(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)在(zai)(zai)(zai)基片(pian)上(shang)(shang)(shang)。沉(chen)積(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)絕(jue)緣(yuan)膜(mo)(mo)(mo)(mo)可(ke)(ke)采(cai)用高(gao)頻(pin)濺(jian)射(she)(she)法。基片(pian)裝在(zai)(zai)(zai)接(jie)(jie)地的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)上(shang)(shang)(shang)，絕(jue)緣(yuan)靶(ba)(ba)(ba)(ba)裝在(zai)(zai)(zai)對面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)上(shang)(shang)(shang)。高(gao)頻(pin)電(dian)(dian)(dian)(dian)源一端接(jie)(jie)地，一端通(tong)過匹配網絡(luo)和隔(ge)直流電(dian)(dian)(dian)(dian)容接(jie)(jie)到(dao)(dao)(dao)裝有絕(jue)緣(yuan)靶(ba)(ba)(ba)(ba)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)上(shang)(shang)(shang)。接(jie)(jie)通(tong)高(gao)頻(pin)電(dian)(dian)(dian)(dian)源后，高(gao)頻(pin)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓不(bu)斷(duan)改(gai)變極(ji)性。等(deng)(deng)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)體(ti)(ti)中的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)和正(zheng)(zheng)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)在(zai)(zai)(zai)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓的(de)(de)(de)(de)正(zheng)(zheng)半周和負(fu)半周分別(bie)打(da)到(dao)(dao)(dao)絕(jue)緣(yuan)靶(ba)(ba)(ba)(ba)上(shang)(shang)(shang)。由于(yu)(yu)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)遷移率高(gao)于(yu)(yu)正(zheng)(zheng)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)，絕(jue)緣(yuan)靶(ba)(ba)(ba)(ba)表面(mian)(mian)(mian)帶負(fu)電(dian)(dian)(dian)(dian)，在(zai)(zai)(zai)達到(dao)(dao)(dao)動(dong)態平衡(heng)時，靶(ba)(ba)(ba)(ba)處于(yu)(yu)負(fu)的(de)(de)(de)(de)偏置(zhi)電(dian)(dian)(dian)(dian)位，從而使(shi)正(zheng)(zheng)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)對靶(ba)(ba)(ba)(ba)的(de)(de)(de)(de)濺(jian)射(she)(she)持續進(jin)行。采(cai)用磁控(kong)(kong)濺(jian)射(she)(she)可(ke)(ke)使(shi)沉(chen)積(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)速(su)率比非磁控(kong)(kong)濺(jian)射(she)(she)提(ti)高(gao)近一個數

真空鍍膜

量級。

離(li)子(zi)鍍(du)(du)(du)(du) 蒸(zheng)發(fa)(fa)物質的(de)(de)分子(zi)被(bei)電(dian)子(zi)碰撞電(dian)離(li)后以離(li)子(zi)沉積在固體表(biao)面(mian)，稱為(wei)離(li)子(zi)鍍(du)(du)(du)(du)。這種技術是(shi)D.麥托克斯(si)于(yu)1963年提(ti)出的(de)(de)。離(li)子(zi)鍍(du)(du)(du)(du)是(shi)真空蒸(zheng)發(fa)(fa)與(yu)陰極(ji)濺射技術的(de)(de)結合。一(yi)種離(li)子(zi)鍍(du)(du)(du)(du)系統如圖4[離(li)子(zi)鍍(du)(du)(du)(du)系統示(shi)意圖],將基片(pian)臺作(zuo)為(wei)陰極(ji)，外殼(ke)作(zuo)陽極(ji)，充入惰性氣體（如氬(ya)）以產生(sheng)輝光放電(dian)。從蒸(zheng)發(fa)(fa)源(yuan)蒸(zheng)發(fa)(fa)的(de)(de)分子(zi)通(tong)過等離(li)子(zi)區時發(fa)(fa)生(sheng)電(dian)離(li)。正(zheng)離(li)子(zi)被(bei)基片(pian)臺負電(dian)壓加(jia)速打到基片(pian)表(biao)面(mian)。未(wei)電(dian)離(li)的(de)(de)中性原(yuan)子(zi)（約(yue)(yue)占蒸(zheng)發(fa)(fa)料的(de)(de)95％）也沉積在基片(pian)或真空室(shi)壁表(biao)面(mian)。電(dian)場對離(li)化(hua)的(de)(de)蒸(zheng)氣分子(zi)的(de)(de)加(jia)速作(zuo)用（離(li)子(zi)能量約(yue)(yue)幾百～幾千電(dian)子(zi)伏(fu)）和氬(ya)離(li)子(zi)對基片(pian)的(de)(de)濺射清洗作(zuo)用，使膜(mo)(mo)層附(fu)著(zhu)強度大(da)大(da)提(ti)高。離(li)子(zi)鍍(du)(du)(du)(du)工藝綜合了蒸(zheng)發(fa)(fa)（高沉積速率）與(yu)濺射（良(liang)好的(de)(de)膜(mo)(mo)層附(fu)著(zhu)力）工藝的(de)(de)特點，并有很好的(de)(de)繞射性，可為(wei)形狀(zhuang)復雜的(de)(de)工件鍍(du)(du)(du)(du)膜(mo)(mo)。