物理和化學沉積鍍膜其它課件

金屬有機物化學氣相沉積（MOCVD-MetalOrganicCVD）概念：利用金屬有機物的熱分解進行化學氣相沉積制備薄膜的CVD方法特點：近十幾年發(fā)展發(fā)展起來的一種新的表面氣相沉積技術，它一般使用金屬有機化合物和氫化物作為原料氣體，進行熱解化學氣相沉積。制備范圍：在較低溫度下沉積各種無機材料，如金屬氧化物、氫化物、碳化物、氟化物及化合物半導體材料和單晶外延膜、多晶膜和非晶態(tài)膜，已成功應用于制備超晶格結(jié)構(gòu)、超高速器件和量子阱激光器。研究現(xiàn)狀：最重要的應用是Ⅲ~Ⅴ族，Ⅱ~Ⅵ族半導體化合物材料，如GaAs、InAs、InP、GaAlAs、ZnS等氣相外延?？梢哉fMOCVD技術不僅可改變材料的表面性能，而且可直接構(gòu)成復雜的表面結(jié)構(gòu)，制造出多種新的功能材料，特別是復雜的新功能材料，在微電子應用中已獲得很大的成功。其也可以用于沉積金屬膜層，它比采用金屬鹵化物的沉積溫度要低，但MO源往往又具有毒性和易燃性，需加一定的防護措施。國內(nèi)至今有二十余個單位在從事MOCVD研究與應用工作，主要是研制多層和超晶格量子阱結(jié)構(gòu)的半導體材料。注意事項：大多數(shù)金屬有機化合物易燃，與H2O接觸易爆；部分金屬有機化合物和氫化物有劇毒。因此使用這些化合物和工藝操作上，應嚴格依據(jù)有關的防護、安全規(guī)定進行操作。設備：一般由反應室、反應氣體供給系統(tǒng)、尾氣處理系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)等四個部分組成。MOCVD設備較貴，而且所用的金屬有機化合物也很貴，所以只有制備高質(zhì)量的外延膜層時才用此法。分類：常壓（APMOCVD）：操作方便，價格成本相對較低，一般常被用來沉積各種薄膜；低壓（LPMOCVD）：主要在考慮亞微米級涂鍍層和多層的結(jié)構(gòu)上采用，特別是多層結(jié)構(gòu)，已成功長出多層和超晶格結(jié)構(gòu)。制備的新功能材料使材料的性能與器件的性能都得到了提高；原子層外延（ALE）：是生長單原子級薄膜與制備新型電子和光子器件的先進技術；激光MOCVD：用激光不僅可增強工藝過程，而且可局部進行。最大優(yōu)點，使用低溫生長從而減少玷污。雖然工藝過程較為緩慢，但MOCVD工藝能夠滿足批量生產(chǎn)的需要，且適合較大的片基。另外MOCVD還具有制備化學組分不同的多層膜的能力；MOCVD的薄膜組成元素均以氣體形式進入反應室，通過控制載氣流量和切換開關易于控制薄膜組分，薄膜污染程度較小；以金屬有機物為源，低溫沉積可降低薄膜中的空位密度和缺陷；能精確掌握各種氣體的流量，控制外延層的成分、導電類型、載流子濃度、厚度等，從而獲得超晶格薄膜；反應勢壘低，制備外延膜時，對襯底的取向要求不高。此外，與MBE不同，MOCVD可以在如InGaAsP這樣的器件中淀積磷。但是MOCVD也有缺陷，體現(xiàn)在所用原材料成本較高，毒性大，因此研究毒性較小的有機砷來代替原材料是一項急需解決的問題

離子鍍IP(Ionplating），同時結(jié)合蒸發(fā)和濺射的特點，讓靶材原子蒸發(fā)電離后與氣體離子一起受電場的加速，而在基片上沉積薄膜的技術。電場作用下，被電離的靶材原子與氣體離子一起轟擊鍍層表面，即沉積與濺射同時進行作用于膜層，附著性提高。離子鍍示意圖離子鍍的特點具有蒸發(fā)鍍膜和濺射鍍膜的特點膜層的附著力強。繞射性好，可鍍復雜表面。沉積速率高、成膜速度快、可鍍厚膜?？慑儾牧蠌V泛，有利于化合物膜層的形成。薄膜沉積之前的離子轟擊對基片的表面作用如下：濺射清洗作用。有效清除基片表面的氣體、各種污染物和氧化物等。如果入射離子能量高，活性大，還可與基片物質(zhì)發(fā)生反應乃至發(fā)生化學濺射產(chǎn)生缺陷和位錯網(wǎng)。破壞表面晶體結(jié)構(gòu)氣體摻入。低能離子轟擊會造成氣體摻入表面和淀積膜之中。不溶性氣體的摻入能力決定于遷移率、捕獲位置、基片溫度及淀積離子的能量大小等。一般非晶材料的捕集氣體能力比晶體材料強。當然轟擊作用也會使捕集的氣體釋放。某種工藝下，摻入氣體量可高達百分之幾。表面成分變化。由于系統(tǒng)內(nèi)各組分的濺射率不通，會造成表面成分與整體成分的不同，表面區(qū)的擴散對成分有顯著影響。高缺陷濃度和高溫也會促進擴散，點缺陷易于聚集在表面，缺陷的移動會使溶質(zhì)發(fā)生偏西并使較小的離子在表面聚集。表面形貌變化。轟擊后表面形貌將會發(fā)生很大的變化，表面粗糙度在大，并改變?yōu)R射率溫度升高。轟擊離子的絕大部分能量都轉(zhuǎn)變成熱能。溶液鍍膜法是在溶液中利用化學反應或電化學反應等化學方法在基板表面沉積薄膜的一種技術，常稱為濕法鍍膜?；瘜W鍍?nèi)苣z—凝膠法陽極氧化法LB法電鍍法化學浴沉積法溶膠—凝膠法(sol-gel)將易于水解的金屬化合物(無機鹽或醇鹽)在某種溶劑中與水發(fā)生反應，經(jīng)過水解與縮聚過程而逐漸凝膠化，再經(jīng)過干燥、燒結(jié)處理，獲得所需薄膜。水解反應生成溶膠(水解反應)；聚合生成凝膠(縮聚反應)。目前已用于制備TiO2、Al2O3、SiO2、BaTiO3、PbTiO3、PZT、PLZT和LiNbO3等。在諸多納米粉體的制備法中，溶膠-凝膠法因有獨特的優(yōu)點而被廣泛應用。溶膠是固體顆粒分散于液體中形成的膠體，當移去穩(wěn)定劑粒子或懸浮液時，溶膠粒子形成連續(xù)的三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。凝膠由固體骨架和連續(xù)相組成，除去液相后凝膠收縮為干凝膠，將干凝膠煅燒即成為均勻超細粉體。該方法的操作過程大致如下：先將金屬醇鹽或無機鹽類協(xié)調(diào)水解得到均相溶膠后，加入溶劑、催化劑和螯合劑等形成無流動水凝膠，再在一定的條件下轉(zhuǎn)化為均一凝膠，然后除去有機物、水和酸根，最后進行干燥處理得到超細化粉體。

溶膠-凝膠法具有許多優(yōu)點：由于反應在各組分的混合分子間進行，所以粉體的粒徑小且均勻性高；反應過程易于控制，可獲得一些其他方法難以得到的粉體；不涉及高溫反應，能避免引入雜質(zhì)，產(chǎn)品純度高。但是溶膠-凝膠法在制備粉體過程中同樣有許多因素影響到粉體的形成和性能。因為醇鹽的水解和縮聚反應是均相溶液轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z的根本原因，故控制醇鹽水解縮聚條件是制備高質(zhì)量溶膠的關鍵。溶膠-凝膠法的另一主要問題是納米粒子之間發(fā)生自團聚，進而形成較大的粒子。引起團聚的原因很多，國內(nèi)外已有學者從熱力學的角度探討了溶膠不穩(wěn)定性，認為高分子及表面活性劑是較好的納米粒子穩(wěn)定劑。

總起來說，溶膠-凝膠法制備設備簡單、成本低，適宜大面積制膜和批量生產(chǎn)，有望成為開發(fā)新型納米功能薄膜材料的