8 功能薄膜材料

功能薄膜材料Functional filmy material

薄膜太阳 能电池

薄膜沉积技术

自70年代以来，薄膜技术得到突飞猛进的 发展，无论在学术上还是在实际应用中都取得 了丰硕的成果。薄膜技术和薄膜材料的发展涉 及几乎所有前沿学科，它的应用与推广又渗透 到各个学科以及应用技术中。

如电子、计算机、磁记录、信息、传感器、

能源、机械、光学、航空航天、核工业、化工、生物、医学等，现已成为当代真空技术和材料

科学中最活跃的研究领域，所制备的各种类型的新材料、新结构、新功能的薄膜,对材料的

研究和使用起到巨大推动作用。

一、成膜技术目前，薄膜的制备方法很多，如气相生成法、

液相生成法、离子注入法、氧化法、扩散与涂布法、电镀法等等。许多薄膜材料的制备方法涉及气相到

固相的转变。气相中各组分能够充分的均匀混合，制备的材料组分均匀，易于掺杂，制备温度低，适

合大尺寸薄膜的制备，并且能够在形状不规则的衬底上生长薄膜。

基于气相—固相转变的薄膜制备方法分为物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)两大类，

其中分子束外延(MBE)、激光脉冲沉积(PLB)、溅射(sputtering)和金属有机物化学气相沉积

(MOCVD)等技术在实际应用中有重要意义。

1、真空蒸镀法把待镀的基片臵于高真空室内，通过加热使蒸 发材料气化(或升华)而淀积到某一温度基片的 表面上，从而形成一层薄膜。这一工艺过程称 为真空蒸镀法。

采用蒸发形成薄膜的过程包括以下几个物理阶段：

(1)采用蒸发或升华把被淀积的材料转变为气态；(2)原子(分子)从蒸发源转移到基片上； (3)这些粒子淀积在基片上； (4)在基片表而上粒子重新排列或它们的键发生变化。

升华 原料 气态

凝结

薄膜

蒸发

真空蒸镀设备主要由真空镀膜室和真空抽

气系统两大部分组成，见图17-1所示。

真空镀膜室是用不锈钢或玻璃制成的钟罩。 镀膜室内装有蒸发电极、基片架；轰击电极、测 温和烘烤电极、挡板转动装臵、膜厚监控测量仪 以及一些辅助装臵。 真空抽气系统主要由扩散泵、机械泵、高真 空阀、低真空阀、充气阀及挡油器等组成。

蒸发源分为电阻加热、电子束加热、激光等类型。

电阻加热蒸发源是用高熔点金属(钨、钼、钽)做成。用蒸发源存放膜料，利用大电流通过加热器时产生

的焦耳热来直接加热膜料使其蒸发，通常用于蒸发温度小于1500℃的铝、金、银等金属，以及硫化物、

氟化物、某些氧化物。这种蒸发源结构简单、使用方便、造价低，因此使用普遍。

电子束加热蒸发源利用电子束集中轰击膜料的一 部分而进

行加热，它由热阴极、电子加速极和阳 极(膜料)等组成。

电子束蒸发源的特点是:能量高度集中，使膜 料的局部表面获得高温，可控制蒸发温度。因 此对高、低熔点的膜料都适用，尤其适合熔点 达2000℃的氧化物。由于不需坩埚，避免了坩 埚材料对膜料的污染。

激光蒸发源将激光束作为热源来加热膜料，通过聚焦可使激光束功率达到106W/cm2以上，

它以无接触加热方式使膜料迅速气化,然后淀积在基片上形成薄膜。

激光蒸发的主要优点是：能实现化合物的蒸发沉积，而且不会产生分馏现象，能蒸发任何高

熔点材料。采用激光蒸发源是淀积介质膜、半导体膜、金属膜和天机化合物膜的好方法。