蒸发源加热主要有2种:电阻加热法、电子束加热法。
电阻加热法要求:蒸发源材料要选择熔点高,即使在高温下也不熔化的低蒸汽压物质。可用W、Ta或Mo做成网状或直板形状,把蒸发源物质放在其上进行加热。 蒸发材料的蒸汽压要比蒸发物质的蒸汽压高得多,而且更不希望其与蒸发源形成合金,降低蒸发源的熔点。如,Fe,Al,Ge和Ni是容易生成合金的代表性材料。Au不易生成合金,只是容易和Ta生成合金。 此外,也可选择间接加热法,即将蒸发源物质放入一个带有小孔的耐热性容器内,从外面对容器加热使其蒸发。若容器的温度均匀,则可实现蒸发时的热平衡状态,这时分子流强度由温度决定,称为克努曾型蒸发源。与此对应的像加热电阻丝那样的非平衡状态下的蒸发称为狼缪尔型蒸发源。
电子束加热法:可实现局部高温加热,易蒸发出高纯度的薄膜。也可用磁场对电子束进行聚焦并使其偏转后集中射到耙子上。
特殊的蒸发:
对薄膜电阻器或磁性薄膜器件来说,经常使用合金或化合物的材料制作,而如果用一般的蒸发方法,则其得到的薄膜中的化学计量比与原材料有所不同。
合金的蒸发:可用乌拉耳定律类推:Pa+n=[Pa/(Na+Nb)]Pa 其中Pa为溶剂a的蒸汽压,Na和Nb分别为溶剂a和溶质b的摩尔数,溶液的蒸汽压可由此公式推出。 另外,若将合金看成溶液,含量较多的视为溶剂,可定性地估算合金的蒸汽压。
用一般的方法使合金蒸发,得到的薄膜的状态如何呢? 对铁镍合金(2:1)的实验(用X线分析法分析每秒钟在每平方厘米上所沉积的薄膜的铁镍含量)表明:开始时是富铁状态,后在薄膜的表面变成富镍。
为得到与蒸发源同等成分比的薄膜,出现了2种新的蒸发方法:1)瞬时蒸发法 2)双源蒸发法
瞬时蒸发法:将蒸发材料做成细粒,一点一点落到蒸发源上,并在瞬间将细粒蒸发掉。适用于三元或四元合金,但蒸发速度较难控制。
无机化合物的蒸发:如蒸发SiO细粒制作SiO薄膜,得到的薄膜Si的含量过剩。
用一般方法蒸发制得的薄膜与原材料较接近的无机化合物有:MgO、BeO、Al2O3、CoO2、MgF2和ZnS等。 对于NiO、SiO和TiO2,其薄膜中O的含量明显不足;CdS则是Cd过剩。
所以为制得化合物薄膜,用研究出了反应蒸发法、三温度法和电子束蒸发法。
反应蒸发法:将活性气体导入真空室,使活性气体的分子、原子和蒸发源逸出来的蒸发原子、分子在基片上反应以得到需要的化合物薄膜。如SiO,就是鼓入10-2~10-5Torr左右压强的干燥O2。若控制好蒸发速度和基片的温度,可得到接近SiO2成分比的薄膜。还有AlN是NH3;TiC是C2H4。
三温度法:即是双源蒸发法,经常用于制作GaAs薄膜。
溅射法:把离子加速,然后去轰击固体表面,加速的离子与固体表面的原子碰撞,进行动量交换后将原子从固体表面溅出,溅出的原子在基片上淀积成膜。Sputtering。溅射时,多半是让被加速了的正离子去轰击蒸发源阴极,再从阴极溅出原子,所以也称为阴极溅射法。
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