半導體薄膜沉積-物理/氣相沉積

日期：2025-10-28 03:30

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摘要：半導體薄膜沉積-物理/氣相沉積采用物理方法，將材料源--固體或者液體氣化成氣態原子、分子或部分電離成離子，并通過低氣壓氣體（或等離子體）過程，在基體表面沉積具有某種特殊功能的薄膜技術。物理/氣象沉積的主要方法有：真空蒸鍍、濺射鍍膜、電弧等離子體鍍、離子鍍及分子束外延等。發展到目前，物理/氣相沉積技術不僅可沉積金屬膜、合金膜還可沉積化合物、陶瓷、半導體、聚合物膜等。 ...

采用物理方法，將材料源--固體或者液體氣化成氣態原子、分子或部分電離成離子，并通過低氣壓氣體（或等離子體）過程，在基體表面沉積具有某種特殊功能的薄膜技術。物理/氣象沉積的主要方法有：真空蒸鍍、濺射鍍膜、電弧等離子體鍍、離子鍍及分子束外延等。發展到目前，物理/氣相沉積技術不僅可沉積金屬膜、合金膜還可沉積化合物、陶瓷、半導體、聚合物膜等。

熱蒸鍍

電子束蒸鍍

離子濺射

磁控濺射

離子鍍

激光脈沖沉積

分子束外延MBE

優點

設備簡單，沉積速度快

直接加熱，效率高，能量密度大，蒸發高熔點材料，避免坩堝本身對薄膜的污染

附著力強，任何材料都可以

任何物質均可以濺射，附著力強，重復性好

鍍膜范圍廣，附著性好，純度高，能在復雜圖形上鍍膜，成膜速度高

可蒸鍍熔點高材料，加熱源在真空室外，簡化真空室，費接觸式加熱，無污染

可嚴格控制生長速率以及膜成分，極好的膜厚度控制性

缺點

不容易形成結晶膜，附著力差，重復性差

裝置復雜，殘余氣體和部分蒸汽電離對薄膜性能有影響，附著力較差

不能沉積大面積均勻的膜，設備復雜，運行成本高

設備需要高壓，設備復雜，成膜速度較蒸鍍慢，受到離子攻擊會有缺陷

受到離子攻擊膜會有缺陷，受離子和電子攻擊基材需要加冷卻裝置，離子污染

費用高

不適合厚膜生長，以及大量成產

一、蒸鍍

1.熱蒸鍍

通過一定的加熱方式使靶材氣化，在真空下及一定的蒸氣壓下將氣化的原子或分子由靶材運送到襯底上，通過粒子對襯底表面的碰撞及襯底表面對粒子的吸附及表面遷移完成成核與生長。

2.電子束蒸發

電子束蒸發與熱蒸發的區別在于通過電子束加熱靶材，可蒸發高熔點材料，可避免靶材與坩堝壁碰撞發生反應影響薄膜的質量。廣泛應用于制備高純度薄膜和導電玻璃等各種光學材料薄膜。

二、濺射鍍膜

1.磁控濺射

電子在電場E的作用下，在飛向基片過程中與氬原子發生碰撞，使其電離產生出Ar正離子和新的電子，新電子飛向基片，Ar離子在電場作用下加速飛向陰極靶，并以高能量轟擊靶表面，使靶材發生濺射。在濺射粒子中，中性的靶原子或分子沉積在基片形成薄膜。

2.離子束濺射

利用離子源產生一定能量的離子束以一定角度轟擊置于高真空中的靶材，使其表面原子濺射出來，沉積在基底成膜的過程。

3.脈沖激光沉積PLD

一種利用激光對物體進行轟擊，然后將轟擊出來的物質沉積在不同的襯底上，得到沉積或者薄膜

三、離子鍍

1.離子鍍在真空條件下，利用氣體放電使氣體或被蒸發物質部分電離，并在氣體離子或被蒸發物質離子的轟擊下，將蒸發物質或其反應物沉積在基片上的方法。包括磁控濺射離子鍍、反應物離子鍍、空心陰極放電離子鍍（空心陰極蒸鍍法）、多弧離子鍍（陰極電弧離子鍍）等。

2.分子束外延MBE

分子束外延是一種在晶體基片上生長高質量的晶體薄膜的新技術，在超真空條件下，由裝有各種所需組分的爐子加熱而產生的蒸氣，經小孔準直后形成的分子束或原子束，直接噴射到合適溫度的單晶基片上，同時控制分子束對襯底掃描，就可使分子或原子排列一層層地“長”在基片上形成薄膜。

文章來源：真空技術與設備網

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	熱蒸鍍	電子束蒸鍍	離子濺射	磁控濺射	離子鍍	激光脈沖沉積	分子束外延MBE
優點	設備簡單，沉積速度快	直接加熱，效率高，能量密度大，蒸發高熔點材料，避免坩堝本身對薄膜的污染	附著力強，任何材料都可以	任何物質均可以濺射，附著力強，重復性好	鍍膜范圍廣，附著性好，純度高，能在復雜圖形上鍍膜，成膜速度高	可蒸鍍熔點高材料，加熱源在真空室外，簡化真空室，費接觸式加熱，無污染	可嚴格控制生長速率以及膜成分，極好的膜厚度控制性
缺點	不容易形成結晶膜，附著力差，重復性差	裝置復雜，殘余氣體和部分蒸汽電離對薄膜性能有影響，附著力較差	不能沉積大面積均勻的膜，設備復雜，運行成本高	設備需要高壓，設備復雜，成膜速度較蒸鍍慢，受到離子攻擊會有缺陷	受到離子攻擊膜會有缺陷，受離子和電子攻擊基材需要加冷卻裝置，離子污染	費用高	不適合厚膜生長，以及大量成產