薄膜的纯度

作者:爱特斯

 

薄膜的纯度与所蒸发纯度依赖于一下三个方面：一是源材料的纯度；二是加热装置、蒸发舟以及支撑材料的污染；三是真空系统中的残余气体。在沉淀过程中，蒸发物，包括原子和分子，连同残余气体同时的、独立的撞击到基片表面。

表1-1给出了沉淀速率和残余气体压力在影响薄膜中含氧量上的相互作用。根据氧气的黏滞系数（大概在0.1量级或者更小）可以大概估计出含氧量密度，然而这些结果有重要意义。为了沉积出非常纯的薄膜，要求沉积速率高和低气体(H₂0、CO₂、C0、O₂、N₂)残余压力。对于真空蒸发来说这些条件都不是很难的，比如在10^-6 torr 的压力下蒸发速率可以达到1000 Å /s。

表1-1     室温沉积Tim 薄膜的最大氧含量

P02/torr	沉淀率/（Å /s）
	1	10	100	1000
10-9	10-3	10-4	10-5	10-6
10-7	10-1	10-2	10-3	10-4
10-5	10	1	10-1	10-2
10-3	103	102	10	1

 

另一方面，在溅射工艺中，沉积速率一般比蒸发低2个数量级，而压力比蒸发高4个数量级，因此所沉积的薄膜含有较高的氧。正是这个原因溅射不像蒸发那样被认为是一种清洁的薄膜制备方法。然而过去的20年中，随着高沉淀速率磁控溅射技术的商业发展，在清洁真空系统下低压强工作的溅射技术取得大量的进展。在制备AI薄膜时，两种方法得到的薄膜纯度大致相当。最后，表1-1表面在10^-3torr残余气体压力下沉淀薄膜，薄膜中渗入了大量的氧。在反应沉淀金属氧化物的工艺中，可以利用这个引入氧，促进和金属反应。

在制备纯的金属薄膜中，存在氧和氮杂质的明显影响是降低电导率、反射率以及其他的一些特性，如硬度等。