什么影响薄膜的纯度?
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。