大学薄膜物理蒸发源的特性及膜厚分布本节知识点概括：在真空蒸发镀膜过程中，能否在基板上获得均匀膜厚，是制膜的关键问题。基板上不同蒸发位置的膜厚，取决于蒸发源的蒸发(或发射)特性、基板与蒸发源的几何形状、相对位置以及蒸发物质的蒸发量。镀膜过程中对于膜厚的分布如何，也是人们十分关心的问题。(1)蒸发原子或分子与残余气体分子间不发生碰撞；(2)在蒸发源附近的蒸发原子或分子之间也不发生碰撞；(3)蒸发淀积到基板上的原子不发生再蒸发现象，即第一次碰撞就凝结于基板表面上。上述假设的实质就是设每一个蒸发原子或分子，在入射到基板表面上的过程中均不发生任何碰撞，而且到达基板后又全部凝结。显然，这必然与实际的蒸发过程有所出入。但是，这些假设对于在10-3Pa或更低的压强下所进行的蒸发过程来说，它与实际情形是非常接近的。因此，可以说目前通常的蒸发装置一般都能满足上述条件。蒸发源的种类繁多，下面分别介绍几种最常用的蒸发源。一、点蒸发源通常将能够从各个方向蒸发等量材料的微小球状蒸发源称为点蒸发源(简称点源)。一个很小的球dS，以每秒m克的相同蒸发速率向各个方向蒸发，则在单位时间内，在任何方向上．通过如图2-4所示立体角dω的蒸发材料总量为dm，则有:这一点也可从式(2—27)与(2—32)的比较中得出。图2—7和2—8为两个蒸发用料重量简便计算图，可用以估计某一用途所需蒸发量的重量。所以，蒸发材料到达dS2上的蒸发速率dm可写成1．点源与基板相对位置的配置25)中的cosθ＝1时，t值为常数，即(2)在蒸发源附近的蒸发原子或分子之间也不发生碰撞；2．小平面源与基板相对位置的配置为了在宽广面积上得到较好的膜厚均匀性，可以采用环状蒸发源(简称环源)。五、球曲面基板上的膜厚分布tmax----x≤|±1／2|范围内的最大膜厚；但是，这些假设对于在10-3Pa或更低的压强下所进行的蒸发过程来说，它与实际情形是非常接近的。细长平面蒸发源的发射特性如图2—9所示。所以，可参照式(2—30)求出在dσ上得到的蒸发质量为这是实际生产中的一种重要选择。但是，这些假设对于在10-3Pa或更低的压强下所进行的蒸发过程来说，它与实际情形是非常接近的。所以，蒸发材料到达dS2上的蒸发速率dm可写成假设蒸发膜的密度为ρ；单位时间内淀积在dS2上的膜厚为t，则淀积到dS2上的薄膜体积为tdS2，则将此值代入式(2-23)，则可得基板上任意一点的膜厚经整理后得当dS2在点源的正上方，即θ＝0时，cosθ=1，用t0表示原点处的膜厚，即有显然，t0是在基板平面内所能得到的最大膜厚。则在基板架平面内膜厚分布状况可用下式表示所以，可参照式(2—30)求出在dσ上得到的蒸发质量为五、球曲面基板上的膜厚分布在这种情况下，膜厚仅与蒸发材料的性质、半径r值的大小以及蒸发源所蒸发出来的质量m有关。(2-37)(2-36)同理，t0是基板平面内所得到的最大蒸发膜厚。1．点源与基板相对位置的配置(1)蒸发原子或分子与残余气体分子间不发生碰撞；选择适当的R与h比时，在蒸发平面上相当大范围内膜厚分布是均匀的。如果被蒸镀的面积比较小，这时可将蒸发源直接配置于基板的中心线上，基板距蒸发源高度H可取为H=(1~1.基板平面内其他各处的膜厚分布，即t与t0之比为为了在较大平板形基板上获得均匀的膜厚，除可采用使基板公转加自转的“行星”方式外，采用多个分离的点源来代替单一点源或小平面蒸发源是一利最简便的方法。如果蒸发材料到达与蒸发方向成θ角的小平面dS2几何面积已知，则淀积在该小平面薄膜的蒸发速率即可求得同理，将代入上式后，则可得到小型蒸发源时，基板上任意一点的膜厚t为当dS2在小平面源正上方时(θ＝0，β＝0)，用t0表示该点的膜厚为同理，t0是基板平面内所得到的最大蒸发膜厚。基板平面内其他各处的膜厚分布，即t与t0之比为图2—6比较了点蒸发源与小平面蒸发源两者的相对厚度分布曲线。另外，比较式(2－25)和(2－31)，可以看出。两种源在基片上所淀积的膜层厚度，虽然很近似，但是由于蒸发源不同，在给定蒸发料、蒸发源和基板距离的情况下，平面蒸发源的最大厚度可为点蒸发源的四倍左右。这一点也可从式(2—27)与(2—32)的比较中得出。图2—7和2—8为两个蒸发用料重量简便计算图，可用以估计某一用途所需蒸发量的重量。要注意这个图适用于点蒸发源，并假定淀积簿膜密度为块状材料的密度。三、细长平面蒸发源细长平面蒸发源的发射特性如图2—9所示。下面讨论这种蒸发源的膜厚分布问题。设基板平行放置于长度为l的细长蒸发源，源一基距为h，与中心点距离S的微险小面积为dS，在x