薄膜制备办法能够分为气相天生法、氧化法、离子注入法、分散法、电镀法、涂布法、液相成长法等。此中气相天生法可分为物理气相堆积法(PhysicalVaporDeposition，简称PVD法)以及化学气相堆积法(ChemicalVaporDeposition，简称CVD法)，因为它们根本上都是处于真空环境下进行的，因而称它们为真空镀膜技巧。

　　PVD法次要包罗真空蒸镀法、溅射镀膜以及离子镀膜，是根本的薄膜制备技巧。真空蒸镀是正在真空室中，加热蒸发容器中待构成薄膜的原资料，使其原子或份子从外表气化逸出，构成蒸气流，溅射到固体(称为基体)外表凝集构成固态薄膜。蒸发祥是蒸发安装的要害部件，依据蒸发祥的没有同能够将蒸发镀膜分为电阻蒸发祥蒸镀法、电子束蒸发祥蒸镀法、高频感到蒸发祥蒸镀法以及激光束蒸发祥蒸镀法等。溅射镀膜的形式不少，比拟具备代表性的办法有：直流二级、三极或四极溅射、磁控溅射、对向靶溅射、射频溅射、反响溅射、偏偏压溅射、非对称交流溅射、离子束溅射。离子镀膜又叫离子镀(IonPlating，简称IP)，它是正在真空蒸发以及溅射技巧根底上倒退起来的一种新的镀膜技巧，即正在真空前提下使气体或蒸发物资电离，正在气体离子或被蒸发物资离子的轰击下，同时将蒸发物或其反响产品蒸镀正在基体上。近几年来，物理气相堆积技巧的使用工具一直扩大，解决时基体温度进一步升高，新型镀层、复合镀层、多层镀层年夜量呈现[11]。跟着高功率激光技巧的日趋成熟、微波技巧的使用和对薄膜功能要求的一直进步，许多新的物理技巧援用到薄膜的制备中来，如脉冲激光堆积(PLD)[12，13]、份子束内涵(MBE)[14]、液相内涵(LPE)、热壁内涵(HWE)等[1]。此中，脉冲激光堆积(PulsedLaserDeposition，PLD)是将准份子脉冲激光器所孕育发生的高功率脉冲激光束聚焦作用于靶材外表，使靶材外表孕育发生低温及熔蚀，并进一步孕育发生低温低压等离子体，这类等离子体定向部分收缩发射并正在基体上堆积而构成薄膜。PLD技巧正在难熔资料及多组分资料(如化合物半导体、电子陶瓷、超导资料)的精细薄膜尤为是内涵单晶纳米薄膜及多层构造的制备上显示出广阔前景[15]。份子束内涵成长法(MolecularBeamEpitaxy，MBE)是1969年由Bell试验室的J.R.Arthur定名的。它是一种新的次要用于开发Ⅲ-Ⅴ族半导体的内涵成长法，这类办法是把所需求内涵的膜料放正在放射炉中，正在10-8Pa量级的超高真空前提下使其加热蒸发，并将这些膜料组分的原子(或份子)按肯定比例放射到加热的基体下内涵堆积成膜。今朝，用MBE办法制备的半导体薄膜激光器、HgCdTe红外探测器、InGaAs/InGaAsP等量子阱资料正在实际使用方面展现了首要的前景。

　　普通地，化学气相堆积(CVD)镀膜技巧次要包罗热合成法、复原法、氧化法、激起反响法、加水份解法、与氨反响法、化学保送反响法等。近几年来，CVD技巧有了很年夜的倒退，呈现了许多新的技巧，如金属无机化合物化学气相堆积(MOCVD)法、等离子体加强化学气相堆积(PECVD)法、激光致化学气相堆积(LCVD)法、超高真空/化学气相堆积(UHV/CVD)法、射频加热化学气相堆积(RF/CVD)法以及紫外光能量辅佐化学气相堆积(UV/CVD)法等新技巧。

　　2溅射技巧的停顿

　　用带有几十电子伏特以上动能的离子或离子束照耀固体外表，接近固体外表的原子(或离子)会取得入射粒子所带能量的一局部进而正在真空中放出，这类景象称为溅射。以下图1.1是离子与物资互相作用孕育发生的各类景象，此中95%的能量用于溅射出中性原子或份子。当离子能量较小(小于70eV)时，无溅射景象，孕育发生较多的二次电子，物体升温，外表功能发作变动;当离子能量较年夜时，溅射景象才孕育发生;当离子能量太高(年夜于10KeV)，离子会注入内层，孕育发生离子注入景象。图1.2是溅射系数与轰击离子能量之间的典型关系曲线[10]，此中Ⅰ区为无溅射区，Ⅱ区是溅射区，Ⅲ区是注入区。

　　1842年格洛夫(Grove)正在试验室中发现了阴极溅射景象。他正在钻研电子管阴极侵蚀成绩时，发现阴极资料迁徙到真空管壁下去了。然而，真正使用于钻研的溅射设施到1877年才初露端倪。迄后70年中，因为试验前提的限度，对溅射机理的认同长时间处于模胡没有请状态，以是，正在1950年以前无关溅射薄膜特点的技巧材料，少数是不成靠的。19世纪中期，只是正在化学活性极强的资料、贵金属资料、介质资料以及难熔金属资料的薄膜制备工艺中，采纳溅射技巧。1970年后呈现了磁控溅射技巧，1975年先后商品化的磁控溅射设施供给于世，年夜年夜地扩大了溅射技巧使用的畛域。到了80年月，溅射技巧才从试验室使用技巧真正地进入产业化年夜量消费的使用畛域。比来15年来，又开收回了一系列新的溅射技巧，简直到了应接不暇的水平。

　　溅射景象宽泛用于样品外表的刻蚀以及外表镀膜等。溅射堆积的薄膜致密度高，与基体的粘附性好，薄膜的份子与靶材具备较好的分歧性。因而溅射镀膜技巧已用于钻研各类光学、光电子薄膜以及硬质耐磨薄膜，此中一些技巧曾经用于规模化消费。

　　3反响磁控溅射技巧的钻研

　　跟着近代产业的倒退愈来愈多地需求用到各类化合物薄膜，反响磁控溅射堆积技巧因为反响成膜纯度高、可经过调理工艺参数管制薄膜成份、高温高溅射等优点正在产业规模年夜消费中展示出了显著的劣势[17，18]。然而正在20世纪90年月以前，通常应用的是直流溅射电源，因而带来了一些成绩，次要是靶中毒惹起的打火以及溅射进程的没有稳固，堆积速度低，膜缺点密度较高，这些都限度了它的使用倒退。

　　正在反响磁控溅射中，常常能够察看到图1.3所示的景象：跟着进入真空室的反响气体流量的添加，后堆积速度简直放弃没有变，其数值与纯氩状态下的堆积速度相比减小患上没有多，此时靶材外表的溅射模式称为金属模式。当反响气体流量添加到某一个临界值FR2时，堆积速度忽然由图中A点的Ra跌落到B点的Rb，通常Rb比Ra小一个数目级。尔后再添加反响气体流量，堆积速度变动没有年夜，此时的溅射状态称为非金属模式。发作这类渐变的缘由是：因为反响气体的一直添加，靶面上构成了一层化合物，而化合物的二次电子发射系数普通高于金属，因而入射离子的能量很年夜一局部耗费于激起化合物层的二次电子发射，并使这些二次电子减速，相应地入射离子用于轰击靶的能量减小不少，再加上化合物的溅射产额远小于纯金属靶时的溅射产额，因而溅射产额年夜幅度升高。

　　当靶外表处于非金属溅射模式时，逐步减小反响气体的流量，堆积速度没有会由Rb上升到Ra，而出现迟缓上升的状态，直到反响气体流量减小到肯定值，如图中的FR1时，堆积速度才会忽然回升到金属模式溅射状态的数值。

　　因为反响磁控溅射中存正在着这类迟滞回线景象，令人们正在同时谋求放弃高的溅射率以及取得化学配比的化合物薄膜时遇到了难题。多年来许多钻研职员正在这方面作了年夜量的钻研以及测验考试，提出了许多施行计划，例如：进步溅射零碎地抽气速度、增年夜靶以及基体之间的间隔、采纳局域供气或梗阻栅极使氩气以及反响气体辨别处于靶以及基体左近或以脉冲的方式向真空室注入反响气体。

　　因为正在同一反响气体流量下存正在两种溅射模式，反响溅射很没有稳固，因而需求一种疾速反馈信息管制进入真空室中反响气体的流量或溅射功率。尽管，相似这类迟滞回线景象的另有靶电流、靶电压、反响气体压强、溅射气体总压强、堆积膜特点及溅射等离子体的发射光谱等等，他们都正在迟滞回线的拐点处发作显著的变动，但正在实际中能够完成准确管制的只有两种：等离子体发射光谱监控法以及靶电压监控法。

　　放电等离子体的发射光谱经过溅射室内的光纤探头传输到溅射室外的单色仪以抉择所需求监控的谱线，由单色仪输入的反比于等离子体中相应谱线强度的光旌旗灯号通过光电倍增器加到管制器上，管制器比拟来自光电倍增器的输出旌旗灯号以及对应于设定工作点的预相信号，并输入旌旗灯号到一只管制反响气体的具备疾速呼应特点的压电阀上，把持压电阀门的开启与封闭。应用这类监控办法能维持溅射状态正在迟滞回线的恣意一个工作点上。

　　直流反响磁控溅射中还存正在着打火以及靶中毒景象。普通地，正在靶外表堆积的化合物薄膜具备很高的绝缘性，轰击靶面的正离子会正在这些化合物薄膜中逐步积攒，使靶外表建设起愈来愈年夜的正电位，阴极位降区的电位愈来愈小，当这个正电位降低到以及等离子体电位相等时，阴极位降区的电位为零，终极招致放电燃烧，溅射中止，这就是所谓的“靶中毒”。要想维持放电与溅射，只有进步溅射电源的输入电压，但这将使绝缘膜外表的正电位再次回升。一旦这个正电位足够高，致使绝缘膜中的电场强度超越了它的击穿强度时，绝缘膜将被击穿，从而惹起：靶电流急剧添加到很高的数值，正在溅射电源内阻肯定的状况下，溅射空间出现为高电流低电压的电弧放电，即所谓的“打火”;微小的电流流过靶面的击穿点，招致部分靶面霎时被加热到很低温度，惹起靶资料正在击穿点左近部分熔化以及蒸发，乃至放射。无论是靶中毒仍是打火放射都重大影响了反响磁控溅射的稳固性以及天生化合物薄膜的精良功能，因而钻研职员采纳多种办法以遏止靶中毒以及打火放射，罕用的就是应用交流电源提供能量，一种电源的电压波形是对称的方波或正弦波，此种交流溅射称为中频溅射;而将电源波形为不合错误称的矩形波的交流溅射称为脉冲溅射。

　　正在反响磁控溅射中还存正在靶材行使率成绩。普通磁控靶的靶材行使率小于20%，通过非凡解决磁场的磁控溅射靶的靶材行使率能够达到40～50%阁下。要想使靶材行使率进一步进步，只有采取垂直挪动磁场的设计计划，即便如斯，靶材行使率进步到75%以上依然是相称艰难的(特地关于矩形立体靶来讲)。迁移转变靶材的柱状靶尽管有较高的靶材行使率(约莫80%阁下)，思考到运转稳固性以及冷却效率，经常也不克不及将其特性施展到极限。以是说：添加靶构造的复杂水平来换取较高的靶材行使率，有一个患上失评价的成绩。

　　4薄膜构造及功能的表征、评估技巧

　　(1)显微剖析

　　显微镜是察看、剖析以及钻研薄膜外表、界面描摹、宏观构造特色的次要对象。依据显微镜的照明源性子、照耀形式、和从被察看工具所搜集信息的性子以及对信息的相应解决办法，通常能够分为光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、扫描透射电子显微镜(STEM)等。

　　各种显微镜就分辩率而言，TEM的分辩率好，它能够间接分辩原子，还能够正在纳米尺怀抱级进行晶体构造剖析;从显微镜的焦深而言，SEM好，它比OM年夜几百倍，比TEM年夜几十倍，因而SEM更无利于对外表描摹进行平面察看以及平面剖析。从显微镜的性能而言，TEM宽，不只能进行高分辩构造像察看，并且能进行普通描摹以及晶体构造和缺点剖析，正在装备能谱仪的状况下，能够对资料的微区成份散布进行剖析。

　　电子显微学办法是钻研、表征以及评估薄膜资料宏观构造的次要技巧之一，包罗电子衍射剖析、电子衍衬成像以及高分辩电子显微术。行使电子显微学技巧能够察看以及剖析薄膜、界面的各类微构造特色，包罗界面相、界面缺点、界面位错的互相作用、晶界的迁徙、静止、界面间的取向关系、界面双侧原子设置装备摆设及与此无关的信息、界面构造的周期性以及界面原子的弛豫和晶界适度以及晶界厚度等。