在真空蒸发制膜过程中控制薄膜取向的方法.pdf

本发明涉及一种在真空蒸发制膜过程中控制薄膜取向的方法，属真空蒸发沉积薄膜工艺技术领域。本发明的特点是在传统普通常用的真空蒸发沉积装置的基础上，在其外侧加置一强磁场发生装置，其磁场强度要求大于4T(特斯拉)，由于磁场对金属薄膜不同晶向磁能差异而引起晶体取向的择优生长，从而达到通过调节磁场强度来控制薄膜取向的目的。

1、  一种在真空蒸发制膜过程中控制薄膜取向的方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：
a.利用传统普通常用的真空蒸发沉积薄膜装置，将欲镀膜的基片放置于装置内的工作台上，基片可水平放置或垂直放置；在真空蒸发沉积室外侧设有一强磁场发生装置，对基片的气体蒸发凝结区施加强磁场，其磁场强度为4特斯拉；通过真空泵对蒸发沉积是真空，使达到10^-3Pa的真空度；打开电源，开通电阻加热器，加热功率为20W；位于下部的蒸发源金属材料，被加热后使金属材料稳定蒸发，经60～120秒时间后，在基片上沉积有微米级的金属薄膜；
b.对平行磁场和垂直磁场方向放置的基片上沉积的薄膜进行X射线衍射分析；垂直磁场方向基片上制备的薄膜取向方向为[002]方向；而平行于磁场方向基片上制备的薄膜取向方向为[101]方向。

2、  一种在真空蒸发制膜过程中控制薄膜取向的方法中所用的装置，它为传统的普通常用的真空蒸发沉积装置，该装置包括有：放置基片的工作台(2)、真空蒸发沉积室(3)，金属蒸发源(4)、加热电极(5)、真空泵接口(6)；其特征在于在所述的真空蒸发沉积室(3)的外侧还设置有一强磁场发生装置(1)；该强磁场发生装置(1)要求产生的磁场强度大于4特斯拉。

在真空蒸发制膜过程中控制薄膜取向的方法
技术领域
本发明涉及一种在真空蒸发制膜过程中控制薄膜取向的方法，属真空蒸发沉积薄膜工艺技术领域。
背景技术
在真空环境下，采用电阻、电子束、激光、电弧、射频等加热方式，使原料气化或形成等离子体，蒸发气体凝聚在过冷基片形成薄膜，这一沉积过程称为真空蒸发技术。真空蒸发技术制备薄膜不涉及化学反应，属于物理气相沉积。薄膜的物理化学性质和薄膜的取向密切相关，一般可以通过控制薄膜的取向来优化薄膜的物理性能。薄膜的取向和基片的取向以及基片温度有关。通常改变薄膜取向只能通过改变基片的择优取向来调节，但是，任意取向的单晶基片是难以制备的。
发明内容
本发明的目的是提供一种在真空蒸发制膜过程中控制薄膜取向的方法。
本发明一种在真空蒸发制膜过程中控制薄膜取向的方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：
a.利用传统普通常用的真空蒸发沉积薄膜装置，将欲镀膜的基片放置于装置内的工作台上，基片可水平放置或垂直放置；在真空蒸发沉积室外侧设有一强磁场发生装置，对基片的气体蒸发凝结区施加强磁场，其磁场强度为4T(特斯拉)；通过真空泵对蒸发沉积是真空，使达到10^-3Pa的真空度；打开电源，开通电阻加热器，加热功率为20W；位于下部的蒸发源金属材料，被加热后使金属材料稳定蒸发，经60～120秒时间后，在基片上沉积有微米级的金属薄膜；
b.对平行磁场和垂直磁场方向放置的基片上沉积的薄膜进行X射线衍射分析(XRD)；垂直磁场方向基片上制备的薄膜取向方向为(002)方向；而平行于磁场方向基片上制备的薄膜取向方向为(101)方向。
一种在真空蒸发制膜过程中控制薄膜取向的方法中所用的装置，它为传统的普通常用的真空蒸发沉积装置，该装置包括有：放置基片的工作台、真空蒸发沉积室，金属蒸发源、加热电极、真空泵接口；其特征在于在所述的真空蒸发沉积室的外侧还设置有一强磁场发生装置；该强磁场发生装置要求产生的磁场强度大于4T(特斯拉)。
本发明控制薄膜取向的基本原料：众所周知，任何材料都有磁性，磁性材料在磁场中必然受到磁场的作用。一般来说，材料不同晶向的磁性是不一样的，那么，不同晶向的磁能是不同的。在磁场环境下，磁能较低的晶向为晶体的优先生长方向，称为择优生长方向。本发明利用磁场对材料不同晶向的磁作用达到控制晶体取向的目的。如果某种材料c轴受到的磁场比a轴小，那么该材料择优取向方向为c轴。在磁场中制备该材料的薄膜时，平行于磁场方向放置的基片上制备的薄膜优先生长方向为a轴，垂直于磁场方向放置的基片上制备的薄膜优先生长方向为c轴。
举个例子进一步说明该专利，抗磁性材料锌Zn是密排六方结构晶体(如图1所示)，沿c轴和a轴的磁化率分别为-1.33×10^-5，-1.81×10^-5，抗磁性材料在磁场B中受到的磁能用公式(1)表示
U=-χ2μ0(1+Nχ)B2---(1)]]>
式中，χ为磁化率，μ₀为真空磁化率，N为抗磁系数，B为磁场强度。Zn在c轴晶向所受到的磁能U_c要小于a轴晶向的磁能U_a，那么，Zn在磁场中择优取向方向为c轴方向。本发明可以通过调整基片与磁场方向之间的夹角来控制制备薄膜的取向。4T磁场下，垂直于磁场方向基片上制备的薄膜取向方向为(002)方向，而平行于磁场方向基片上制备的薄膜取向方向为(101)方向。制备薄膜的取向只和磁场强度以及薄膜材料本身磁化率有关。对同一种材料来说，磁场强度越大，薄膜越容易取向；而对不同的材料来说，磁化率越大的材料，薄膜也越容易取向。
附图说明
图1为金属锌Zn晶体六方结构示意图。图中示出了c轴和a轴的方向。
图2为本发明中使用的颠空蒸发沉积薄膜装置的示意图。图中B为磁场方向。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例1
本实施例中，利用了传统的普通常用的真空蒸发沉积薄膜装置。参见图2，该装置包括有：放置基片的工作台、真空蒸发沉积室3、金属蒸发源4、加热电极5、真空泵接口6；另外所述的真空蒸发沉积室3的外侧还设置有一强磁场发生装置1。
本实施例中，基片2采用玻璃基片，蒸发金属源4采用金属锌，其晶体具有六方晶型结构，显示出c轴和a轴(参见图1)；加热电极5采用钨作为电阻加热材料；位于蒸发沉积室3外侧的强磁场发生装置1所生的磁场强度为4T(特斯拉)；首先通过真空泵接口6，对真空蒸发沉积室进行抽真空，使基达到10^-3Pa的真空度，然后接通电阻加热电源，所用功率为20W；使金属锌稳定蒸发，经过60秒时间后，玻璃基片上沉积厚度为1μm的Zn薄膜。
对平行磁场和垂直磁场方向放置的基片上沉积的薄膜进行X射线衍射分析(XRD)，垂直磁场方向基片上制备的薄膜优先取向方向为(002)方向，即Zn薄膜c轴取向；而平行于磁场方向基片上制备的薄膜优先取向方向为(101)方向。根据不同蒸发材料的磁性特征选择基片和强磁场方向的夹角就可以获得不同取向的薄膜。