物理學(xué)和電子學(xué)采用較多的制作方法是：

1）真空蒸鍍法   2）濺射法   3）氣相外延法。

膜厚，即測(cè)量的膜厚值，對(duì)研究薄膜的物理性質(zhì)很重要。厚度一般在10-7~10-5cm之間。

真空蒸鍍法

真空的必要性：

1）防止高溫下空氣分子和蒸發(fā)源發(fā)生反應(yīng)，生成化合物而使蒸發(fā)源劣化；

2）防止蒸發(fā)物質(zhì)分子與空氣分子發(fā)生碰撞而阻礙其到達(dá)基片表面，和在途中生成化合物或由于蒸發(fā)分子間的碰撞而在到達(dá)基片前就凝聚等；

3）防止在基片上形成薄膜的過程中，空氣分子作為雜質(zhì)混入膜內(nèi)或在膜內(nèi)形成化合物。

如何計(jì)算蒸鍍時(shí)需要的真空度？

氣體分子的運(yùn)動(dòng)：氣體分子的平均速度：v=（8kT/^πm）^1/2，由此得出：氣體分子的質(zhì)量數(shù)越大，其分子的平均速度越小。

分子流強(qiáng)度用J表示，則單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積上的分子數(shù)可表示為：J=（kT/2^πm）1/2=1/4(nV)

n為單位面積上的分子數(shù)，v為分子的平均速度。

準(zhǔn)備：一般的固體物質(zhì)，其單位面積（1cm²）上的分子數(shù)大約為10¹⁴。1Pa=1N/m²；1atm，即一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=760mm的Hg柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)=101325Pa；1Bar=750mm水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)；Torr=1mm的Hg柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)；

真空可大致分為四個(gè)：低真空（100-0.1Pa），中真空（0.1-10-4Pa），高真空（10-5-10-7Pa），超高真空（＜10-7Pa）。其對(duì)應(yīng)的氣體密度以4-5個(gè)次冪下降，但其對(duì)應(yīng)的氣體分子平均自由程卻以4-5次冪上升。

蒸發(fā)分子的碰撞幾率和平均自由程：

一個(gè)分子在剩余氣體分子中運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)和氣體分子碰撞，經(jīng)過足夠長的時(shí)間后，對(duì)大量分子求平均，可得到單位時(shí)間為的平均碰撞次數(shù)Z。  一個(gè)分子不發(fā)生碰撞能夠前進(jìn)的距離的平均值λ為平均自由程（mean free path）。由公式推算出，λ其實(shí)就是分子數(shù)減少到初始值1/e時(shí)前進(jìn)的距離。

λ和分子大小的關(guān)系：λ=1/[nr'π(r+r')]²  其中，nr'為剩余氣體的濃度，r'為剩余氣體的半徑，r為蒸發(fā)氣體的半徑。另外nr'還可用壓強(qiáng)來表示，又因?yàn)榉肿影霃揭话銥?.5^Λ左右，則常溫下的平均自由程約為λ≈10-2/Pt  （λ的單位為cm，Pt為以Torr為單位的壓強(qiáng)）。由此，若要λ在10¹~10²cm之間，則要Pt在10^-5~10^-4Torr。 用蒸鍍法在基片生淀積薄膜的速率大致上等于每秒在淀積一個(gè)原子層厚度的蒸發(fā)源。當(dāng)剩余氣體的壓強(qiáng)在10-6Torr時(shí)，剩余氣體的分子幾乎和蒸發(fā)源物質(zhì)的原子以相同的數(shù)量到達(dá)基片，但這些分子不一定進(jìn)入形成的膜內(nèi)，但10-5Torr就成為衡量剩余氣體影響的一個(gè)指標(biāo)。蒸發(fā)裝置（真空室）的大小一般在λ范圍之內(nèi)。

蒸發(fā)物質(zhì)的形態(tài)：

用質(zhì)量分析儀和質(zhì)譜分析法來來研究物質(zhì)在蒸發(fā)時(shí)以怎樣的形態(tài)逸出。其蒸發(fā)時(shí)分子的形態(tài)關(guān)系到薄膜的形成過程和膜的機(jī)構(gòu)。

得出：堿金屬、貴金屬和過渡性金屬元素幾乎都是以單原子形態(tài)逸出。

在蒸發(fā)半導(dǎo)體和金屬時(shí)，雖然也是以單原子逸出，可是，它們多以2個(gè)或2個(gè)以上的院子集合體逸出，這一現(xiàn)象與物質(zhì)的親和力有關(guān)。例如，在蒸發(fā)Sb時(shí)，Sb4zui多，同時(shí)還混有Sb2和少量的Sb單體。蒸發(fā)As時(shí)，多為AS4和As2；蒸發(fā)P時(shí)，多為P4和P2；蒸發(fā)Bi和Te，含有較多的Bi2和Te2；蒸發(fā)C、Ge、Se和Si時(shí)還觀察到集合體的光譜；蒸發(fā)合金和化合物時(shí)情況更復(fù)雜。

低溫下蒸發(fā)GaAs時(shí)，Ga不蒸發(fā)，而As2蒸發(fā)；蒸發(fā)CdS時(shí)，由于材料*分解，可以觀察到Cd和S、S2、S3和S4等；蒸發(fā)CdTe時(shí)，分解為Cd和Te2；蒸發(fā)氧化物時(shí)，經(jīng)?？梢钥吹椒纸夂蟮腛²。

蒸發(fā)室：

蒸發(fā)室內(nèi)有蒸發(fā)源、基片和蒸發(fā)空間。另外，作為附屬件還有擋板（控制蒸發(fā)分子流，膜厚計(jì)（控制膜厚并用來監(jiān)控薄膜的生長速率），（超）高真空計(jì)（用以測(cè)量排氣中的真空變化和蒸發(fā)時(shí)剩余氣體的壓強(qiáng)），基片溫度調(diào)節(jié)器（控制薄膜的形態(tài)和結(jié)晶性）。 排氣系統(tǒng)中還附有冷阱和折流板（防止油蒸汽倒流）。

蒸發(fā)源加熱主要有2種：電阻加熱法、電子束加熱法。

電阻加熱法要求：蒸發(fā)源材料要選擇熔點(diǎn)高，即使在高溫下也不熔化的低蒸汽壓物質(zhì)?？捎肳、Ta或Mo做成網(wǎng)狀或直板形狀，把蒸發(fā)源物質(zhì)放在其上進(jìn)行加熱。 蒸發(fā)材料的蒸汽壓要比蒸發(fā)物質(zhì)的蒸汽壓高得多，而且更不希望其與蒸發(fā)源形成合金，降低蒸發(fā)源的熔點(diǎn)。如，F(xiàn)e，Al，Ge和Ni是容易生成合金的代表性材料。Au不易生成合金，只是容易和Ta生成合金。  此外，也可選擇間接加熱法，即將蒸發(fā)源物質(zhì)放入一個(gè)帶有小孔的耐熱性容器內(nèi)，從外面對(duì)容器加熱使其蒸發(fā)。若容器的溫度均勻，則可實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)時(shí)的熱平衡狀態(tài)，這時(shí)分子流強(qiáng)度由溫度決定，稱為克努曾型蒸發(fā)源。與此對(duì)應(yīng)的像加熱電阻絲那樣的非平衡狀態(tài)下的蒸發(fā)稱為狼繆爾型蒸發(fā)源。

電子束加熱法：可實(shí)現(xiàn)局部高溫加熱，易蒸發(fā)出高純度的薄膜。也可用磁場(chǎng)對(duì)電子束進(jìn)行聚焦并使其偏轉(zhuǎn)后集中射到耙子上。

特殊的蒸發(fā)：

對(duì)薄膜電阻器或磁性薄膜器件來說，經(jīng)常使用合金或化合物的材料制作，而如果用一般的蒸發(fā)方法，則其得到的薄膜中的化學(xué)計(jì)量比與原材料有所不同。

合金的蒸發(fā)：可用烏拉耳定律類推：Pa+n=[Pa/(Na+Nb)]Pa  其中Pa為溶劑a的蒸汽壓，Na和Nb分別為溶劑a和溶質(zhì)b的摩爾數(shù)，溶液的蒸汽壓可由此公式推出。 另外，若將合金看成溶液，含量較多的視為溶劑，可定性地估算合金的蒸汽壓。

用一般的方法使合金蒸發(fā)，得到的薄膜的狀態(tài)如何呢？  對(duì)鐵鎳合金（2：1）的實(shí)驗(yàn)（用X線分析法分析每秒鐘在每平方厘米上所沉積的薄膜的鐵鎳含量）表明：開始時(shí)是富鐵狀態(tài)，后在薄膜的表面變成富鎳。

為得到與蒸發(fā)源同等成分比的薄膜，出現(xiàn)了2種新的蒸發(fā)方法：1）瞬時(shí)蒸發(fā)法   2）雙源蒸發(fā)法

瞬時(shí)蒸發(fā)法：將蒸發(fā)材料做成細(xì)粒，一點(diǎn)一點(diǎn)落到蒸發(fā)源上，并在瞬間將細(xì)粒蒸發(fā)掉。適用于三元或四元合金，但蒸發(fā)速度較難控制。

無機(jī)化合物的蒸發(fā)：如蒸發(fā)SiO細(xì)粒制作SiO薄膜，得到的薄膜Si的含量過剩。

用一般方法蒸發(fā)制得的薄膜與原材料較接近的無機(jī)化合物有：MgO、BeO、Al2O3、CoO2、MgF2和ZnS等。 對(duì)于NiO、SiO和TiO2，其薄膜中O的含量明顯不足；CdS則是Cd過剩。

所以為制得化合物薄膜，用研究出了反應(yīng)蒸發(fā)法、三溫度法和電子束蒸發(fā)法。

反應(yīng)蒸發(fā)法：將活性氣體導(dǎo)入真空室，使活性氣體的分子、原子和蒸發(fā)源逸出來的蒸發(fā)原子、分子在基片上反應(yīng)以得到需要的化合物薄膜。如SiO，就是鼓入10^-2~10^-5Torr左右壓強(qiáng)的干燥O²。若控制好蒸發(fā)速度和基片的溫度，可得到接近SiO²成分比的薄膜。還有AlN是NH3；TiC是C2H4。

三溫度法：即是雙源蒸發(fā)法，經(jīng)常用于制作GaAs薄膜。

濺射法：把離子加速，然后去轟擊固體表面，加速的離子與固體表面的原子碰撞，進(jìn)行動(dòng)量交換后將原子從固體表面濺出，濺出的原子在基片上淀積成膜。Sputtering。濺射時(shí)，多半是讓被加速了的正離子去轟擊蒸發(fā)源陰極，再從陰極濺出原子，所以也稱為陰極濺射法。

輝光放電和濺射現(xiàn)象：

在進(jìn)行陰極放電時(shí)，在陰極附近的管壁上常附有電極的金屬測(cè)層，這是由濺射現(xiàn)象引起的。

輝光放電就是正離子轟擊陰極，從陰極發(fā)射出次級(jí)電子，此電子在克魯克斯暗區(qū)被強(qiáng)電場(chǎng)加速后再?zèng)_撞氣體原子，使其離化后再被加速，然后再轟擊陰極這樣一個(gè)反復(fù)過程。在這個(gè)過程中，當(dāng)離子和電子相結(jié)合或是處在被激發(fā)狀態(tài)下的氣體原子重新恢復(fù)原態(tài)時(shí)就會(huì)發(fā)光。  濺射現(xiàn)象具有方向性。

濺射率：就是一個(gè)正離子轟擊到靶子后濺射下來的原子數(shù)。用s表示。

濺射現(xiàn)象的幾個(gè)特點(diǎn)：

1）用某種離子在固定電壓下去轟擊不同的靶材，s會(huì)隨元素周期表的族而變化。反之，靶材種類確定，用不同種類的離子去轟擊靶材，s也隨元素周期表的族作周期性變化。

2）S隨入射離子的能量（即加速電壓V）的增加而單調(diào)地增加。不過，V有臨界值（一般為10V）。在10V以下時(shí)，S為零。當(dāng)電壓≥10KV時(shí)，由于入射離子會(huì)打入靶中，S反而減少了。

3）對(duì)于單晶靶，s的大小隨晶面的方向而變化。因此，被濺射的原子飛出的方向是不遵守余弦定律的，而有沿著晶體的zui稠密面的傾向。

4）對(duì)于多晶靶，離子從斜的方向轟擊表面時(shí)，S增大。由濺射飛出的原子方向多和離子的正相反方向相一致。

5）被濺射下來的原子所具有的能量比由真空蒸發(fā)飛出的原子所具有的能量（~0.1eV）大1~2個(gè)數(shù)量級(jí)。

混入薄膜中的氣體分子：用濺射法制作的Ni薄膜時(shí)，當(dāng)濺射電壓在100V以下時(shí)，Ar幾乎沒有混入?？墒牵坏?00V以上，薄膜中的Ar原子數(shù)急劇增加。