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，即測量的膜厚值，對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。

如何計算蒸鍍時需要的真空度？

氣體分子的運動：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。

分子流強度用J表示，則單位時間內(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，即一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=760mm的Hg柱產(chǎn)生的壓強=101325Pa；1Bar=750mm水銀柱產(chǎn)生的壓強；Torr=1mm的Hg柱產(chǎn)生的壓強；

真空可大致分為四個：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）。其對應(yīng)的氣體密度以4-5個次冪下降，但其對應(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：

一個分子在剩余氣體分子中運動時會和氣體分子碰撞，經(jīng)過足夠長的時間后，對大量分子求平均，可得到單位時間為的平均碰撞次數(shù)Z。  一個分子不發(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其實就是分子數(shù)減少到初始值1/e時前進(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'還可用壓強來表示，又因為分子半徑一般為1.5^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）。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原子層厚度的蒸發(fā)源。當(dāng)剩余氣體的壓強在10-6Torr時，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)時以怎樣的形態(tài)逸出。其蒸發(fā)時分子的形態(tài)關(guān)系到薄膜的形成過程和膜的機構(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，雖然也是以單原子逸出，可是，它們多以2個或2個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，Sb4zui多，同時還混有Sb2和少量的Sb單體。蒸發(fā)As時，多為AS4和As2；蒸發(fā)P時，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時還觀察到集合體的光譜；蒸發(fā)合金和化合物時情況更復(fù)雜。

低溫下蒸發(fā)GaAs時，Ga不蒸發(fā)，而As2蒸發(fā)；蒸發(fā)CdS時，由于材料*分解，可以觀察到Cd和S、S2、S3和S4等；蒸發(fā)CdTe時，分解為Cd和Te2；蒸發(fā)氧化物時，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（控制膜厚并用來監(jiān)控薄膜的生長速率），（超）高真空計（用以測量排氣中的真空變化和蒸發(fā)時剩余氣體的壓強），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。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)放入一個帶有小孔的耐熱性容器內(nèi)，從外面對容器加熱使其蒸發(fā)。若容器的溫度均勻，則可實現(xiàn)蒸發(fā)時的熱平衡狀態(tài)，這時分子流強度由溫度決定，稱為克努曾型蒸發(fā)源。與此對應(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：可實現(xiàn)局部高溫加熱，易蒸發(fā)出高純度的薄膜。也可用磁場對電子束進(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？  對鐵鎳合金（2：1）的實驗（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）瞬時蒸發(fā)法   2）雙源蒸發(fā)法

瞬時蒸發(fā)法：將蒸發(fā)材料做成細(xì)粒，一點一點落到蒸發(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化合物有：MgO、BeO、Al2O3、CoO2、MgF2和ZnS等。 對于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，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，在陰極附近的管壁上常附有電極的金屬測層，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)射出次級電子，此電子在克魯克斯暗區(qū)被強電場加速后再沖撞氣體原子，使其離化后再被加速，然后再轟擊陰極這樣一個反復(fù)過程。在這個過程中，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)時就會發(fā)光。  濺射現(xiàn)象具有方向性。

濺射率：就是一個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)象的幾個特點：

1）用某種離子在固定電壓下去轟擊不同的靶材，s會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，S為零。當(dāng)電壓≥10KV時，由于入射離子會打入靶中，S反而減少了。

3）對于單晶靶，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）對于多晶靶，離子從斜的方向轟擊表面時，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個數(shù)量級。

混入薄膜中的氣體分子：用濺射法制作的Ni薄膜時，當(dāng)濺射電壓在100V以下時，Ar幾乎沒有混入?？墒?，一到100V以上，薄膜中的Ar原子數(shù)急劇增加。