Te与Sb蒸发温度对Sb2Te3薄膜化学计量比的影响

为了得到富Sb元素的Sb2Te3薄膜，首先要知道Sb、Te的各自的沉积速率随温度变化的关系，以此来设定实验参数，例如用来设定制备不同含量Sb元素的Sb2Te3薄膜所需的Sb、Te的蒸发温度，还可以用来修正膜厚仪参数，便于直接实时监测Sb、Te的沉积速率。

研究Sb、Te沉积速率的实验方法如下：实验中使用高阻Si（111）和石英玻璃片作为基片，尺寸均约为2 cm×2 cm，基片经过严格的清洗过程。Sb、Te原料选用高纯度（99.999%）单质颗粒原料，按照一定量放入不同的束源炉中。在高真空下，分别研究Sb、Te的沉积速率，首先研究了Sb的沉积速率，在不同实验批次中通过PID控制器给予束源炉不同加热功率，使得束源炉保持着不同的温度，各个批次实验沉积时间均为30 min，沉积过程中保持基片温度为室温。将沉积的Sb膜用台阶仪测试膜厚度，用此厚度除以沉积时间，便得到了Sb元素不同温度下的沉积速率。用同样方法可以得出Te元素不同温度下的沉积速率。Sb、Te薄膜的沉积速率随束源炉温度的变化曲线如图6-2所示。

图6-2　薄膜沉积速率随束源炉温度的变化

（a）Sb；（b）Te(www.xing528.com)

Sb、Te薄膜的沉积速率与制备的Sb2Te3薄膜化学计量比之间存在一定的关系，由此便可以得出制备Sb2Te3薄膜化学计量比与束源炉温度的变化关系。在实验过程中，通过调节Sb、Te束源炉温度便可以得到不同化学计量比的Sb2Te3薄膜，为制备富Sb的Sb2Te3薄膜提供理论指导。薄膜的质量可以由2种不同的表达式来表示，二者相等，即

式中，ρ为材料的密度；S为材料的面积；d为材料的厚度；n为材料中分子或原子数目；M为材料中单个分子或原子质量。若取Sb、Te元素的块体密度，其数值分别是ρSb＝6.69 g／cm3，ρTe＝6.25 g／cm3，代入（6-1）式中有

若要制备符合化学计量比的Sb2Te3薄膜，即需要nSb∶nTe＝2∶3，由此计算出dSb＝0.59dTe，Sb、Te元素的沉积速率关系为vSb＝0.59vTe。然而，这些结论是在理想情况下得到的，事实上薄膜的密度不一定与块体相同，受到基片温度的影响，不同材料的吸附率也不一样，高温下Te原子很难吸附在基片上。考虑到这些影响因素，在理论推导的基础上，结合实际测试结果，最终得到在Sb、Te束源炉温度分别为430℃和270℃，基片温度为150℃时，沉积的Sb2Te3薄膜符合化学计量比。调整Sb或Te束源炉温度，可以得到不同化学计量比的Sb2Te3薄膜。由此，为制备富Sb的Sb2Te3薄膜研究打下了基础。