半导体薄膜技术与物理
半导体器件物理--薄膜晶体管(TFT) ppt课件
BTS(bias temperature stress)：VG=VD=30 V, T=55 oC;
应力作用产生缺陷态，引起C-V曲线漂移. 16 ppt课件
6. p-Si TFF的改性技术 （1）非晶硅薄膜晶化技术-----更低的温度、更大的晶粒, 进一步提高载流子迁移率. （2）除氢技术----改善稳定性. （3）采用高k栅介质----降低阈值电压和工作电压. （4）基于玻璃或塑料基底的低温工艺技术(<350 oC).
对于恒定的VDS,VGS越大,则
沟道中的可动载流子就越多,
沟道电阻就越小,ID就越大.
即栅电压控制漏电流.
对于恒定的VGS,当VDS增大时，沟道厚度从源极到漏极逐渐变 薄, 引起沟道电阻增加,导致IDS增加变缓.当VDS＞VDsat时,漏极 被夹断,而后VDS增大，IDS达到饱和.
8 ppt课件
TFT的工作原理
低载流子 迁移率
稳定性和 可靠性
TFT发展过程中遭遇 的关键技术问题？
低成本、大面 积沉膜
低温高性能半 导体薄膜技术
挑战：在玻璃或塑料基底上生长出单晶半导体薄膜！
5 ppt课件
TFT的种类
按采用半导体材料不同分为： 硅基:非晶Si-TFT,多晶硅-TFT
无机TFT 化合物:CdS-TFT,CdSe-TFT 氧化物:ZnO-TFT
V
th)V
d
1 2
V
2 d
]
(V d V g V th) …….（3）
当Vd<<Vg时,(3)式简化为I d
W L
Ci (V g V th)V d
在饱和区(Vd>Vg-Vth),将Vd＝Vg-Vth代入(3)式可得：
微电子技术中的半导体薄膜材料
微电子技术中的半导体薄膜材料摘要：本文着重介绍了用于微电于技术的非晶态、宽带隙、纳米相、超晶格、量子微结构以及多孔硅等半导体薄膜材料并指出，原子组态的无序化，材料禁带的宽带隙化，能带剪裁的任意化以及人工结钩的低维化和量子化，集中体现了半导体薄膜材料的发展特点。
关键词：薄膜材料，结构性质，发展特点1 引言薄膜材料是发展微电子技术的先导条件和制造微电子器件的物质基础，近半个世纪以来，随着各种成膜方法的长足进步，半导体薄膜材料从体单晶到非晶态，从非晶态到纳米相，从窄禁带到宽带隙，从常规制备到人工设计，涌现出了一大批高质量和有重要实用价值的新材料。
目前，关于半导体薄膜材料物理与工艺的研究，已成为真空、微电子和材料科学中一个极其活跃的领域[1]。
半导体薄膜材料研究的核心为新材料的研究和传统材料性能的提高。
前者是按照人为的意志构想新的结构形式和设计新的化学组分，并通过现代超薄层外延技术加以实现；后者则是利用适宜的工艺方法改变材料的微观结构，使其呈现出常规材料所不具有的全新原子组态。
2 不同结构类型的半导体薄膜材料2.1 非晶态材料非晶态半导体是一门在凝聚态物理领域中占据着重要地位且发展十分迅速的新兴学科，研究非晶态材料的意义不仅是在科学技术上获得大量的新材料和新器件，而且可以开拓和加深人们对固体物理领域中许多基本问题的认识与理解。
以促进固体物理学的发展，同时对其许多周边物质，如非晶态合金及多层异质结、超微粒子、多孔硅以及硅系高分子等的研究也将产生积极而深远的影响。
原子结构的无序性和化学组分的多样化，使非晶态半导体具有许多显著不同于晶态半导体的物理特性[2]。
对于大多数非晶态材料而言，其组成原子都是由共价键结合在一起，形成了一种连续的共价键无规网络结构；在非晶态半导体中可以实现连续的物性控制，当连续改变其化学组成时，其禁带宽度、电导率和相变温度等都随之连续变化；在热力学上，非晶态处于一种亚稳状态，仅在一定条件下才可以转变成晶态；此外，非晶态材料的结构特性、电学及光学性质都灵敏地依赖制备方法与工艺条件。
半导体薄膜
汇报人：XX
目录
• 半导体薄膜概述 • 半导体薄膜制备技术 • 半导体薄膜结构与性能 • 半导体薄膜应用实例 • 半导体薄膜材料发展趋势与挑战
01
半导体薄膜概述
定义与特点
定义
半导体薄膜是一种具有半导体性质的薄膜材料，其厚度通常在纳米至微米级别 。这种材料具有介于导体和绝缘体之间的电导率，因此被称为半导体。
。
缺陷对性能的影响
缺陷对半导体薄膜的性能有重要 影响，如影响载流子浓度、迁移
率、光学透过率等。
电子结构与能带
能带结构
01
半导体薄膜的能带结构决定了其电子状态和电子行为。通常包
括价带、导带和禁带三部分。
载流子类型
02
半导体薄膜中的载流子可以是电子或空穴，这取决于其掺杂类
型和浓度。
载流子浓度和迁移率
03
回收利用
建立完善的回收利用体系，对废旧半导体薄膜进行 回收和再利用，降低资源浪费和环境污染。
THANKS
感谢观看
大面积均匀性控制技术挑战
薄膜沉积技术
如化学气相沉积、物理气相沉积等，需要优化工艺参数，提高薄膜 大面积均匀性。
表面处理技术
如机械抛光、化学抛光等，可以改善基底表面粗糙度，提高薄膜附 着力和均匀性。
薄膜转移技术
如卷对卷技术、激光转移技术等，可以实现大面积薄膜的快速、高效 转移。
提高稳定性及寿命问题探讨
现状
目前，半导体薄膜的制备技术已经非常成熟，包括物理气相沉积、化学气相沉积、溶胶-凝胶法、电化学沉积等 多种方法。同时，半导体薄膜的应用领域也在不断扩展，涉及到电子、光电、生物医学、环境科学等多个领域。
应用领域与前景
应用领域
《薄膜物理与技术》课程教学大纲
《薄膜物理与技术》课程教学大纲课程代码：ABCL0527课程中文名称: 薄膜物理与技术课程英文名称：Thin film physics and technology课程性质：选修课程学分数：1.5课程学时数：24授课对象：新能源材料与器件专业本课程的前导课程：《材料表面与界面》、《近代物理概论》、《材料科学基础》、《固体物理》、《材料物理性能》一、课程简介本课程主要论述薄膜的制造技术与薄膜物理的基础内容。
其中系统介绍了各种成膜技术的基本原理与方法，包括蒸发镀膜、溅射镀膜、离子镀、化学气相沉积、溶液制膜技术以及膜厚的测量与监控等。
同时介绍了薄膜的形成，薄膜的结构与缺陷，薄膜的电学性质、力学性质、半导体特性、磁学性质以及超导性质等。
通过本课程的讲授，使学生在薄膜物理基础部分，懂得薄膜形成物理过程及其特征，薄膜的电磁学、光学、力学、化学等性质。
在薄膜技术部分初步掌握各种成膜技术的基本内容以及薄膜性能的检测。
二、教学基本内容和要求掌握物理、化学气相沉积法制膜技术，了解其它一些成膜技术。
学会对不同需求的薄膜，应选用不同的制膜技术。
了解各种薄膜形成的过程及其物理特性。
理解并能运用热力学界面能理论及原子聚集理论解释薄膜形成过程中的一些现象，了解薄膜结构及分析方法，理解薄膜材料的一些基本特性，为薄膜的应用打下良好的基础。
以下分章节介绍：第一章真空技术基础课程教学内容：真空的基础知识及真空的获得和测量。
课程重点、难点：真空获得的一些手段及常用的测量方法。
课程教学要求：掌握真空、平均自由程的概念，真空各种单位的换算，平均自由程、碰撞频率、碰撞频率的长度分布率的公式，高真空镀膜机的系统结构及抽气的基本过程。
理解蒸汽、理想气体的概念，余弦散射率，真空中气体的来源，机械泵、扩散泵、分子泵以及热偶真空计和电离真空计的工作原理。
了解真空的划分，气体的流动状态的划分，气体分子的速度分布，超高真空泵的工作原理。
第二章真空蒸发镀膜法课程教学内容：真空蒸发原理，蒸发源的蒸发特性及膜厚分布，蒸发源的类型，合金及化合物的蒸发，膜厚和淀积速率的测量与监控。
半导体物理与器件mems
半导体物理与器件mems1.引言1.1 概述半导体物理与MEMS（微机电系统）器件是现代科技领域中非常重要的研究方向。
半导体物理研究了半导体材料的电学、热学和光学特性，以及半导体器件的制备和性能。
而MEMS器件则是利用微纳米加工技术制造出微小的机械结构，并通过集成电路技术实现控制和传感功能。
这两个领域的交叉研究为实现微小化、集成化、高性能的微型传感器、执行器和微系统提供了重要的基础。
半导体物理的研究内容包括材料的能带结构、载流子在半导体中的输运过程、电子在半导体中的行为等。
半导体器件是基于半导体材料的电子元件，如二极管、晶体管、集成电路等。
半导体物理的研究能够帮助我们更好地理解和设计各类半导体器件，进一步推动半导体技术的发展。
MEMS器件是在微纳米尺度上制造的微小机械系统。
它们通常由微电子器件、微机械结构和传感器等组成。
MEMS器件具有体积小、质量轻、功耗低、快速响应和高集成度等特点。
MEMS器件的研究涉及到微纳加工工艺、微尺度机械结构设计、传感与控制等一系列技术和理论。
随着纳米技术和微电子技术的不断发展，MEMS器件在医疗、通信、汽车、航空航天等领域有着广泛的应用前景。
半导体物理与MEMS器件的结合为微电子技术的发展提供了新的思路和方向。
通过将半导体物理与MEMS器件相结合，我们可以实现更小型化、更高性能的器件和系统。
这不仅能够满足日益增长的微型化和集成化需求，还有助于推动人工智能、物联网、生物医学等领域的技术创新和应用。
因此，对于半导体物理与MEMS器件的研究和深入理解具有重要意义，将为科技进步和社会发展提供强有力的支撑。
1.2文章结构1.2 文章结构本文分为三个主要部分，分别是引言、正文和结论。
在引言部分，我们将提供对半导体物理与MEMS器件的简要概述，介绍其重要性和应用领域。
同时，我们将阐明本文的目的和意义。
接着，正文部分将深入探讨半导体物理和MEMS器件的相关内容。
在半导体物理部分，我们将介绍半导体材料的基本原理、能带理论和半导体器件的工作原理。
半导体技术-薄膜沉积
薄膜沉积薄膜的沉积，是一连串涉及原子的吸附、吸附原子在表面的扩散及在适当的位置下聚结，以渐渐形成薄膜并成长的过程。
分类及详述：化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition）——CVD反应气体发生化学反应，并且生成物沉积在晶片表面。
物理气相沉积（Physical Vapor Deposition）——PVD蒸镀（Evaporation）利用被蒸镀物在高温（近熔点）时，具备饱和蒸汽压，来沉积薄膜的过程。
溅镀（Sputtering）利用离子对溅镀物体电极（Electrode）的轰击（Bombardment）使气相中具有被镀物的粒子（如原子），沉积薄膜。
化学气相沉积 (Chemical Vapor Deposition；CVD)用高温炉管来进行二氧化硅层的成长，至于其它如多晶硅 (poly-silicon)、氮化硅 (silicon-nitride)、钨或铜金属等薄膜材料，要如何成长堆栈至硅晶圆上？基本上仍是采用高温炉管，只是因着不同的化学沉积过程，有着不同的工作温度、压力与反应气体，统称为「化学气相沉积」。
既是化学反应，故免不了「质量传输」与「化学反应」两部分机制。
由于化学反应随温度呈指数函数变化，故当高温时，迅速完成化学反应，对于化学气相沉积来说，提高制程温度，容易掌握沉积的速率或制程的重复性。
高温制程有几项缺点：1．高温制程环境所需电力成本较高。
2．安排顺序较后面的制程温度若高于前者，可能破坏已沉积材料。
3．高温成长的薄膜，冷却至常温后，会产生因各基板与薄膜间热胀缩程度不同的残留应力 (residual stress)。
所以，低制程温度仍是化学气相沉积追求的目标之一，如此一来，在制程技术上面临的问题及难度也跟着提高。
按着化学气相沉积的研发历程，分别简介「常压化学气相沉积」、「低压化学气相沉积」及「电浆辅助化学气相沉积」：1．常压化学气相沉积(Atmospheric Pressure CVD；APCVD)最早研发的CVD系统，是在一大气压环境下操作，设备外貌也与氧化炉管相类似。
薄膜物理与技术-绪论
液相外延生长
溶液生长法
将基底浸入含有所需材料的溶液 中，通过控制溶液浓度、温度等 因素，使材料在基底表面外延生 长形成薄膜。
溶胶凝胶法
利用前驱体溶液在基底表面进行 水解、缩聚等化学反应，形成凝 胶态薄膜，再经过热处理等后处 理形成固态薄膜。
04
薄膜特性与性能
力学性能
弹性模量
描述薄膜在受力时抵抗弹性变 形的能力，是材料刚度的度量
介电常数
衡量电场作用下，介质中电位移与电场强度 之比的虚部，与电容、电场能量有关。
热电效应
当温度梯度存在时，薄膜中产生电动势的现 象，与热能转换为电能有关。
光学性能
反射、折射与散射
描述光波通过薄膜时的行为，包括光 的传播方向和强度的变化。
吸收光谱
描述光波通过薄膜时被吸收的特性， 与光的频率和薄膜的组成有关。
例如，在显示器中，通过在玻璃基板表面蒸镀不同材质和厚 度的薄膜，可以形成多层结构，控制光的反射和透射，从而 实现高清晰度和高亮度的显示效果。
能源与环境领域
薄膜技术在能源与环境领域也具有广泛的应用。薄膜材料 在太阳能电池、燃料电池、环境监测和治理等领域中发挥 着重要作用。通过改进薄膜材料的性能，可以提高能源利 用效率和环境质量。
02
薄膜物理基础
原子结构与电子状态
原子结构
原子由原子核和核外电子组成，原子 核由质子和中子组成。原子的电子状 态由主量子数、角量子数和磁量子数 决定。
电子状态
电子在原子中的状态可以用电子云、 能级和电子自旋等描述。电子的跃迁 和能量吸收、发射与物质的光学、电 学和热学性质密切相关。
晶体结构与缺陷
薄膜物理与技术-绪论
目录
• 薄膜的定义与分类 • 薄膜物理基础 • 薄膜制备技术 • 薄膜特性与性能 • 薄膜应用领域
薄膜物理与技术
将气体在电场的作用下离化，形成离子束或等离子体，然后轰击材 料表面，使其原子或分子沉积在基底表面形成薄膜。
化学气相沉积（CVD）
常压化学气相沉积（APCVD）
在常压下，将反应气体在气相中发生化学反应，生成固态物质并沉积在基底表面形成薄膜 。
低压化学气相沉积（LPCVD）
在较低的压力下，将反应气体在气相中发生化学反应，生成固态物质并沉积在基底表面形 成薄膜。
等离子体增强化学气相沉积（PECVD）
利用等离子体激活反应气体，使其发生化学反应，生成固态物质并沉积在基底表面形成薄 膜。
液相外延（LPE）
溶胶-凝胶法
将金属盐溶液通过脱水、聚合 等过程转化为凝胶，然后在一
定条件下转化为薄膜。
化学镀
利用化学反应在基底表面沉积 金属或合金薄膜。
电镀
利用电解原理在基底表面沉积 金属或合金薄膜。
薄膜的特性与性能参数
特性
薄膜具有一些独特的物理和化学特性， 如高表面面积、高纯度、高密度等， 这些特性使得薄膜在电子、光学、磁 学等领域具有广泛的应用前景。
性能参数
评估薄膜性能的参数包括表面粗糙度、 透光性、导电性、硬度等，这些参数 决定了薄膜在不同领域的应用效果。
薄膜的形成与生长机制
形成
薄膜的形成通常是通过物理或化学方法将物质蒸发或溅射到基材表面，然后凝 结或反应形成薄膜。
涉及其他非主要性能的表征，如化学稳定性、热稳定性等。
详细描述
除了光学、力学和电学性能表征外，还有其他一些非主要性能的表征方法，如化学稳定 性表征和热稳定性表征等。这些性能参数对于评估薄膜在不同环境条件下的稳定性和耐 久性具有重要意义，尤其在化学反应容器制造和高温环境应用等领域中具有重要价值。
半导体pvd设备原理
半导体pvd设备原理
物理气相沉积（PVD）是一种用于在半导体制造中沉积薄膜的技术。
PVD 设备通过将材料加热至蒸发温度，使其变成气态，然后将气态物质输送到沉积室中，在衬底上沉积形成薄膜。
PVD 设备通常由以下几个部分组成：蒸发源、沉积室、真空泵、控制系统等。
蒸发源是将材料加热至蒸发温度的部分，通常使用电子束蒸发器、电阻蒸发器或激光蒸发器等。
沉积室是将气态物质沉积到衬底上的部分，通常使用真空室来保持高真空环境。
真空泵用于将沉积室内的空气抽出，以保持高真空环境。
控制系统用于控制蒸发源和沉积室的温度、压力、气体流量等参数。
在 PVD 过程中，蒸发源将材料加热至蒸发温度，使其变成气态。
气态物质通过管道输送到沉积室中，在衬底上沉积形成薄膜。
沉积室中的真空环境可以防止气体分子与沉积的薄膜发生反应，从而保证薄膜的质量。
控制系统可以精确控制蒸发源和沉积室的参数，以获得所需的薄膜性能。
PVD 技术可以用于沉积各种材料的薄膜，如金属、半导体、绝缘体等。
PVD 技术具有沉积速度快、薄膜质量高、可控性好等优点，因此在半导体制造中得到了广泛应用。
薄膜技术的原理和应用
薄膜技术的原理和应用近年来，薄膜技术在各个领域得到广泛应用，如电子、光电、能源、材料等领域均与薄膜技术有着密切的联系。
那么，究竟薄膜技术的原理是什么，它的应用又有哪些呢？一、薄膜技术的原理薄膜技术简单来说就是通过一定方法将一种材料沉积在另一种材料表面的过程，使得材料表面形成一层薄膜。
薄膜技术可以根据材料沉积的方式分为物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）两种。
其中，物理气相沉积是指将一种被覆材料蒸发后沉积在另一种基材表面形成薄膜的过程。
常见的物理气相沉积技术有热蒸发、电子束蒸发、磁控溅射等。
而化学气相沉积是指通过化学反应将一种气态前体沉积在另一种基材表面形成薄膜的过程。
常见的化学气相沉积技术有化学气相沉积（CVD）、物理化学气相沉积（PACVD）等。
二、薄膜技术的应用1. 光电设备在光学领域，薄膜技术可以制造大量光学元件，如反射镜、光学滤波器、半导体激光器等。
这些元件通常是由不同种类和厚度的薄膜层组成的。
例如，在光学滤波器中，通过蒸发不同厚度的金属或氧化物形成多层薄膜，可以达到隔离、反射、透过光的效果。
2. 电子领域在电子领域，薄膜技术可用于制造薄膜晶体管、光致发光器件、量子阱电流调制器、传感器等。
在薄膜晶体管的工作过程中，薄膜需要拥有一定的导电性，因此需要在薄膜表面涂覆金属、氧化物等材料，以提高薄膜的导电性。
3. 其他领域此外，薄膜技术还广泛应用于其它领域，如能源、生物医学、环保等。
在太阳能电池的制作过程中，通过将硅薄膜形成在玻璃基板上，可以提高太阳能的吸收效率。
在生物医学领域，薄膜技术可以制造人工心脏瓣膜、人工骨骼、药物包装等产品。
总之，薄膜技术在众多领域都有着重要的应用，并为不同领域的技术创新提供了基础保障。
随着科技的发展，我们相信薄膜技术将有越来越广阔的应用空间。
物理实验技术中的薄膜材料与薄膜器件应用
物理实验技术中的薄膜材料与薄膜器件应用导言：薄膜材料和薄膜器件应用在当今的物理实验技术中扮演着重要的角色。
随着科学技术的不断进步，薄膜已经成为诸多领域的基础材料。
本文将讨论薄膜材料的性质和制备方法，并探讨其在物理实验技术中的应用。
薄膜材料的性质：薄膜材料相对于传统材料来说，具有独特的性质。
首先，薄膜具有较大的比表面积，这使得它们具有更高的反应活性。
其次，薄膜具有较好的光学透明性，这使得它们在传感器、显示器和光学设备等领域有着广泛的应用。
此外，薄膜还具有较高的机械强度和耐腐蚀性，这使得它们适用于各种环境下的应用。
薄膜材料的制备方法：目前，常用的薄膜制备方法主要包括物理气相沉积法、化学气相沉积法、溅射法、溶液法和光化学法等。
物理气相沉积法通过在真空环境下使源材料蒸发并在基底表面沉积形成薄膜。
化学气相沉积法利用气相反应将源材料沉积在基底上。
溅射法则是通过溅射源将材料溅射到基底上形成薄膜。
溶液法是将源材料溶解在溶液中，然后通过浸泡、涂覆等方式使溶液中的材料在基底上沉积形成薄膜。
光化学法则是利用光与化学反应相结合，使源材料在基底上沉积形成薄膜。
薄膜材料的应用：薄膜材料在物理实验技术中的应用非常广泛。
首先，薄膜材料在光学器件中扮演着重要的角色。
例如，在太阳能光电转换器件中，薄膜材料可以用来制作阳极和阴极，从而实现太阳能的转化。
在显示器和光学器件中，薄膜材料可以用来制作透明电极和反射镜等。
其次，薄膜也被广泛应用于电子器件中。
例如，薄膜材料可以用来制造半导体器件中的晶体管和集成电路。
此外，薄膜材料还可以用于传感器和探测器等领域。
例如，在温度传感器中，薄膜材料可以通过测量电阻值的变化来实现温度的检测。
在生物医学传感器中，薄膜材料可以用来制作生物传感器，实现对生物分子的检测和监测。
结语：薄膜材料和薄膜器件应用在物理实验技术中具有重要地位。
薄膜材料的独特性质和多样的制备方法使得它们在各个领域具有广泛的应用。
无论是在光学器件、电子器件还是传感器等领域，薄膜材料都扮演着不可替代的作用。
薄膜物理与技术-7 薄膜的物理性质--(1) 薄膜的力学性质
解决方法：基片清洗→去掉污染层（吸附层使基片 表面的化学键饱和，从而薄膜的附着力差）→提高 附着性能。
第七章 薄膜的物理性质
7.1 薄膜的力学性质
7.1.1 薄膜的附着力
②提高基片温度 提高温度,有利于薄膜和基片之间原子的相互扩散 →扩散附着有利于加速化学反应形成中间层 →中间层附着 须注意：T↑→薄膜晶粒大→热应力↑→其它性能变
薄膜物理与技术
第七章 薄膜的物理性质
宋春元 材料科学与工程学院
第七章 薄膜的物理性质
概述
由于薄膜材料的不同，各种薄膜(如金属膜、 介质膜、半导体膜等)都有各自不同的性质。了解 薄膜的力学、电学、光学、热学及磁学性质， 对薄膜的应用有着十分重要的意义。
第七章 薄膜的物理性质
7.1 7.2 7.3 7.4 7.5
第七章 薄膜的物理性质
7.1 薄膜的力学性质
7.1.1 薄膜的附着力 薄膜附着的类型
薄膜的附着可分为四种类型： （a）简单附着 （b）扩散附着 （c）通过中间层附着 （d）宏观效应附着等。
第七章 薄膜的物理性质
7.1 薄膜的力学性质--7.1.1 薄膜的附着力
附着的四种类型示意图(图7-1)
简单附着
第七章 薄膜的物理性质-之薄膜的力学性质
7.1.2 薄膜的内应力--内应力的成因
(相转移效应
在薄膜形成过程中发生的相转移是从气相到固相 的转移。在相转移时一般都发生体积的变化。这是形 成内应力的一个原因。 Ga膜在从液相到固相转移时体积发生膨胀，形成 的内应力是压缩应力。 Sb（锑）膜在常温下形成时为非晶态薄膜。当厚 度超过某一个临界值时便发生晶化。这时体积发生收 缩，形成的内应力为张应力。
薄膜物理与技术题库
一、填空题薄膜的形成过程一般分为：凝结过程、核形成与生长过程、岛形成与结合生长过程薄膜形成与生长的三种模式：层状生长，岛状生长，层状-岛状生长在气体成分和电极材料一定条件下，起辉电压V只与气体的压强P和电极距离的乘积有关。
1.表征溅射特性的参量主要有溅射率、溅射阈、溅射粒子的速度和能量等。
2. 溶胶(Sol)是具有液体特征的胶体体系，分散的粒子是固体或者大分子，分散的粒子大小在 1～100nm之间。
3．薄膜的组织结构是指它的结晶形态，其结构分为四种类型：无定形结构，多晶结构，纤维结构，单晶结构。
4．气体分子的速度具有很大的分布空间。
温度越高、气体分子的相对原子质量越小，分子的平均运动速度越快。
二、解释下列概念溅射：溅射是指荷能粒子轰击固体表面(靶)，使固体原子(或分子)从表面射出的现象气体分子的平均自由程:每个分子在连续两次碰撞之间的路程称为自由程，其统计平均值：称为平均自由程，饱和蒸气压：在一定温度下，真空室内蒸发物质与固体或液体平衡过程中所表现出的压力。
凝结系数：当蒸发的气相原子入射到基体表面上，除了被弹性反射和吸附后再蒸发的原子之外，完全被基体表面所凝结的气相原子数与入射到基体表面上总气相原子数之比。
物理气相沉积法：物理气相沉积法(Physical vapor deposition)是利用某种物理过程，如物质的蒸发或在受到粒子轰击时物质表面原子的溅射等现象，实现物质原子从源物质到薄膜的可控转移的过程真空蒸发镀膜法:是在真空室内，加热蒸发容器中待形成薄膜的源材料，使其原子或分子从表面汽化逸出，形成蒸气流，入射到固体(称为衬底、基片或基板)表面，凝结形成固态溅射镀膜法:利用带有电荷的离子在电场加速后具有一定动能的特点，将离子引向欲被溅射的物质作成的靶电极。
在离子能量合适的情况下，入射离子在与靶表面原子的碰撞过程中将靶原子溅射出来，这些被溅射出来的原子带有一定的动能，并且会沿着一定的方向射向衬底，从而实现薄膜的沉积。
半导体物理
二维半导体薄膜
03
基于光子的量子计算机
利用光子实现量子比特，表现出传输速度快和适合分布式计算的优点。
量子信息和量子计算
01
基于超导量子比特的量子计算机
通过超导电路实现量子比特，实现算力呈指数级增长的计算能力。
02
基于离子阱的量子计算机
性质
定义和性质
半导体材料
如硅和锗，是最常用的半导体材料。
元素半导体
化合物半导体
非晶半导体
纳米半导体
由两种或两种以上的元素组成的化合物，如砷化镓、碳化硅等。
由非晶态物质组成的半导体，如非晶硅、非晶硒等。
由纳米结构组成的半导体材料，具有尺寸效应等特殊性质。
19世纪末和20世纪初：半导体概念的形成和发展。
பைடு நூலகம்
半导体光电子器件和光子集成
06
半导体物理的应用领域
微电子学
半导体物理研究为微电子学的发展提供了理论基础和技术支持，使得集成电路的制造成为可能，推动了电子工程领域的进步。
电子器件设计
半导体物理的研究为电子器件的设计提供了理论基础，如设计更高效的太阳能电池、发光二极管和激光器等。
电子工程和计算机科学
根据应用需求，选择不同材料和性质的薄膜。
薄膜制备方法
包括物理沉积、化学沉积、分子束外延等。
薄膜质量影响因素
包括温度、压力、磁场、电场等。
薄膜制备
包括离子注入、扩散、化学气相沉积等。
掺杂方法
杂质种类和作用
杂质控制技术
包括施主杂质和受主杂质，对半导体导电性能的影响不同。
采用多种掺杂方法，结合半导体制造工艺，实现杂质的有效控制。
薄膜物理与技术
薄膜物理与技术薄膜物理与技术Physics and Technology of Thin Films课程编号：07370110学分：2学时：30（其中：讲课学时： 30 实验学时：0 上机学时：0）先修课程：⼤学物理，普通化学适⽤专业：⽆机⾮⾦属材料⼯程（光电材料与器件）教材：《薄膜物理与技术》，杨邦朝，王⽂⽣主编，电⼦科技⼤学出版社，1994年1⽉第1版开课学院：材料科学与⼯程学院⼀．课程的性质与任务薄膜科学是现代材料科学中及其重要且发展⾮常迅速的⼀个分⽀，已成为微电⼦学、固体发光、光电⼦学等新兴交叉学科的材料基础，同时薄膜科学研究成果转化为⽣产⼒的速度愈来愈快，国内外对从事薄膜研发和⽣产的⼈才需求也⽇益强劲。
本门课程就是为适应学科发展，学⽣适应市场需求⽽设置的专业课程。
课程的基本任务是：1、基本掌握各种成膜技术的基本原理和⽅法；2、了解并初步掌握薄膜的形成、结构与缺陷，薄膜的电学、⼒学、半导体、磁学等物理性质。
⼆．课程的基本内容及要求第⼀章真空技术基础1、教学内容（1）真空的基本知识（2）稀薄⽓体的基本性质（3）真空的获得及测量2、教学要求理解真空的基本知识和稀薄⽓体的基本性质，掌握真空的获得、主要⼿段和真空度策略⽅法，了解实⽤真空系统。
第⼆章真空蒸发镀膜1、教学内容（1）真空蒸发原理（2）蒸发源的蒸发特性及膜厚分布（3）蒸发源的类型（4）合⾦及化合物的蒸发（5）膜厚和沉积速率的测量与监控2、教学要求掌握真空蒸发原理，掌握真空镀膜的特点和蒸发过程，理解饱和蒸汽压和蒸发源的发射特性，熟练掌握蒸发速率、薄膜厚度的测量和控制，了解蒸发镀膜的常⽤⽅法（电阻加热和电⼦束加热），了解合⾦膜及化合物摸的蒸镀。
第三章溅射镀膜1、教学内容（1）溅射镀膜的特点和基本原理（2）溅射镀膜的类型2、教学要求掌握溅射镀膜的基本原理和特点，理解表征溅射特性的参量及其影响因素，了解溅射机理及溅射镀膜的各种类型第四章离⼦镀膜1、教学内容（1）离⼦镀的原理和特点（2）离⼦轰击的作⽤（3）离⼦镀的类型2、教学要求掌握离⼦镀的基本原理和特点，理解离⼦轰击的作⽤，了解离⼦镀的类型。
半导体 薄膜制备
半导体薄膜制备
半导体薄膜制备是制造半导体器件的重要步骤之一。
制备半导体薄膜的常用技术包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、分子束外延（MBE）和溶液法等。
其中，PVD和CVD是最常用的技术。
PVD技术利用高能粒子轰击靶材，使其材料蒸发并沉积在基片上形成薄膜。
常用的PVD技术包括物理气相沉积（PVD）、电子束物理气相沉积（EB-PVD）和磁控溅射等。
CVD技术通过在反应室中引入化学物质，让它们在高温和低压下进行化学反应，形成薄膜。
常见的CVD技术有低压化学气相沉积（LPCVD）、热化学气相沉积（HTCVD）和等离子体增强化学气相沉积（PECVD）。
MBE技术是在高真空环境中，利用高能电子束或离子束在基片表面上原子层沉积形成薄膜。
溶液法是将半导体材料溶解在溶剂中，再通过溶液反应或化学沉积法将薄膜形成在基片上。
半导体薄膜制备是半导体工艺中至关重要的步骤，直接影响着器件的性能和质量。
薄膜技术在半导体行业中的应用
薄膜技术在半导体行业中的应用在现代科技领域中，半导体技术是最为关键的领域之一，而薄膜技术便是半导体技术中不可或缺的重要分支。
薄膜技术的应用范围非常广泛，它能够对半导体的性能进行改良，可以同时实现环保和节能，对于高科技、高效、环保的生产制造具有不可替代的优势。
1.薄膜技术的发展历史薄膜技术相对比较年轻，是在20世纪70年代才逐渐被科学家发掘出来的，但是自从有了薄膜技术之后，半导体行业的生产技术也变得更加高效、先进了。
在过去很长一段时间里，人们普遍使用的是化学气相沉积技术来制造薄膜，而现在，有机金属化合物沉积技术的出现改变了这种情况。
这种技术能够采用镀涂的方法为材料上增加不同种类的薄膜，它给半导体行业带来了更多的创新创意，也为半导体的生产制造提高了效率。
2.薄膜技术在半导体行业中的应用薄膜技术在半导体行业中有着广泛的应用，例如在电子产品中，薄膜技术能够对铝箔、塑料、橡胶等材料进行涂层处理，使其拥有更好的导电性和导热性。
氧化铟薄膜常用于晶体管和薄膜电晶体管等半导体材料上，这种材料具备优异的电子特性，逐渐成为电视、电话、平板电脑等产品的主要元件。
在太阳能电池行业中，薄膜技术也有着重要的应用。
硅薄膜太阳能电池，具备高转换效率、低成本、长寿命等优点，因此在半导体行业中得到了广泛的应用。
此外，太阳能电池的耐腐蚀和稳定性也能够通过使用薄膜技术进行调整。
除此之外，半导体材料的制作也离不开薄膜技术的应用。
在半导体器件的制备过程中，我们需要利用化学气相沉积(ECCVD)、物理气相沉积(PVD)、电镀等技术将薄层材料制备到半导体表面上，从而制作半导体器件。
3.薄膜技术的未来发展当前，薄膜技术正逐渐成为半导体行业的发展热点，相信未来薄膜技术还将会有更广泛、更深入的应用。
特别是与大数据、云计算等前沿技术的结合，能够为薄膜技术的应用提供更加广阔的空间。
例如，在人工智能领域，薄膜技术也有着很大的应用潜力。
人工智能中的高带宽、低时延和低功耗的需求，与薄膜技术的高速传输、低阻抗和低功耗的优点相吻合，两者在结合后可以产生更加创新的应用。
半导体薄膜技术与物理
溅射合金和化合物时，溅射率一般不能直接从组成金属的溅射率值来 确定，存在较大的差异性。
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2.3.3 溅射粒子的速度和能量
溅射Cu原子 速度分布图
He+：平均速度=4105 cm/s 平均能量 E=1/2m2=4.5 eV Ar+：平均速度=3~6105 cm/s 平均能量 E=30~40 eV 轻金属元素10eV左右，重金属元素U，E=44eV
射频溅射原理图
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（3）磁控溅射
磁控原理与普通溅射技术相结合，利用磁场的特殊分布控制电场中 电子的运动轨迹，改进溅射的工艺 电子在正交电磁场中的作用力：
F e E e (V H )
采用正交电磁场能够提高离化率
离化率：0.3~0.5% 5~6%
衬底：“近冷” 态 电子在正交电磁场中的运动轨迹
磁控溅射主要有三种形式：平面型、圆柱型、S枪
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磁控溅射电极类型
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2.3.6 反应溅射
应用溅射技术制备介质膜通常有两种方法：
高频溅射 反应溅射，特别是磁控反应溅射 例如：在O2气氛中产生反应而获得氧化物 在N2或NH3中获得氮化物 在O2+N2混合气体中得到氮氧化物
在C2H2或CH4中 得到碳化物和由HF或CF4得到氟化物等
同理，热蒸发分子或原子能量大于Ea的分数
3E a A s exp 2E e
s e
式中 E 和 E分别为溅射和蒸发粒子的平均动能 由图可以看出，能量E＞Ea的溅射粒子远远多于蒸发粒子，其倍数：
As Ae 3 1 1 exp E a Es Ee 2
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2.3.2 溅射阈和溅射率
溅射阈： 入射离子使阴极靶产生溅射所需的最小能量 溅射阈与离子质量之间并无明显的依赖关系 主要取决于靶材料 周期中随着原子序数增加而减小 对大多数金属来说： 溅射阈为10-40eV，约为4-5倍升华热
半导体薄膜工艺
半导体薄膜工艺
半导体薄膜工艺是制造半导体器件的关键技术。
它是在
半导体表面沉积出一层薄膜形成特定的电路图案，一道道电路图案，以准确控制电子设备的性能和特性。
半导体薄膜工艺首先要考虑的是器件的设计，然后制定
出合适的工艺。
根据薄膜的不同，技术方法也有所差异，包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）等。
这些工艺中，PVD技术指的是子元素以物理方式沉积在衬底表面，CVD技术
则是利用反应化合物在高温下反应而形成的，被称为“化学沉积法”。
由于PVD和CVD两种方法都可以用于沉积半导体膜，只有结合试验和计算才能确定更有效的半导体膜沉积参数，提高生产效率。
此外，在半导体薄膜工艺制备过程中，可能出现的缺陷，如气泡、裂纹等。
半导体材料的本质是脆性的，所以如果这些缺陷在温度、压力等变化时没有得到正确的控制，可能会造成器件性能降低。
因此，除了使用恰当的技术参数以外，在控制工艺参数时也要特别小心，以减少这些缺陷的出现。
最后，半导体薄膜工艺的过程十分繁琐，需要准确控制
它的参数，保证生产的稳定性和器件的质量。
只有完善的流程管理，才能提高生产效率，确保产品的质量。