薄膜技术英文课件：04Thin-Film sputtering processes (2)
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薄膜技术英文课件：1introduction
Density Melting point Crystalline size
Bolck ≤ ≤
small（um )
Thin film Large(mm)
14
2. Thin film vs. block material-1
Density Melting point Crystalline size
➢ Stoichiometric ratio
– Non-stoichiometry is common in thin film
• SiO2
SiOx
• Transparent conductive film
– Tin indium oxide (InSnyOx) condConductivecond
Thin film: thickness less than 1 micrometer
Coating: thickness lagrer than1 micrometer
12
Difference between thin film and block material
13
Thin film vs. block material
thin film for semiconductive dives and integrated circuit（集成电路）
• Al、 polysilicon、SiO2
small（um )
Large(mm)
20
2. Thin film vs. block material-1
Density Melting point Crystalline size
Bolck
Thin film
ρb≤ρtf（有问题）
薄膜技术英文课件：07 Thin film stress and adhesion
Morphology of interface between the film and substrate
• Flat interface • Compound interface • Interface with diffusion • Interface with occlusion
• flat interface
Sputtering pressure
Outline
Thin film stress Adhesion of thin film
Adhesion
界面附着力
fs
f
s W ( f s fs )
interface energy：the work per aera done for delamination of the film 。
Cluster coalescence to reduce surface area Grain growth, or grain boundary area reduction vacancy annihilation shrinkage of grain boundary voids
E.G.
Continued film
Total stress = growth stress + thermal stress
Factor of growth stress
➢ Chemical element ➢ microstructure ➢ Energetic bombardment
Factor of growth stress--Chemical component
Film thickness
Factor of growth stress- --Energetic bombardment
薄膜技术英文PPT课件-02Vacuum Science and Technology (2)
2. Kinetic Theory of Gases
Maxwell-Boltzmann distribution
f (v)
4
(M
)
3 2
v
2e
Mv2 2 RT
2RT
M--molecular weight T--absolute temperature R--gas constant
Velocity distributions for Al vapor and H2 gas.
17
Outline
1. Concept of vacuum 2. Kinetic Theory of Gases 3. Gas Transport and Pumping 4. Vacuum Pumps 5. Vacuum Systems 6. Monitoring the Vacuum Environment 7. Conclusion
• At low pressure, the mean distance between molecular collisions is large compared to the dimensions of the system, there are only molecule-chamber wall collisions.
p nMva2 nRT
8N A
NA
n-- the number per unit volume
NA-- Avogadro's number n/NA—the number of moles per unit volume
The gas pressure is related to to their kinetic energy or temperature.
薄膜技术英文课件：04Thin-Film sputtering processes
– other particles (secondary electrons, desorbed gases, and negative ions) as well as radiation (Xrays and photons) are emitted from the target.
– The electric field accelerates electrons and negatively charged ions toward the anode substrate where they impinge on the growing film.
Technology of Thin Film
Thin-Film Sputtering Processes
Outline
1. Introduction 2. Plasmas, Discharges, and Arcs 3. Physics of sputtering
2
Introduction
• Evaporation and sputtering are quite different
✓Thermal plasma：highly ionized plasma, with high temperature of ion and high temperature of electron. （eg： Sun）
Production of Plasma
• Gas discharge：gas ionize in electric field by collision between energic electron and gas molecular.
Schematics of simplified sputtering systems: (a) DC, (b) RF.
– The electric field accelerates electrons and negatively charged ions toward the anode substrate where they impinge on the growing film.
Technology of Thin Film
Thin-Film Sputtering Processes
Outline
1. Introduction 2. Plasmas, Discharges, and Arcs 3. Physics of sputtering
2
Introduction
• Evaporation and sputtering are quite different
✓Thermal plasma：highly ionized plasma, with high temperature of ion and high temperature of electron. （eg： Sun）
Production of Plasma
• Gas discharge：gas ionize in electric field by collision between energic electron and gas molecular.
Schematics of simplified sputtering systems: (a) DC, (b) RF.
薄膜技术英文PPT课件-05Thin-Film CVD
G
RT
ln
rCc rAa rBb
ri
ai ai
ΔG>0，react in reverse-direction
ΔG<0；react in forward-direction Judge feasibility or direction of reaction
e.g.
Obtain the O2 partial pressure
e.g. GaAsepitaxical film by MOCVD：
e.g.硬质涂层的化学气相沉积
Disproportionation
• Disproportionation reactions are possible when a nonvolatile metal can form volatile compounds having different degrees of stability depending on the temperature.
5. Heterogeneous reactions catalyzed by the surface leading to film formation
6. Desorption of the volatile by-products of surface reactions
7. Convective and diffusive transport of the reaction by-products away from the reaction zone
Technology of Thin Film
Chemical Vapor Deposition
Xuhai Zhang
School of Material Science and Engineering Southeast University
薄膜技术英文PPT课件-04Thin-Film sputtering processes
• Self-sustaining of plasma: the new produced ions equal the ions that lost.
Production and maintenance of Plasma
靶
基片
Glow discharge plasma
a plasma formed by the passage of electric current through a low-pressure gas. It is created by applying a voltage between two metal electrodes in a glass tube containing gas. 。
Technology of Thin Film
Thin-Film Sputtering Processes
Xuhai Zhang
School of Material Science and Engineering Southeast University
Outline
1. Introduction 2. Plasmas, Discharges, and Arcs 3. Physics of sputtering
Arcs have been defined as gas or vapor discharges where the cathode voltage drop is of the order of the minimum ionizing or excitation potential.
Furthermore, the arc is a self-sustained discharge that supports high currents by providing its own mechanism for electron emission from negative or positive electrodes.
Production and maintenance of Plasma
靶
基片
Glow discharge plasma
a plasma formed by the passage of electric current through a low-pressure gas. It is created by applying a voltage between two metal electrodes in a glass tube containing gas. 。
Technology of Thin Film
Thin-Film Sputtering Processes
Xuhai Zhang
School of Material Science and Engineering Southeast University
Outline
1. Introduction 2. Plasmas, Discharges, and Arcs 3. Physics of sputtering
Arcs have been defined as gas or vapor discharges where the cathode voltage drop is of the order of the minimum ionizing or excitation potential.
Furthermore, the arc is a self-sustained discharge that supports high currents by providing its own mechanism for electron emission from negative or positive electrodes.
薄膜技术绪论PPT课件
第11页/共38页
薄膜科学的应用
2.金刚石薄膜
金刚石具有一系列优异的物理性质，包括已知物 质中最高的硬度、耐磨性和弹性模量，极高的电阻率、 击穿场强和很低的介电常数，宽的光谱透过范围，极 高的热导率，极低的线膨胀系数，很宽的禁带宽度， 极高的载流子迁移率和极高的化学稳定性。
金刚石薄膜的应用
（1）力学性质的应用 利用其高硬度、高耐磨性。焊接在工具尖端或直接沉积在
第2页/共38页
薄膜科学的发展历史
对液体薄膜首先作了正式描写的是美国著名的科学家、作家兼政治家的富 兰克林(Benjamin Franklin)，他在1774年的文件中留下了这样的描述：
“不超过一茶匙的油，迅即地展开为数平方码，然后很惊人地慢慢扩展，直 到抵达在下风处的水池边缘，布满了水池的那个区域，可能有半英亩（1英亩约 为4000平方公尺）之广，而表面平滑的像面镜子。”
第7页/共38页
薄膜科学的发展历史
❖ 从人类开始制作陶瓷器皿的彩釉算起, 薄膜的制备 与应用已经有一千多年的发展历史。
❖ 从制备技术、分析方法、形成机理等方面系统地 研究薄膜材料则起始于上世纪五十年代。
❖ 直到上世纪80年代, 薄膜科学才发展成为一门相对 独立的学科。
❖ 促使薄膜科学迅速发展的重要原因是薄膜材料的 强大的应用背景、低维凝聚态理论的不断发展和 现代分析技术的出现及分析能力的不断提高。
第13页/共38页
薄膜科学的应用
（2）热学性质的应用
利用其极高的热导率。室温下，金刚石的热导率是铜 的5倍。本身又是极好的绝缘材料。因此，金刚石薄膜可 用于高功率光电子元件、激光器、集成电路芯片的散热器 材料。
（3）电学性质的应用
利用其高载流子迁移率、宽禁带宽度、高击穿场强、 高热导率和高饱和运动速度等优点。使之成为制造高温、 高压、高功率和高频强辐射条件下工作的电子器件的绝好 材料。
薄膜科学的应用
2.金刚石薄膜
金刚石具有一系列优异的物理性质，包括已知物 质中最高的硬度、耐磨性和弹性模量，极高的电阻率、 击穿场强和很低的介电常数，宽的光谱透过范围，极 高的热导率，极低的线膨胀系数，很宽的禁带宽度， 极高的载流子迁移率和极高的化学稳定性。
金刚石薄膜的应用
（1）力学性质的应用 利用其高硬度、高耐磨性。焊接在工具尖端或直接沉积在
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薄膜科学的发展历史
对液体薄膜首先作了正式描写的是美国著名的科学家、作家兼政治家的富 兰克林(Benjamin Franklin)，他在1774年的文件中留下了这样的描述：
“不超过一茶匙的油，迅即地展开为数平方码，然后很惊人地慢慢扩展，直 到抵达在下风处的水池边缘，布满了水池的那个区域，可能有半英亩（1英亩约 为4000平方公尺）之广，而表面平滑的像面镜子。”
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薄膜科学的发展历史
❖ 从人类开始制作陶瓷器皿的彩釉算起, 薄膜的制备 与应用已经有一千多年的发展历史。
❖ 从制备技术、分析方法、形成机理等方面系统地 研究薄膜材料则起始于上世纪五十年代。
❖ 直到上世纪80年代, 薄膜科学才发展成为一门相对 独立的学科。
❖ 促使薄膜科学迅速发展的重要原因是薄膜材料的 强大的应用背景、低维凝聚态理论的不断发展和 现代分析技术的出现及分析能力的不断提高。
第13页/共38页
薄膜科学的应用
（2）热学性质的应用
利用其极高的热导率。室温下，金刚石的热导率是铜 的5倍。本身又是极好的绝缘材料。因此，金刚石薄膜可 用于高功率光电子元件、激光器、集成电路芯片的散热器 材料。
（3）电学性质的应用
利用其高载流子迁移率、宽禁带宽度、高击穿场强、 高热导率和高饱和运动速度等优点。使之成为制造高温、 高压、高功率和高频强辐射条件下工作的电子器件的绝好 材料。
半导体薄膜技术与物理 第一章..PPT课件
Q3 P
2R
M
T1
T2 T2
2r1L
称为聚合系数； T1和T2分别为热丝和玻管温度； r1和L分别为热丝的半径和长度
若确定，Q3与压强P成正比；
实际上：气体分子与固体表面的碰撞过程非常复杂
难确定
很难计算出Q3 通常需用绝对真空计较准
高真空时，自由程l>>r2-r1(r2玻管半径)，
由于压强很低，Q3<<Q1-Q2，Q3与压强无关。
nUL
Pm
Pf
exp
D0
它P必f：须前与级机真械空泵压配强合使用。
n：蒸汽分子密度
U：油蒸汽速度
L：出气口至进气口的蒸汽扩散长度
D0：=常数 14
真空室
真空室放气阀 管道 高真空阀 真空规管 水冷障板
扩散泵
加热电源
预阀 粗抽管道
低阀 前级管道 机机械械泵泵放放 气阀气阀
机机械械泵泵 马马达达电电源源
Krishna Seshan，Noyes Publications， 2002
。。。
3
第一章 真空技术
许多薄膜技术是在真空下实现的， “真空”是许多薄膜制备的必要条件，因 此，掌握一定的真空知识是必需的。
2021/5/15
4
1.1 真空的基本概念
1.1.1 真空的定义
压力低于一个大气压的任何气态空间
7
1.1.4 区域划分
为了便于讨论和实际应用，常根据各压强范围内不同的物理特点 把真空划分为粗真空、低真空、高真空和超高真空四个区域。
8
1.2 真空的获得
工具——真空泵
P
Pui
i
Qi
i
/
《薄膜材料与技术》课件
Part One
单击添加章节标题
Part Two
薄膜材料的种类
金属薄膜
铝薄膜：广泛 应用于包装、
电子等领域
铜薄膜：常用 于电子电路、 太阳能电池等
领域
镍薄膜：常用 于电子电路、
电池等领域
钛薄膜：常用 于航空航天、 生物医学等领
域
塑料薄膜
聚乙烯薄膜：广泛应用于食品包装、药品包装等领域 聚丙烯薄膜：具有较好的耐热性和耐化学性，常用于包装和印刷 聚氯乙烯薄膜：具有良好的耐候性和耐化学性，常用于建筑和工业领域 聚酯薄膜：具有良好的耐热性和耐化学性，常用于包装和印刷
面的研究
研究目标：开发具有优异性 能的新型薄膜材料
研究意义：推动薄膜技术的 发展，提高薄膜材料的性能
和应用范围
薄膜材料在新能源领域的应用研究
储能电池：薄膜材料作为储 能电池的电极，提高能量存 储密度
燃料电池：薄膜材料作为燃 料电池的电极，提高电化学 反应效率
太阳能电池：薄膜材料作为 太阳能电池的基底，提高光 电转换效率
超级电容器：薄膜材料作为 超级电容器的电极，提高能
量存储和释放速度
热电材料：薄膜材料作为热 电材料的基底，提高热电转
换效率
光热材料：薄膜材料作为光 热材料的基底，提高光热转
换效率
薄膜材料在其他领域的应用研究
电子领域：薄膜材料在电子设备中的广泛应用，如薄膜太阳能电池、薄膜显示器等
光学领域：薄膜材料在光学器件中的应用，如薄膜光学镜片、薄膜光学传感器等 生物医学领域：薄膜材料在生物医学领域的应用，如薄膜生物传感器、薄膜药物载体等 环境领域：薄膜材料在环境领域的应用，如薄膜空气净化器、薄膜水处理设备等
力学特性
弹性模量：薄膜 材料的弹性模量 通常较小，易于 弯曲和变形
薄膜技术英文PPT课件-05Thin-Film CVD
epitaxial GaAs films
e.g. CdTe thin film
（g）
Two common features of CVD
• All of the chemical reactions can be written in the simplified generalized form
• Do not require vacuum or unusual levels of electric power, CVDs were practiced commercially prior to PVD.
• the fabrication of solid-state electronic devices, the manufacture of ball bearings and cutting tools, and the production of rocket engine and nuclear reactor components
• The ability to controllably create films of widely varying stoichiometry
• Affordable cost of the equipment and operating expenses, the suitability for both batch and semicontinuous operation, and the compatibility with other processing steps.
5. Heterogeneous reactions catalyzed by the surface leading to film formation
e.g. CdTe thin film
（g）
Two common features of CVD
• All of the chemical reactions can be written in the simplified generalized form
• Do not require vacuum or unusual levels of electric power, CVDs were practiced commercially prior to PVD.
• the fabrication of solid-state electronic devices, the manufacture of ball bearings and cutting tools, and the production of rocket engine and nuclear reactor components
• The ability to controllably create films of widely varying stoichiometry
• Affordable cost of the equipment and operating expenses, the suitability for both batch and semicontinuous operation, and the compatibility with other processing steps.
5. Heterogeneous reactions catalyzed by the surface leading to film formation
薄膜材料与技术 05级 第1、2章 课件
¨ 换算基础：1 N＝105 dyne＝0.225 lbf 1 atm＝760 mmHg（torr）＝1.013×105 Pa＝1.013 bar
西安理工大学 Xi'an University of Technology
1 真空技术基础
-7-
薄膜材料与技术
材料科学与工程学院 2008©
Thin Film Materials & Technologies
1.1 真空的基本知识
中学物理内容：1643年 托里切利 (Torricelli) 著名的大气压实验
Æ 为人类首次揭示了 真空 这个物理状态的存在！ § 管内水银柱上方空间内，因已排除空气的存在而形成真空 (托里切利真空)
图中A、B、C三点压力相等，A、C点：大气压；B点：水银柱产生的压力 § 换句话说：可用水银柱产生的压力 作为 大气压力 的量度!
因此，真空可分为
⎧宇宙真空：宇宙空间内存在的真空 ⎩⎨人为真空：利用真空设备获得的容器内真空
现代真空技术的极限：每 cm3空间内仅有数百个气体分子 Æ 对应气压 ≈ 10-11 Pa
思考题：常温常压下，每cm3空间内有多少个气体分子？
提示：可由Avogadro常数进行推算 (6.02×1023个/22.4×103cm3 ≈ 2.7×1019 个/cm3)
西安理工大学 Xi'an University of Technology
-8-
薄膜材料与技术
材料科学与工程学院 2008©
1 真空技术基础
Thin Film Materials & Technologies
1.1 真空的基本知识
1.1.2 真空区域的划分
真空区域：指不同的真空度范围；
《薄膜技术》PPT课件
– 在较高温度下：kS>>hG
N GS 0
v
NT N Si
hGY
质量转移控制
– 在较低温度下：kS<<hG 表面反应控制
N GS N G 0
v
NT N Si
kSY
在高温段〔质量转移
控制〕生长速率受温 度影响小,便于控制 〔可为±10°C〕
– 3〕生长速率与衬底取向的关系 v<110>>v<100>>v<111> ?
– 1〕掺杂浓度受汽相中的掺杂剂分气压控制
Nf
Pf 0
NSi (NSi/H)PG0
– 2〕生长速率和温度的影响 为什么温度升高会使浓度降低？
Silicon Vapor Phase Epitaxy Reactors
Exhaust
RF heating
Horizontal reactor
Gas inlet RF heating
2) Dissociation of reactants by electric fields
3) Film precursors are formed
4) Adsorption of precursors
RF field
RF generator Electrode PECVD reactor
7) Desorption of by-products
By-products
8) By-product removal
Exhaust
5) Precursor diffusion
into substrate
6) Surface reactions Continuous film
薄膜技术及应用PPT课件
19
⑵光学薄膜 减反射膜、反射膜、分光镜、滤光片； 照明光源所用的反热镜与冷光镜薄膜； 建筑物、汽车等交通工具所用的镀膜玻璃； 激光唱片与光盘中的光存储薄膜； 集成光学元件所用的介质薄膜与半导体薄膜。
ANTI-REFLECTION CHART
three layers
20
⑶硬质膜、耐蚀膜、润滑膜 ⑷有机分子薄膜 ⑸装饰膜 ⑹包装膜
薄膜材料是采用特殊的方法，在体材料的表面沉 积或制备的一层性质与体材料性质完全不同的物质 层。
薄膜材料往往具有特殊的材料性能或性能组合。
4
薄膜材料科学成为材料科学中发展最迅速分支 的原因：
(1)现代科学技术的发展，特别是微电子技 术的发展，过去需要众多材料组合才能实现的 功能，现在仅仅需要少数几个器件或一块集成 电路板就可以完成。薄膜技术正是实现器件和 系统微型化的最有效的技术手段。
刀具表面氮化物、氧化物、碳化物镀膜
21
22
薄膜材料学涉及的内容： (1)薄膜材料的制备手段； (2)薄膜材料的形核与生长理论； (3)薄膜材料的表征技术； (4)薄膜材料的体系、性能及应用。
23
24
25
26
27
28
• High performance Nano-FETs • Nano-Optoelectronic Devices • Photodetectors • Nano LEDs • Sensors • Solar cell
SiGe：H、a-SiC：H、a-SiN：H、a-Si/a-SiC等一 系列晶态与非晶态超晶格薄膜。
C-V Characteristics of GaAs/AlGaAs ure showing capacitance Oscillations Associated
⑵光学薄膜 减反射膜、反射膜、分光镜、滤光片； 照明光源所用的反热镜与冷光镜薄膜； 建筑物、汽车等交通工具所用的镀膜玻璃； 激光唱片与光盘中的光存储薄膜； 集成光学元件所用的介质薄膜与半导体薄膜。
ANTI-REFLECTION CHART
three layers
20
⑶硬质膜、耐蚀膜、润滑膜 ⑷有机分子薄膜 ⑸装饰膜 ⑹包装膜
薄膜材料是采用特殊的方法，在体材料的表面沉 积或制备的一层性质与体材料性质完全不同的物质 层。
薄膜材料往往具有特殊的材料性能或性能组合。
4
薄膜材料科学成为材料科学中发展最迅速分支 的原因：
(1)现代科学技术的发展，特别是微电子技 术的发展，过去需要众多材料组合才能实现的 功能，现在仅仅需要少数几个器件或一块集成 电路板就可以完成。薄膜技术正是实现器件和 系统微型化的最有效的技术手段。
刀具表面氮化物、氧化物、碳化物镀膜
21
22
薄膜材料学涉及的内容： (1)薄膜材料的制备手段； (2)薄膜材料的形核与生长理论； (3)薄膜材料的表征技术； (4)薄膜材料的体系、性能及应用。
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• High performance Nano-FETs • Nano-Optoelectronic Devices • Photodetectors • Nano LEDs • Sensors • Solar cell
SiGe：H、a-SiC：H、a-SiN：H、a-Si/a-SiC等一 系列晶态与非晶态超晶格薄膜。
C-V Characteristics of GaAs/AlGaAs ure showing capacitance Oscillations Associated
《厚膜与薄膜技术》PPT课件
参数意义：浆料内颗粒尺寸分布和弥散的度量
测量工具：细度计
测量结果：能得到颗粒
的最大、最小和平均粒径
2021/5/28
超大规模集成电路硅衬底抛光
14
2021/5/28
固体粉末百分比含量
参数意义：有效物质与粘贴成分的质量与浆料总质量 的比值，一般为85％～92％〔质量百分比〕。
测量方法：取少量浆料样品称重，然后放在大约 400℃的炉子里直到所有的有机物烧尽，重新称量样 品。
2021/5/28
提供元器件与膜布线之间以及与更高一级组装的电互连。
提供端接区以连接厚膜电阻。
提供多层电路超导大规体模层集成之电间路硅的衬电底连抛光接。
19
2021/5/28
厚膜导体材料有三种根本类型：
可空气烧结：由不容易形成氧化物的贵金属制成的，主要 的金属是金和银，它们可以是纯态的，也可与钯或与铂存 在于合金化的形式。
印刷后，必须有足够的时间使浆料粘度增加到接近 静止粘度〔流平〕，如果在流平前把浆料置于烘干 工艺的条件下，那么浆料由于温度的升高而变得稀 薄，印出的图形将会丧失线条的清晰度。
浆料粘度的调节：
参加适当的溶剂可以很容易的降低粘度，当浆料罐 已开启屡次或把浆料从丝网返回罐中时，常常需要 这么做。
增加浆料的粘度是很困难的，需要参加更多的不挥
2021/5/28 更为困难。
超大规模集成电路硅衬底抛光
8
2021/5/28
〔2〕金属氧化物材料：一种纯金属例如Cu、Cd与浆料 的混合物
粘贴机理：纯金属在基板外表与氧原子反响形成氧化物， 金属与其氧化物粘接并通过烧结而结合在一起。属于 氧化物键合或分子键合。
特点：与玻璃料相比，这一类浆料改善了粘接性。但烧 结温度较高，一般在950～1000℃下烧结，加速了厚 膜烧结炉的损耗，炉体维护频率高。
测量工具：细度计
测量结果：能得到颗粒
的最大、最小和平均粒径
2021/5/28
超大规模集成电路硅衬底抛光
14
2021/5/28
固体粉末百分比含量
参数意义：有效物质与粘贴成分的质量与浆料总质量 的比值，一般为85％～92％〔质量百分比〕。
测量方法：取少量浆料样品称重，然后放在大约 400℃的炉子里直到所有的有机物烧尽，重新称量样 品。
2021/5/28
提供元器件与膜布线之间以及与更高一级组装的电互连。
提供端接区以连接厚膜电阻。
提供多层电路超导大规体模层集成之电间路硅的衬电底连抛光接。
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2021/5/28
厚膜导体材料有三种根本类型：
可空气烧结：由不容易形成氧化物的贵金属制成的，主要 的金属是金和银，它们可以是纯态的，也可与钯或与铂存 在于合金化的形式。
印刷后，必须有足够的时间使浆料粘度增加到接近 静止粘度〔流平〕，如果在流平前把浆料置于烘干 工艺的条件下，那么浆料由于温度的升高而变得稀 薄，印出的图形将会丧失线条的清晰度。
浆料粘度的调节：
参加适当的溶剂可以很容易的降低粘度，当浆料罐 已开启屡次或把浆料从丝网返回罐中时，常常需要 这么做。
增加浆料的粘度是很困难的，需要参加更多的不挥
2021/5/28 更为困难。
超大规模集成电路硅衬底抛光
8
2021/5/28
〔2〕金属氧化物材料：一种纯金属例如Cu、Cd与浆料 的混合物
粘贴机理：纯金属在基板外表与氧原子反响形成氧化物， 金属与其氧化物粘接并通过烧结而结合在一起。属于 氧化物键合或分子键合。
特点：与玻璃料相比，这一类浆料改善了粘接性。但烧 结温度较高，一般在950～1000℃下烧结，加速了厚 膜烧结炉的损耗，炉体维护频率高。
薄膜及其特性PPT课件
（5）装饰膜
（6）包装膜
26
1.3 薄膜材料的特殊性
（1）表面能级很大 由于薄膜表面积与体积之比很大，致使薄膜材料的 表面效应十分突出。 表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之 比随粒子尺寸的减小而大幅度地增加（对于直径为 10nm的粒子，表面原子所占百分数为20％;直径为 1nm的粒子，表面原子所占百分数为100％），粒子 的表面能和表面张力随之增加，材料的光、电、化 学性质发生变化。
• 采用各种PVD 法沉积薄膜时, 提高基体温度有利于薄膜和 基体原子的相互扩散, 而且会加速化学反应, 从而有利于 形成扩散附着和化学键附着力, 使附着性增加。
33
• 相对而言，荷能沉积，如离子束辅助蒸发、 磁控溅射、离子束溅射、激光蒸发等方法 获得的同种薄膜与衬底的结合力高于简单 热蒸发获得的薄膜。原因是荷能束有利于 去除衬底表面吸附层、活化衬底表面、促 进薄膜与衬底间的互扩散。
29
附着：既然薄膜是在基片之上生成的，基片和薄膜之间就会 存在着一定的相互作用。这种相互作用通常的表现形式是附 着（adhesion）。 薄膜的一个面附着在基片上并受到约束作用，因此薄膜内容 易产生应变。若考虑与薄膜面垂直的任一断面，断面两侧就 会产生相互作用力，这种相互作用力称为内应力（internal stress）。附着和内应力是薄膜极为重要的固有特征。 该基片和薄膜属于不同种物质，附着现象所考虑的对象是二 者间的边界和界面。 二者之间的相互作用就是附着能，附着能可看成是界面能的 一种。附着能对基片－薄膜间的距离微分，微分最大值就是 附着力。
• 由于一般膜层都很薄, 所以基体表面的粗糙不平整会导致 难以形成均匀连续的膜层, 影响其性能。所以, 在镀膜前 一般要对基体进行机械抛光及严格的清洗, 去油、去污、 去氧化物等, 还可用超声波清洗以增加清洗效果。
（6）包装膜
26
1.3 薄膜材料的特殊性
（1）表面能级很大 由于薄膜表面积与体积之比很大，致使薄膜材料的 表面效应十分突出。 表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之 比随粒子尺寸的减小而大幅度地增加（对于直径为 10nm的粒子，表面原子所占百分数为20％;直径为 1nm的粒子，表面原子所占百分数为100％），粒子 的表面能和表面张力随之增加，材料的光、电、化 学性质发生变化。
• 采用各种PVD 法沉积薄膜时, 提高基体温度有利于薄膜和 基体原子的相互扩散, 而且会加速化学反应, 从而有利于 形成扩散附着和化学键附着力, 使附着性增加。
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• 相对而言，荷能沉积，如离子束辅助蒸发、 磁控溅射、离子束溅射、激光蒸发等方法 获得的同种薄膜与衬底的结合力高于简单 热蒸发获得的薄膜。原因是荷能束有利于 去除衬底表面吸附层、活化衬底表面、促 进薄膜与衬底间的互扩散。
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附着：既然薄膜是在基片之上生成的，基片和薄膜之间就会 存在着一定的相互作用。这种相互作用通常的表现形式是附 着（adhesion）。 薄膜的一个面附着在基片上并受到约束作用，因此薄膜内容 易产生应变。若考虑与薄膜面垂直的任一断面，断面两侧就 会产生相互作用力，这种相互作用力称为内应力（internal stress）。附着和内应力是薄膜极为重要的固有特征。 该基片和薄膜属于不同种物质，附着现象所考虑的对象是二 者间的边界和界面。 二者之间的相互作用就是附着能，附着能可看成是界面能的 一种。附着能对基片－薄膜间的距离微分，微分最大值就是 附着力。
• 由于一般膜层都很薄, 所以基体表面的粗糙不平整会导致 难以形成均匀连续的膜层, 影响其性能。所以, 在镀膜前 一般要对基体进行机械抛光及严格的清洗, 去油、去污、 去氧化物等, 还可用超声波清洗以增加清洗效果。
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Introduction
• evaporation and sputtering are quite different
– Target: cathode, several kV – Substrate: anode – Working gas: Ar, 0.1-10Pa – Visible glow discharge –
• Self-sustaining of plasma: the new produced ions equal the ions that lost.
Production and maintenance of Plasma
靶
基片
Glow discharge plasma
a plasma formed by the passage of electric current through a low-pressure gas. It is created by applying a voltage between two metal electrodes in a glass tube containing gas. 。
Technology of Thin Film
Thin-Film Sputtering Processes
Outline
1. Introduction 2. Plasmas, Discharges, and Arcs 3. Physics of sputtering
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Introduction
• Evaporation and sputtering are quite different
Schematics of simplified sputtering systems: (a) DC, (b)vaporation and sputtering are quite different
– positive gas ions strike the cathode and physically sputter target atoms through momentum transfer to them.
Introduction
• Application of Plasma Technology
– Deposition and removal (etching) of thin films as well as the modification of surfaces
– Microelectronics applications, automotive, optical coating, biomedical, information recording, waste management, and aerospace industries
Outline
1. Introduction 2. Plasmas, Discharges, and Arcs 3. Physics of sputtering 4. DC, RF, Magnetron and reactive sputtering
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What is Plasma?
PDP TV
– other particles (secondary electrons, desorbed gases, and negative ions) as well as radiation (Xrays and photons) are emitted from the target.
– The electric field accelerates electrons and negatively charged ions toward the anode substrate where they impinge on the growing film.
✓Thermal plasma：highly ionized plasma, with high temperature of ion and high temperature of electron. （eg： Sun）
Production of Plasma
• Gas discharge：gas ionize in electric field by collision between energic electron and gas molecular.
Neon_lamp_on_DC
Production and maintenance of
– An ionized gas or plasma rather than a vacuum environment, active electrodes that participate in the deposition process, and low-temperature processing are among the features that distinguish sputtering from evaporation.
Fluorescent lighting
lighting
northern lights
Sun
99%of matter in the universe
Plasma
• Plasmas are ionized gases consisting of a collection of electrons, ions, and neutral atomic and molecular species
• Feature – Quasineutral – Conductive
Plasma
✓Nonthermal plasma：weekly ionized plasma, the temperature of ion is far below the temperature of electron. （eg：Fluorescent lighting、sputtering process）