1-薄膜制备方法
第二章 薄膜制备的物理方法
反应方程举例如下:
Al(激活蒸汽） O2 (活性气体） Al2O3(固相沉积）
Sn（激活蒸汽） O2(活性气体) SnO2 (固相沉积） 在反应蒸发中，蒸发原子或低价化合物分子与活
为了避免污染薄膜材料，蒸发源中所用的支撑材 料在工作温度下必须具有可忽略的蒸汽压，以避 免支撑材料原子混入蒸发气体中。
通常所用的支撑材料为难熔的金属和氧化物。
同时，选择某一特殊支撑材料时，一定要考虑蒸 发物与支撑材料之间可能发生的合金化和化学反 应、相互润湿程度等问题。
支撑材料的形状则主要取决于蒸发物。
源，则膜厚分布为：
d
1
d0 1 l / h2 2
沉积速率和膜厚分布
沉积速率和膜厚分布
实际蒸发过程中，蒸发粒子都要受到真空室中残 余气体分子的碰撞，碰撞次数取决于分子的平均 自由程。设有N0个蒸发分子，飞行距离l后，未受 到残余气体分子碰撞的数目N为：
N N0 exp(l / )
同时，脉冲激光沉积可以实现高能等离子体沉积 以及能在气氛中实现反应沉积。
PLA的局限性：
（1）小颗粒的形成。在PLA膜中通常有0.110um的小颗粒，解决的办法是利用更短波 长的紫外线、靶转动和激光束扫描以保持 靶面平滑，更有效的办法是转动快门将速 度慢的颗粒挡住。
（2）膜厚不够均匀。熔蒸“羽辉”（发光部 分类似羽毛）具有很强的定向性，只能在 很窄的范围内形成均匀厚度的膜。
第二章 薄膜制备的物理方法
物理气相沉积
薄膜沉积的物理方法主要是物理气相沉积法，物 理气相沉积（Physical Vapor Deposition,简称 PVD）是应用广泛的一系列薄膜制备方法的总称， 包括真空蒸发法，溅射法，分子束外延法等。
薄膜制备的物理方法
一、薄膜制备的物理方法
1.真空蒸发 真空蒸发 2.溅射 溅射 3.离子束和离子助 3.离子束和离子助 4.外延膜沉积技术 外延膜沉积技术
二、真空蒸发
在真空蒸发技术中，人们只需要产生一个真空环境。在真空环境下， 在真空蒸发技术中，人们只需要产生一个真空环境。在真空环境下， 真空环境 待蒸发物提供足够的热量以获得蒸发所必需的蒸气压 提供足够的热量以获得蒸发所必需的蒸气压。 给待蒸发物提供足够的热量以获得蒸发所必需的蒸气压。在适当的温 度下，蒸发粒子在基片上凝结，这样即可实现真空蒸发薄膜沉积。 度下，蒸发粒子在基片上凝结，这样即可实现真空蒸发薄膜沉积。 大量材料皆可以在真空中蒸发，最终在基片上凝结以形成薄膜。 大量材料皆可以在真空中蒸发，最终在基片上凝结以形成薄膜。真空 组成： 蒸发沉积过程由三个步骤组成： ①蒸发源材料由凝聚相转变成气相； 蒸发源材料由凝聚相转变成气相； ②在蒸发源与基片之间蒸发粒子的运输； 在蒸发源与基片之间蒸发粒子的运输； ③蒸发粒子到达基片后凝结、成核、长大、成膜。 蒸发粒子到达基片后凝结、成核、长大、成膜。
1.真空蒸发沉积薄膜的优点：简单便利、操作容易、成膜速度快、效 真空蒸发沉积薄膜的优点：简单便利、操作容易、成膜速度快、 真空蒸发沉积薄膜的优点 率高等 是薄膜制备中最为广泛使用的技术。 率高等，是薄膜制备中最为广泛使用的技术。
2.真空蒸发技术的缺点：形成的薄膜与基片结合较差，工艺重复性不 真空蒸发技术的缺点：形成的薄膜与基片结合较差， 真空蒸发技术的缺点 好。
薄膜制备的物理方法
化学气相沉积方法由于所得到的薄膜材料是由反应气体通过化学反应 化学气相沉积方法由于所得到的薄膜材料是由反应气体通过化学反应 而实现的，因此对于反应物和生成物的选择具有一定的局限性。同时， 而实现的，因此对于反应物和生成物的选择具有一定的局限性。同时， 由于化学反应需要在较高的温度下进行， 由于化学反应需要在较高的温度下进行，基片所处的环境温度一般较 这样也同时限制了基片材料的选取。 高，这样也同时限制了基片材料的选取。相对于化学气相沉积这些局 限性，物理气相沉积（ 简称PVD）则显 限性，物理气相沉积（Physical Vapor Deposition ，简称 ） 示出独有的优越性，它对沉积材料和基片材料均没有限制。 示出独有的优越性，它对沉积材料和基片材料均没有限制。 物理气相沉积过程可概括为三个阶段： 物理气相沉积过程可概括为三个阶段： 从源材料中发射出粒子； ①从源材料中发射出粒子； ②粒子运输到基片； 粒子运输到基片； 粒子在基片上凝结、成核、长大、成膜。 ③粒子在基片上凝结、成核、长大、成膜。
薄膜的化学制备方法
LB薄膜的特点
优点：1. LB薄膜中分子有序定向排列，这是一个重要特点； 2. 很多材料都可以用LB技术成膜； 3. LB膜有单分子层组成，它的厚度取决于分子大小 和 分子的层数； 4. 通过严格控制条件，可以得到均匀、致密和缺陷密 度很低的LB薄膜；
缺点：
➢ 成膜效率低， ➢ LB薄膜均为有机薄膜，包含了有机材料的弱点； ➢ LB薄膜厚度很薄，在薄膜表征手段方面难度较大。
盲孔
和形状复杂的内腔；
4. 被镀材料广泛：可在钢、铜、铝、锌、塑料、尼龙、
玻
Ni2+
+
_
H2PO2
+H2O
表面 催化HPO32
+ 3H+ + Ni
璃、 橡胶、木材等材料上镀膜。
化学镀设备（Electroless plating equipment ）
化学镀的应用
化学镀Ni-P-B活塞
Ni-P塑料模具
Ni-P铝质天线盒
PCB的局部化学镀
Layer 1
Tracks
Via Hole
SMD Pad
Layer 6
R34
IC3
二、溶胶-凝胶法
溶胶凝胶法是常用的化学制膜方法，与 蒸发、溅射等物理成膜方法相比，设备简单、成 本低、容易控制薄膜的化学组分比、可以用它方 便地制备多种薄膜和纳米材料，是一种适合于机 理研究的好方法。
4.在基片B，金属离子得到 电子被还原。
电镀服从法拉第定律
Faraday 定律（镀层厚度与时间和电流的关系）
• m=K I t • m=(M/nF) (I(d) S) t • p S h=(M/nF) (I(d)
S) t • p h=(M/nF) I(d) t
薄膜的制备及其特性测试
图1 双靶反应磁控溅射原理图 如图，双靶法同时安装两块靶材互为阴阳极进行轮回溅射镀膜 如图，
1.4、射频反应磁控溅射 1.4、
在一定气压下，在阴阳极之间施加交流电压，当其频率 增高到射频频率时即可产生稳定的射频辉光放电。射频辉光 放电在辉光放电空间中电子震荡足以产生电离碰撞的能量， 所以减小了放电对二次电子的依赖，并且能有效降低击穿电 压。射频电压可以穿过任何种类的阻抗，所以电极就不再要 求是导电体，可以溅射任何材料，因此射频辉光放电广泛用 于介质的溅射。频率在5～30MHz都称为射频频率。
透光率是透明薄膜的一项非常重要的光学性能指标， 透光率是透明薄膜的一项非常重要的光学性能指标，透光 率是指以透过材料的光通量与入射的光通量之比的百分数表示， 率是指以透过材料的光通量与入射的光通量之比的百分数表示，在 测试中采用相对测量原理，将通过透明薄膜的光通量记为T2 T2， 测试中采用相对测量原理，将通过透明薄膜的光通量记为T2，在没 有放入透明薄膜的光通量记为T1 那么薄膜的透光率为： T1， 有放入透明薄膜的光通量记为T1，那么薄膜的透光率为： Tt =T2/T1⊆ 其中，T1，T2均为测量相对值 均为测量相对值） =T2/T1⊆100% （其中，T1，T2均为测量相对值） 一般用来测量透过率的仪器有透过率雾度测试仪和分光光 度计法， 度计法，其原理图分别如下
1.5、化学气相沉积(CVD)法 (CVD) 1.5、化学气相沉积(CVD)法
化学气相沉积是一种化学气相生长法，简称CVD(Chemical V apor Deposition)技术。这种技术是把含有构成薄膜元素的一种 或几种化合物质气体供给基片，利用加热等离子体、紫外光乃至 激光等能源，借助气体在基片表面的化学反应(热分解或化学合 成)生成要求的薄膜。例如下图是利用化学气相沉淀法制备ITO的 原理结构图
第二章薄膜的制备ppt课件
在信息显示技术中的应用
在信息存贮技术中的应用
• 第二是在集成电路等电子工业中的应用， 其中，从外延薄膜的生长这一结晶学角 度看也具有显著的成果。
在计算机技术中的应用
在计算机技术中的应用
• 第三是对材料科学的贡献。薄漠制 备是在非平衡状态下进行，和通常的热 力学平衡条件制备材料相比具有：所得 材料的非平衡特征非常明显;可以制取普 通相图中不存在的物质;在低温下可以制 取热力学平衡状态下必须高温才能生成 的物质等优点。
薄膜的主要特性
• 材料薄膜化后，呈现出的一部分主要特性：
•
几何形状效应
• 块状合成材料一般使用粉末的最小尺寸为 纳米至微米，而薄膜是由尺寸为1埃左右的原子
或分子逐渐生长形成的。采用薄膜工艺可以研
制出块材工艺不能获得的物质(如超晶格材料)，
在开发新材料方面，薄膜工艺已成为重要的手
段之一。
非热力学平衡过程
无机薄膜制备工艺
• 单晶薄膜、多晶薄膜和非晶态薄膜在现代微 电子工艺、半导体光电技术、太阳能电池、光纤 通讯、超导技术和保护涂层等方面发挥越来越大 的作用。特别是在电子工业领域里占有极其重要 的地位，例如半导体集成电路、电阻器、电容器、 激光器、磁带、磁头都应用薄膜。
• 薄膜制备工艺包括：薄膜制备方法的选择； 基体材料的选择及表面处理；薄膜制备条件的选 择；结构、性能与工艺参数的关系等。
(2)双蒸发源蒸镀——三温度法
三温度-分子束外延法主要是用 于制备单晶半导体化合物薄膜。从 原理上讲，就是双蒸发源蒸镀法。 但也有区别，在制备薄膜时，必须 同时控制基片和两个蒸发源的温度， 所以也称三温度法。
三温度法 是制备化合物 半导体的一种 基本方法，它 实际上是在V族 元素气氛中蒸 镀Ⅲ族元素， 从这个意义上 讲非常类似于 反应蒸镀。图 示就是典型的 三温度法制备 GaAs单晶薄膜 原理。
ITO薄膜
实习（调研）报告一、 ITO薄膜的性能氧化铟锡（ITO）薄膜是一种重参杂、高简并n型半导体氧化物薄膜，由于其具有低电阻率、抗擦伤、良好的化学稳定等优点[9]，已经广泛应用于平板显示器、太阳能电池、汽车挡风玻璃以及电子屏蔽等诸多领域。
是按照质量比为的比例为In2O3：SnO2=9:1的比例,在氧化铟中掺杂氧化锡,并采用一定的热处理工艺得到的一种超细粉体材料。
该材料是一种型宽禁带半导体, 禁带宽度Eg=3.5eV, 禁带宽度值对应的波数为2.8×104cm-1,波长为365nm,已经在紫外线的范围内。
用其制作的薄膜仃膜对可见光的透过率超过90%,对紫外线的吸收率大于85%,对红外线反射率大于70%。
其晶体结构属于立方铁锰矿结构【1】。
二、 ITO薄膜的应用IT O 薄膜具有优良的光电性能,对可见光的透过率达95%以上,对红外光的反射率70%,对紫外线的吸收率≥85%,对微波的衰减率≥85%,导电性和加工性能极好,硬度高且耐磨耐蚀,因而在工业上应用广泛,在高技术领域中起着重要作用。
主要用途有:2. 1用于平面显示ITO薄膜的透明导电性及其良好的电极加工性能,所以它作为液晶显示器用的透明电极获得高速发展,约占功能膜的50%以上,例如液晶显示(LCD)、电致发光显示( ELD)、电致彩电显示(ECD)等。
目前,在各类显示器中,LCD的产值仅次于显像管(CRT)。
随着液晶显示器件的大面积化、高等级化和彩色化,LCD将超过CRT 成为显示器件中的主流产品。
因而ITO 薄膜主要用于高清晰度的大型彩电、计算器、计算机显示器、液晶和电子发光屏幕等。
2. 2用于交通工具风挡ITO 薄膜能除雾防霜,是一种典型的透明表面发热体,可以用作汽车、火车、电车、飞机等交通工具的风挡,用于陈列窗、溜冰眼镜、双引自行战车及医疗喉镜。
还可以用作烹调用加热板的发热体,也可以用于炉门、冷冻食品的显示器及低压钠灯等。
2. 3用于太阳能方面ITO 薄膜用于异质结SIS太阳能电池顶部氧化物层,可以得到高的能量转换效/P-Si太阳能电池可以产生13%～16%的转换效率。
薄膜制备方法
薄膜造备要领之阳早格格创做1.物理气相重积法（PVD）：真空蒸镀、离子镀、溅射镀膜2.化教气相重积法（CVD)：热CVD、等离子CVD、有机金属CVD、金属CVD.一、真空蒸镀即真空挥收镀膜，是造备薄膜最普遍的要领.那种要领是把拆有基片的真空室抽成真空，使气体压强达到10¯²Pa以下，而后加热镀料，使其本子大概者分子从表面气化劳出，产死蒸汽流，进射到温度较矮的基片表面，凝结产死固态薄膜.其设备主要由真空镀膜室战真空抽气系统二大部分组成.包管真空环境的本果有预防正在下温下果气氛分子战挥收源爆收反应，死成化合物而使挥收源劣化.预防果挥收物量的分子正在镀膜室内与气氛分子碰碰而阻拦挥收分子间接到达基片表面，以及正在途中死成化合物大概由于挥收分子间的相互碰碰而正在到达基片前便凝结等正在基片上产死薄膜的历程中，预防气氛分子动做杂量混进膜内大概者正在薄膜中产死化合物.挥收镀根据挥收源的类型有几种:⑴、电阻加热挥收源.常常适用于熔面矮于1500℃的镀料.对付于挥收源的央供为a、熔面下b、鼓战蒸气压矮c、化教本量宁静，正在下温下没有与挥收资料爆收化教反应d、具备良佳的耐热性，功率稀度变更小.⑵、电子束挥收源.热电子由灯丝收射后，被电场加速，赢得动能轰打处于阳极的挥收资料上，使挥收资料加热气化，而真止挥收镀膜.特天符合创造下熔面薄膜资料战下杂薄膜资料.便宜有a、电子束轰打热源的束流稀度下，能赢得近比电阻加热源更大的能量稀度，不妨使下熔面（可下达3000℃以上）的资料挥收，而且有较下的挥收速率.b、镀料置于热火铜坩埚内，预防容器资料的挥收，以及容器资料与镀料之间的反应，那对付于普及镀膜的杂度极为要害.c、热量可间接加到挥收资料的表面，缩小热量益坏.⑶、下频感触挥收源.将拆有挥收资料的坩埚搁正在下频螺旋线圈的中央，使挥收资料正在下频电磁场的感触下爆收强盛的涡流益坏战磁滞益坏（铁磁体），从而将镀料金属加热挥收.时常使用于洪量挥收下杂度金属.分子束中延技能（molecular beam epitaxy,MBE).中延是一种造备单晶薄膜的新技能，它是正在符合的衬底与符合条件下，沿衬底资料晶轴目标逐层死少新单晶薄膜的要领.中延薄膜战衬底属于共一物量的称“共量中延”，二者分歧的称为“同量中延”.MBE是正在810—Pa的超真空条件下，将薄膜诸组分元素的分子束流，正在庄重监控之下，间接喷射到衬底表面.其中已被基片捕获的分子，即时被真空系统抽走，包管到达衬底表面的经常新分子束.那样，到达衬底的各元素分子没有受环境气氛的效率，仅由挥收系统的几许形状战挥收源温度决断.二、离子镀是正在真空条件下，利用气体搁电使气体大概被挥收物量离化，正在气体离子大概被挥收物量离子轰打效率的共时，把挥收物大概其反应物蒸镀正在基片上.时常使用的几种离子镀：（1）曲流搁电离子镀.挥收源：采与电阻加热大概电子束加热；充进气体：充进Ar大概充进少量反应气体；离化办法：被镀基体为阳极，利用下电压曲流辉光搁电离子加速办法：正在数百伏至数千伏的电压下加速，离化战离子加速所有举止.（2）空心阳极搁电离子镀（HCD，hollow cathode discharge ）.等离子束动做挥收源，可充进Ar、其余惰性气体大概反应气体；利用矮压大电流的电子束碰碰离化， 0至数百伏的加速电压.离化战离子加速独力支配.（3）射频搁电离子镀.电阻加热大概电子束加热，真空，Ar，其余惰性气体大概反应气体；利用射频等离子体搁电离化， 0至数千伏的加速电压，离化战离子加速独力支配.（4）矮压等离子体离子镀.电子束加热，惰性气体，反应气体. 等离子体离化， DC大概AC 50V离子镀是一个格中搀杂历程，普遍去道末究包罗镀料金属的挥收，气化，电离，离子加速，离子之间的反应，中战以及正在基体上成膜等历程，其兼具真空蒸镀战真空溅射的特性.三、溅射镀膜是正在真空室中，利用荷能粒子轰打靶表面，使被轰打出的粒子正在基片上重积的技能.用戴有几十电子伏特以上动能的粒子大概粒子束映照固体表面，靠拢固体表面的本子会赢得进射粒子所戴能量的一部分从而背真空中劳出，那种局里称为溅射.应用于当前工业死产的主要溅射镀膜办法：（1）射频溅射是利用射频搁电等离子体中的正离子轰打靶材、溅射出靶材本子从而重积正在接天的基板表面的技能.由于接流电源的正背性爆收周期接替，当溅射靶处于正半周时，电子流背靶里，中战其表面散集的正电荷，而且散集电子，使其表面浮现背偏偏压，引导正在射频电压的背半周期时吸引正离子轰打靶材，从而真止溅射.由于离子比电子品量大，迁移率小，没有像电子那样很快天背靶表面集结，所以靶表面的面位降下缓缓，由于正在靶上会产死背偏偏压，所以射频溅射拆置也不妨溅射导体靶.射频溅射拆置的安排中，最要害的是靶战匹配回路.靶要火热，共时要加下频下压.（2）磁控溅射（下速矮温溅射）.其重积速率快、基片温度矮，对付膜层的益伤小、支配压力矮.磁控溅射具备的二个条件是：磁场战电场笔曲；磁场目标与阳极（靶）表面仄止，并组成环形磁场.电子正在电场E的效率下，正在飞背基片历程中与氩本子爆收碰碰，使其电离爆收出Ar 战新的电子；新电子飞背基片，Ar 正在电场效率下加速飞背阳极靶，并以下能量轰打靶表面，使靶材爆收溅射.正在溅射粒子中，中性的靶本子大概分子重积正在基片上产死薄膜，而爆收的二次电子会受到电场战磁场效率，爆收E（电场）×B（磁场）所指的目标漂移，简称E×B漂移，其疏通轨迹近似于一条晃线.若为环形磁场，则电子便以近似晃线形式正在靶表面干圆周疏通，它们的疏通路径没有但是很少，而且被束缚正在靠拢靶表面的等离子体天区内，而且正在该天区中电离出洪量的Ar 去轰打靶材，从而真止了下的重积速率.随着碰碰次数的减少，二次电子的能量消耗殆尽，渐渐近离靶表面，并正在电场E的效率下最后重积正在基片上.由于该电子的能量很矮，传播给基片的能量很小，以致基片温降较矮.（3）反应溅射.反应溅射是指正在存留反应气体的情况下，溅射靶材时，靶材会与反应气体反应产死化合物(如氮化物大概氧化物)，正在惰性气体溅射化合物靶材时由于化教没有宁静性往往引导薄膜较靶材少一个大概更多组分，此时如果加上反应气体不妨补偿所缺少的组分，那种溅射也不妨视为反应溅射.化教气相重积chemical vapor deposition（CVD)一、热CVD指把含有形成薄膜元素的气态反应剂大概液态反应剂的蒸气及反应所需其余气体引进反应室，正在衬底表面爆收化教反应死成薄膜的历程.本理：利用挥收性的金属卤化物战金属的有机化合物等，正在下温下爆收气相化教反应，包罗热领会、氢还本（可造备下杂度金属膜）、氧化战置换反应等，正在基板上重积所需要的氮化物、氧化物、碳化物、硅化物、硼化物、下熔面金属、金属、半导体等薄膜.造备条件：1）正在重积温度下，反应物具备脚够的蒸气压，并能以符合的速度被引进反应室；2）反应产品除了产死固态薄膜物量中，皆必须是挥收性的；3）重积薄膜战基体资料必须具备脚够矮的蒸气压.二、等离子体CVD（plasma chemical vapor deposition）是正在下频大概曲流电场效率下，将本料气体电离产死等离子体，利用矮温等离子体动做能量源，通进适量的反应气体，利用等离子体搁电，使反应气体激活并真止化教气相重积的技能.正在脆持一定压力的本料气体中，输进曲流、下频大概微波功率，爆收气体搁电，产死等离子体.正在气体搁电等离子体中，由于矮速电子与气体本子碰碰，故除爆收正、背离子中，还会爆收洪量的活性基（激励本子、分子等），从而可大大巩固反映气体的活性.那样便不妨正在较矮的温度下，爆收反应，爆收薄膜.PCVD不妨正在更矮的温度下成膜.可缩小热益伤，减矮膜层与衬底资料间的相互扩集及反应多用于太阳能电池及液晶隐现器等.三、有机金属CVD（MOCVD）是将反应气体战睦化的有机物通过反应室，通过热领会重积正在加热的衬底上产死薄膜.它是利用运载气携戴金属有机物的蒸气加进反应室，受热领会后重积到加热的衬底上产死薄膜.其特性是：1.较矮的衬底温度； 2.较下的死少速率，可死少极薄的薄膜； 3.透彻的组分统造可举止多元混晶的身分统造，可真止多层结构及超晶格结构； 4.易赢得大里积匀称薄膜；其缺陷是：1.残留杂量含量下 2.反应气体及尾气普遍为易焚、易爆及毒性很强的气体.。
第三章薄膜材料的制备
(6) 特殊蒸发方法—化合物和合金材料
a.闪蒸蒸发 又称瞬间蒸发，把薄膜 材料做成细小颗粒或粉 末状，通过一定装置使 其以极小的流量逐渐进 入高温蒸发源。使每个 颗粒都在瞬间完全蒸发， 以保证薄膜的组分比例 与合金相同。
闪蒸蒸发设备示意图
b．多源蒸发 将合金薄膜所需的元素各 自置于单独的蒸发源中， 同时加热，并独立控制各 蒸发源的温度，以使薄膜 的组分比例满足合金要求。 要求各蒸发源参数能独立 控制和指示，蒸发源间分 隔开，避免相互污染。
六硼化镧薄膜的电子束蒸发法制备 基底选用玻璃和钽片, 使用的设备为南光H44500-3 型超高真空镀 膜机。基底固定在一个不锈钢底座上, e型电子枪为加工的块状 LaB6 , 用来代替原设备中的钨阴极, 试验装置的基本结构如图。 实验过程中冷阱中持续添加液氮, 真空度控制在8×105~3×10- 4Pa 之间, 电子束加速级电压控制在4500V 左右, 电 流为80mA, 蒸发时间为15min 。蒸发过程中通过控制电子束能 量来实现对多晶材料蒸发速率的控制, 通过蒸发时间来控制蒸发薄
一、薄膜和薄膜材料分类
1、薄膜材料的概念
采用一定方法，处于某种状态的一种或几种物质 (原材料)的基团（离子、原子或分子）以物理或 者化学方式附着于衬底材料表面，在衬底材料表 面形成一层新的物质，这层新物质就称为薄膜。
简而言之，薄膜是由离子、原子或分子的沉积过 程形成的二维材料。
2、薄膜的基本特征
多源蒸发装置示意图
c.反应蒸发(属化学成膜) 把活性气体导入真空室，使活性气体的原子、分子与来自 蒸发源的原子、分子在衬底表面反应，生成所需化合物。 这种方法在制作高熔点 化合物薄膜时经常被采 用。 例如：在空气或氧气中 蒸发Si来制备SiO2薄膜
薄膜材料的制备方法
广
东
化
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７ ７
第 ３ 卷 总第 ２ ５ ９ ２ 期
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薄膜材 料 的制 备方法
张 美 芳 ，林 飞 ２
（． 吕城 高级 中学 化学 组 ，江苏 丹 阳 ２ ２ ５ ；２ １ １３ １ ．第六 中学 化学 组 ，江苏 丹 阳 ２２ ０） ３ ３０
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｈ ｒ ， ａｉ ｕ ｌ ｍａｅ ｉｌ ｎｄｔ ｉ ｐ ｅ ａ ａｉ ｎ ｍｅｈ ｄ ａ ｅ ｎ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ｅ ａｌ ， ｎ ｌ ｄ ｎ Ｖａ ｕ ｍ ｖ ｐ ｒ ｔ ｎ Ｖａ ｕ ｍ ｐ ｔｅｉ ｇ ｓ ｒ ｃ ： ｎ ｔ ｅｗｏ ｋ ｖ ｒ ｓｆ ｍ ｔｒａ ｓａ ｏ ｉ ｈｅｒ ｒ ｐ ｒ ｔ ｔ ｏ ｓ ｖｅｂ ｅ ｒ ｄ ｃ ｄｄ ｔ ｉ ｙ ｉ ｃｕ ｉｇ： ｃ ｕ ｅ ａ ｏ ａｉ ， ｃ ｕ ｓ ｕ ｔ ｒ ， ｏ ｈ ｎ ｌ ｏ ｎ Ｐ ｓ ｄ ｌ ｓ ｒ ｄ ｐ ｓｔｏ ，Ｍ ｏｅ ｕ ａ ｅ ｍ ｐ ｔｘ ， ｅ ｃ ｌｖ ｐ ， ｄ ｐ ｓｔ ｎ Ｃｈ ｍｉａ ａｈ ｄ ｐ ｓｔ ｎ ｕｌ ａ ｅ ｅ ｏ ｉｉｎ ｅ ｌ ｃ ｌｒ ｂ ａ ｅ ｉ ｙ Ｃｈ ｍｉ ａ ａ ｃ ｅ ｏ ｉ ｏ ， ｅ ｃ ｌｂ ｔ ｅ ｏ ｉｉ ，Ｅｌｃｒ ｄ ｐ ｓｔ ｎ ｏ— ｅ ｍｅ ｈ ｄ ｕ ｃ ｓ ｉ ｅ ｉ ｎ ｌｙ ｒ ａ ｒ ｉ ｏ ｅ ｔｏ ｅ ｏ ｉ ０ ，Ｓ ｌｇ ｌ ｉ ｔｏ ，Ｓ ｃ ｅ ｓ ｏ ａ ｅ ｖ ａ ｓ ｒ ｔ ｎ ａ ｄ ｒ ａ ｔｏ ， ｏ ｅ ｕ ａ ｅ ｆａ ｓ ｍｂ ｙ ｅ ｌｔ ｙ ｔ ｅ ｉ ， ｏ ｖ ｔ ｅｍａ ｔ ｏ ． ｄ ｏ ｐ ｉ ｎ ｅ ｃ ｉ ｎ Ｍ ｌｃ ｌ ｒ ｌ ｓ ｅ ｌ， ｍｐ ａｅ Ｓ ｎ ｈ ｓｓ Ｓ ｌ ｏ ｈ ｒ ｌ ｏ Ｓ － Ｍｅ ｈ ｄ
薄膜材料制备原理、技术及应用
薄膜材料制备原理、技术及应用1. 引言1.1 概述薄膜材料是一类具有微米级、甚至纳米级厚度的材料，其独特的性质和广泛的应用领域使其成为现代科学和工程中不可或缺的一部分。
薄膜材料制备原理、技术及应用是一个重要且广泛研究的领域，对于探索新材料、开发新技术以及满足社会需求具有重要意义。
本文将着重介绍薄膜材料制备的原理、常见的制备技术以及不同领域中的应用。
首先，将详细讨论涂布法、旋涂法和离子束溅射法等不同的制备原理，分析各自适用的场景和优缺点。
然后，将介绍物理气相沉积技术、化学气相沉积技术以及溶液法制备技术等常见的薄膜制备技术，并比较它们在不同实际应用中的优劣之处。
最后，将探讨光电子器件、传感器和生物医药领域等各个领域中对于薄膜材料的需求和应用，阐述薄膜材料在这些领域中的重要作用。
1.2 文章结构本文将按照以下顺序进行介绍：首先，在第二部分将详细介绍薄膜材料制备的原理，包括涂布法、旋涂法以及离子束溅射法等。
接着，在第三部分将探讨物理气相沉积技术、化学气相沉积技术以及溶液法制备技术等常见的制备技术。
然后，在第四部分将介绍薄膜材料在光电子器件、传感器和生物医药领域中的应用，包括各个领域需求和现有应用案例。
最后，在结论部分对整篇文章进行总结，并提出未来研究方向和展望。
1.3 目的本文旨在全面系统地介绍薄膜材料制备原理、技术及应用，为读者了解该领域提供一个基本知识框架。
通过本文的阐述，读者可以充分了解不同的制备原理和方法，并了解到不同领域中对于特定功能或性质的薄膜材料的需求与应用。
同时，本文还将重点突出薄膜材料在光电子器件、传感器和生物医药领域中的重要作用，以期为相关研究提供参考和启发。
以上为“1. 引言”部分内容的详细清晰撰写，请根据需要进行修改补充完善。
2. 薄膜材料制备原理：2.1 涂布法制备薄膜：涂布法是一种常见的制备薄膜的方法，它适用于各种材料的制备。
首先，将所需材料以溶解或悬浮态形式制成液体，然后利用刷子、喷雾或浸渍等方式将液体均匀地涂敷在基板上。
薄膜实验指导书
薄膜制备实验指导书实验一磁控溅射法制备金属薄膜一、实验目的1、了解磁控溅射实验原理2、学会操作磁控溅射仪3、了解影响薄膜质量的因素二、基本原理1、薄膜制备过程溅射沉积是一种物理气相沉积法，利用带有电荷的离子在电场中加速具有一定动能的特点，将离子引向欲被溅射的靶材。
溅射过程是轰击粒子与靶原子之间能量传递的结果。
在轰击离子能量合适的情况下，在与靶材表面的原子碰撞过程中，靶材表面原子将获得足够的动能脱离固体表面，这些溅射出来的靶材原子带有一定的动能沿着一定的发向射向衬底，从而实现在衬底上薄膜的沉积（如图1）。
在上述过程中，离子的产生过程与等离子体的产生或气体的辉光放电过程密切相关。
图1气体辉光放电需要的击穿电压：log bd pL V L p b∝+ 其中，p ——腔体压力，L ——电极间距，b ——常数。
发生溅射需要超过一个阈值能量，当能量较小时发生反弹或表面吸附，而能量较大时，会发生离子注入。
溅射过程中激发产生的二次电子可进一步与气体原子碰撞，引发电离或辉光， 几种常用气体的电离能见表格1表格1对于以氩离子做为入射离子的情况，入射能量略大于阈值时，产额随能量的平方增加；超过100eV,随能量线性增加；超过750eV,产额将略有增加；1000eV时产额最大（如图2）。
选择不同的电离原子，产额有所差异，其中稀有气体有较大的溅射产额。
图2对不同材料溅射产额与垂直入射氩离子的离子能图345keV离子射向银，铜和钽靶时，溅射产额与轰击离子原子序数的函数关系所谓磁控溅射，就是通过在靶材的周围和后面设置磁场，限制二次电子于靶前面，增加轰击率和电离速率，提高溅射效率。
有很多因素影响沉积薄膜的质量，包括电压、真空背底气压、氩气溅射气压、氧分压、流量大小、衬底温度，溅射方式，若是射频溅射，偏压的大小也有一定的影响。
在制备薄膜时需要查阅资料获得各个参数，或者自行研究尝试，在表征测试后得到最好的实验条件。
2、薄膜表征（1）SEM：扫描电子显微镜扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopic）的制造是依据电子与物质的相互作用。
薄膜的制备技术原理及应用
薄膜的制备技术原理及应用1. 简介薄膜是指在厚度较薄的材料表面形成一层均匀的覆盖物。
在许多领域，薄膜制备技术被广泛应用，如电子器件、光学器件、能源存储等。
本文将介绍薄膜的制备技术原理及其在不同领域的应用。
2. 薄膜制备技术原理2.1 物理气相沉积 (Physical Vapor Deposition, PVD)物理气相沉积是一种将材料从固态直接转变为薄膜状态的制备方法。
其基本原理是在真空环境中，通过蒸发或溅射，将源材料沉积到基底上。
2.1.1 蒸发法 (Evaporation)蒸发法在物理气相沉积中被广泛应用。
源材料首先被加热至其沸点，然后分子经过蒸发，成为气态粒子，最终在基底表面沉积。
2.1.2 溅射法 (Sputtering)溅射法通过将高能量粒子轰击源材料，使其表面原子迅速离开，然后在基底上形成薄膜。
溅射法制备的薄膜通常具有较好的质量和均匀性。
2.2 化学气相沉积 (Chemical Vapor Deposition, CVD)化学气相沉积是一种基于化学反应形成薄膜的制备方法。
其基本原理是在高温和高压条件下，将气态前驱体分解产生反应物，在基底上沉积形成薄膜。
2.2.1 热CVD (Thermal CVD)热CVD是一种常见的化学气相沉积方法，其反应物通常是气态前驱体。
通过调节温度和气体流量，控制反应物在基底上的沉积。
2.2.2 低压CVD (Low Pressure CVD)低压CVD是在低压条件下进行的化学气相沉积方法。
通过控制气体压力和底座温度，可以精确控制反应物的沉积速率和组成。
2.3 溶液法 (Solution Process)溶液法是在液相中形成溶液，然后将溶液沉积到基底上形成薄膜的制备方法。
溶液法制备薄膜成本低、工艺简单，因此在某些领域具有广泛的应用。
2.3.1 染料敏化太阳能电池 (Dye Sensitized Solar Cells, DSSCs)染料敏化太阳能电池是一种利用染料分子吸收光能并将其转化为电能的光电转换装置。
薄膜制备方法
薄膜制备方法
薄膜制备方法是指通过化学反应、物理沉积、溅射等方法将材料制备成薄膜的过程。
薄膜制备是目前晶体学、电子学、材料学等领域的重要研究方向之一，广泛应用于半导体器件、显示器、太阳能电池、照明生物医学等领域。
下面就几种常见的薄膜制备方法进行介绍：
1. 化学气相沉积法
化学气相沉积法是一种使用化学反应使沉积物沉积在载体上的制备方法。
一般来说，这个方法包括两个步骤：在气相中生成反应物和反应产物；将反应产物转化为固态物质使其沉积到载体表面。
这种方法通常可以制备高纯度、与晶体结构相近的薄膜。
但是，由于反应速率较慢，制备时间较长，使得这种方法的成本较高。
2. 磁控溅射法
磁控溅射法是一种通过在真空中使用磁场将材料溅射到基底上形成薄膜的制备方法。
通常此方法要求将材料放置于真空室中，然后在高能离子的存在下使用磁场来将材料溅射到基底上。
这种方法可以制备高质量的薄膜，但细节处理要求严格，需要在无菌的实验环境下进行操作。
3. 化学溶液法
化学溶液法是一种通过将反应物溶解在溶液中，然后将溶液施加到基底上制备薄膜的方法。
通常，这种方法可以制备多种不同成分的薄膜，可以在一定温度、压力和pH范围内进行调节。
但是，这种方法需要严格控制反应物的比例、加热等条件来保证薄膜质量。
4. 气体吸附法
气体吸附法是一种通过使气体从气相中吸附在基底表面，形成薄膜的制备方法。
有许多气体可以用作制备薄膜的吸附剂，如氢气、氧气等。
但是，这种方法通常需要较高的温度和压力来保证薄膜的质量，而且这种方法的工艺流程通常比较复杂。
薄膜材料的制备方法
薄膜材料的制备方法薄膜材料的制备方法有很多种，下面我将介绍几种常见的方法。
1. 溶液法：溶液法是最常见的薄膜制备方法之一。
该方法主要是将待制备的材料溶解在适当的溶剂中，形成溶液后，利用涂布、旋涂、印刷等技术将溶液均匀地涂覆到基底上，然后通过加热、蒸发或水解等方法使溶剂蒸发或分解，最终得到所需的薄膜。
溶液法具有设备简单、制备工艺容易控制等优点，可以制备出大面积、均匀的薄膜。
2. CVD法：CVD（化学气相沉积）法是一种在高温条件下通过化学反应直接在基底上沉积薄膜的方法。
该方法通常包括气相反应源、载气和基底三个组成部分。
首先，将反应源和载气输入反应室中，在高温下进行反应，产生的气体在基底表面发生化学反应，形成所需的薄膜。
该方法制备的薄膜具有高质量、高效率的特点，适用于制备高纯度、多晶或无晶结构的薄膜。
3. 真空蒸发法：真空蒸发法是一种在真空环境下利用材料的高温蒸发，使蒸发物质沉积在基底上形成薄膜的方法。
原料通过加热的方式进入气相状态，然后在真空室中通过各种控制手段将蒸发物质输送到基底上进行沉积。
该方法制备的薄膜具有优异的化学纯度和均匀性，可用于制备光学薄膜、金属薄膜等。
4. 溅射法：溅射法是一种利用离子轰击的方式将固体材料溅射到基底上形成薄膜的方法。
该方法通常在真空或惰性气体环境下进行。
材料通过电弧、射频等方式激发成粒子或离子状态，然后被加速并轰击到基底表面，形成均匀的薄膜。
溅射法具有制备多种材料的能力，可以得到具有各种结构和性质的薄膜。
5. 模板法：模板法是一种利用模板的孔隙结构来制备薄膜的方法。
首先，在模板表面形成薄膜前体，然后通过热处理或溶剂处理等方式，将前体转化为所需的薄膜。
模板法制备的薄膜具有具有有序的孔隙结构，可以用于制备滤膜、分离膜等。
总结起来，薄膜材料的制备方法包括溶液法、CVD法、真空蒸发法、溅射法和模板法等。
不同的制备方法适用于不同的材料和要求，选择合适的方法可以得到具有优异性能的薄膜材料。
举例说明薄膜制备的几种方式及特点
薄膜制备是一种常见的工程技术，可以用于制备各种材料的薄膜，包括聚合物、金属和无机物等。
在实际应用中，薄膜制备的方式有很多种，每种方式都有其特点和适用范围。
本文将举例说明薄膜制备的几种常见方式及其特点，以便读者更好地了解薄膜制备技术。
一、溶液旋涂法溶液旋涂法是一种常用的薄膜制备方式，其原理是将制备材料溶解于适当的溶剂中，然后将溶液滴在旋转的基板上，通过离心力将溶液甩到基板上形成薄膜。
该方法具有以下特点：1. 简单易行，无需复杂的设备。
2. 可以制备较大面积的薄膜。
3. 适用于制备柔性基板上的薄膜。
然而，溶液旋涂法的缺点也很明显，例如溶液的浓度和旋转速度对薄膜质量的影响比较大，且薄膜厚度不易控制。
二、真空蒸发法真空蒸发法是一种常见的薄膜制备方式，其原理是将制备材料加热至蒸发温度，然后在真空条件下蒸发到基板表面形成薄膜。
该方法具有以下特点：1. 可以制备高纯度的薄膜。
2. 薄膜的厚度和组分可以精确控制。
3. 适用于制备高要求的光学薄膜和导电薄膜。
但真空蒸发法也存在一些问题，例如对制备材料的纯度要求较高，设备成本较高，且只能制备较小面积的薄膜。
三、喷雾法喷雾法是一种以喷雾技术为基础的薄膜制备方式，其原理是将制备材料溶解于适当的溶剂中，通过气雾喷射技术将溶液喷洒到基板上形成薄膜。
该方法具有以下特点：1. 可以制备均匀性较好的薄膜。
2. 适用于大面积薄膜的制备。
3. 可以制备复杂结构的薄膜。
喷雾法的缺点主要在于薄膜的厚度控制较难，且溶液浓度和喷雾条件对薄膜质量有较大影响。
四、离子束溅射法离子束溅射法是一种以物理气相沉积过程为基础的薄膜制备方式，其原理是利用离子束轰击靶材，使靶材表面蒸发形成薄膜。
该方法具有以下特点：1. 薄膜的成分均匀，密度高。
2. 可以制备复杂结构的薄膜。
3. 适用于制备高温材料的薄膜。
离子束溅射法的缺点在于设备成本较高，且只能制备较小面积的薄膜。
五、激光熔化法激光熔化法是一种以激光为能量源的薄膜制备方式，其原理是利用激光对基板上的薄膜进行加热，使薄膜融化后再凝固形成新的薄膜。
薄膜的制备及其力学性能测试方法
薄膜的制备及其力学性能测试方法摘要：本文介绍了多种薄膜的制备方法和优缺点，同时介绍了纳米压痕和鼓泡法两种力学性能测试方法。
关键词：薄膜制备纳米压痕法鼓泡法力学性能0引言近年来,随着工业的现代化、规模化、产业化,以及高新技术和国防技术的发展,对各种材料表面性能的要求越来越高。
20世纪80年代,现代表面技术被国际科技界誉为最具发展前途的十大技术之一。
薄膜、涂层和表面处理材料的极薄表层的物理、化学、力学性能和材料内部的性能常有很大差异,这些差异在摩擦磨损、物理、化学、机械行为中起着主导作用,如计算机磁盘、光盘等,要求表层不但有优良的电、磁、光性能,而且要求有良好的润滑性、摩擦小、耐磨损、抗化学腐蚀、组织稳定和优良的力学性能。
因此,世界各国都非常重视材料的纳米级表层的物理、化学、机械性能及其检测方法的研究。
[1]同时随着材料设计的微量化、微电子行业集成电路结构的复杂化,传统材料力学性能测试方法已难以满足微米级及更小尺度样品的测试精度,不能够准确评估薄膜材料的强度指标和寿命 ;另外在材料微结构研究领域中, 材料研究尺度逐渐缩小,材料的变形机制表现出与传统块状材料相反的规律[2],所以薄膜的制备及其力学性能测试方法就成了重点。
1.薄膜材料的制备方法1.1化学气相沉积法化学气相沉积是一种材料的合成过程,气相原子或分子被输运到衬底表面附近,在衬底表面发生化学反应,生成与原料化学成分截然不同的薄膜。
化合物蒸汽一般是常温下具有较高蒸汽压的气体,多采用碳氧化物、氧氧化物、卤化物、有机金属化合物等。
化学气相沉积法成膜材料范围广泛,除了碱金属、碱土金属以外,几乎所有的材料均可以成膜,特别适用于绝缘膜、超硬膜等特殊功能膜的沉积。
1.2真空热键法真空蒸镀法是将镀料在真空中加热、蒸发,使蒸发的原子或原子团在温度较低的基底上析出进而形成薄膜。
加热镀料的方法主要是利用湾等高溶点金属通电加热(电阻加热法)和电子束加热法为主。
为了防止高温热源的燃烧和镀料、膜层的氧化,必须把蒸镀室抽成真空。
薄膜的化学制备方法
应用实例
光学薄膜
利用溶胶-凝胶法制备的光学薄膜 具有高透光性、高反射性和高截 止特性等优点，广泛应用于光学
仪器、太阳能光伏等领域。
电子薄膜
溶胶-凝胶法制备的电子薄膜具有 良好的电学性能和化学稳定性，适 用于制备电子元器件和集成电路等。
生物医用薄膜
通过溶胶-凝胶法制备的生物医用薄 膜具有良好的生物相容性和生物活 性，可用于制备医疗器械、生物传 感器和组织工程支架等。
应用实例
金属薄膜
如镍、铜、钴等金属薄膜的制备，可用于电子器 件的制造和装饰行业。
半导体薄膜
如氧化锌、二氧化钛等半导体薄膜的制备，可用 于光电器件和太阳能电池等领域。
复合薄膜
如金属/氧化物、金属/非金属等复合薄膜的制备， 可用于传感器、催化器和防腐蚀涂层等领域。
05
喷涂法
原理与特点
原理
喷涂法是一种将液体材料通过喷枪或 喷涂设备，以雾状形式均匀地喷涂在 基材表面，形成薄膜的方法。
等离子体增强CVD法
总结词
利用等离子体激活反应气体，在较低温度下制备薄膜。
详细描述
等离子体增强CVD法是一种先进的化学气相沉积技术，利用等离子体激活反应气体，使气体在较低温 度下也能发生化学反应，从而在衬底表面形成固态薄膜。这种方法具有反应温度低、薄膜附着力强、 沉积速率高等优点，适用于制备各种功能性薄膜。
03
化学溶液沉积
原理与特点
原理
通过将溶有欲形成薄膜的物质的溶液，以一定的方式（如旋转、喷涂、电泳等） 涂敷在基片上，经过一定时间后，溶剂蒸发，溶质以晶体或非晶体的形式沉积 在基片上，形成薄膜。
特点
设备简单、操作方便、成本低廉，可制备大面积的薄膜，但薄膜的厚度和均匀 性不易控制，且容易引入杂质。
薄膜制备总结报告
薄膜制备总结报告一、引言薄膜制备是一种重要的材料加工技术，广泛应用于电子、光学、医疗等领域。
本报告旨在总结薄膜制备的基本原理和常见方法，以及其应用。
二、薄膜制备的基本原理薄膜是指厚度在纳米到微米级别之间的材料层，其制备基于材料表面上吸附分子或离子的物理或化学反应。
这些反应可以通过不同的方法实现，包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、溶液法和电化学沉积等。
三、常见的薄膜制备方法1. 物理气相沉积（PVD）物理气相沉积是利用高能量粒子轰击靶材使其释放出原子或分子，并在衬底表面上形成一层薄膜。
该方法包括磁控溅射、电弧离子镀和激光热解等。
2. 化学气相沉积（CVD）化学气相沉积是将一种或多种反应性气体输送到衬底表面上，通过化学反应形成薄膜。
该方法包括低压CVD、大气压CVD和热分解CVD 等。
3. 溶液法溶液法是将溶解了材料的溶液涂覆在衬底表面上，并通过挥发或化学反应形成薄膜。
该方法包括旋涂法、喷雾法和浸渍法等。
4. 电化学沉积电化学沉积是利用电解质中的离子在电场作用下沉积在电极表面形成薄膜。
该方法包括阴极沉积、阳极氧化和电沉积等。
四、应用领域1. 电子领域薄膜制备技术在微电子器件、光伏器件和显示器件中得到广泛应用。
例如，金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和有机发光二极管（OLED）都需要通过薄膜制备技术来实现。
2. 光学领域光学镀膜是一种常见的光学加工技术，可以通过控制不同材料的厚度和折射率来实现对光的反射、透过和吸收。
薄膜制备技术在光学镀膜中发挥着重要作用。
3. 医疗领域生物医学中的诊断和治疗设备需要使用到多种材料，例如生物传感器、人工关节和药物输送系统等。
这些设备中的材料需要具有高度的生物相容性和可控性，薄膜制备技术可以实现对这些材料的精确控制。
五、结论本报告总结了薄膜制备的基本原理和常见方法，并介绍了其在电子、光学和医疗领域中的应用。
随着科技的不断发展，薄膜制备技术将继续得到广泛应用，并为各个领域带来更多新的机遇和挑战。
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物理气相沉积（PVD） 物理气相沉积（PVD）
蒸发（热化，电子束，RF，PLD） 蒸发（热化，电子束，RF，PLD） 溅射（RF，DC，磁控） 溅射（RF，DC，磁控） 分子束外延（MBE） 分子束外延（MBE）
蒸发
蒸发：通过不同的加热方式 蒸发：通过不同的加热方式使原材料气化 不同的加热方式使原材料气化 直接（或与反应气体反应后） 后，直接（或与反应气体反应后）在衬底 上成膜。 上成膜。
太阳能转换（光伏） 太阳能转换（光伏） 红外摄影 激光镜镀膜 核反应视窗 电镀板视窗
薄膜制备方法
物理气相沉积（PVD） 物理气相沉积（PVD） 化学气相沉积（CVD） 化学气相沉积（CVD） 电沉积 物理沉积
PVD和 PVD和CVD
PVD： PVD：通过高温加热金属或化合物蒸发成 气相，或者通过电子、离子、 气相，或者通过电子、离子、光子等荷能 粒子的能量把金属或化合物靶溅射出相应 的原子、离子、分子(气态) 的原子、离子、分子(气态)，在固体表面上 沉积成固相膜， 沉积成固相膜，其中不涉及到物质的化学 反应(分解或化合) 反应(分解或化合)。 CVD： CVD：通过含有构成薄膜元素的挥发性化 合物与气态物质，在固体表面上进行化学 合物与气态物质，在固体表面上进行化学 反应，且生成非挥发性固态沉积物的过程。 反应，且生成非挥发性固态沉积物的过程。
化学气相沉积（CVD） 化学气相沉积（CVD）
大气压化学气相沉积( 大气压化学气相沉积(APCVD) 低气压化学气相沉积（ 低气压化学气相沉积（LPCVD)
大气压化学气相沉积( 大气压化学气相沉积(APCVD)
1)高温大气压CVD 1)高温大气压CVD 高温大气压 炉壁加热方式：射频加热/ 炉壁加热方式：射频加热/辐射加热 特点：简单经济、稳定高效；腐蚀、污染、 特点：简单经济、稳定高效；腐蚀、污染、耗能 应用：外延Si薄膜制备、 Si薄膜制备 TiC等超硬涂层等 应用：外延Si薄膜制备、TiN, TiC等超硬涂层等 2)低温大气压 低温大气压CVD 2)低温大气压CVD 工作温度:500 :500∼ 工作温度:500∼700oC 应用领域：主要用于集成电路、电子器件等对沉 应用领域：主要用于集成电路、 积温度有比较严格限制的薄膜制备。 积温度有比较严格限制的薄膜制备。
从剃须刀片到人工心脏支架 从切削工具到空间飞行器 从微型半导体到巨型涡轮 从腕表到壁挂式等离子显示器 从薯片包装到机场塔台 从光谱到超级望远镜
高科技领域
汽车工业 航空航天 太空技术（人造卫星） 太空技术（人造卫星） 原子能 清洁能源的生成和转换 生物技术 纳米技术： 纳米技术：材料技术的前沿
高科技领域的应用
分子束外延的特点
生长速率极慢，每秒1 10埃 生长速率极慢，每秒1—10埃，因而可以生 长极薄而厚度均匀的外延层。 长极薄而厚度均匀的外延层。 外延生长的温度低， 外延生长的温度低，可以避免衬底与外延 层间的杂质在扩散， 层间的杂质在扩散，而获得杂质浓度分布 异常陡峭p 异常陡峭p—n结，同时又可以避免通常在 高温下产生的热缺陷。 高温下产生的热缺陷。 衬底表面可成为完全清洁的， 衬底表面可成为完全清洁的，生长是在超 高真空中进行的， 高真空中进行的，在外延过程中可避免沾 因而能生长出质量极好的外延层。 污，因而能生长出质量极好的外延层。
薄膜制备方法
主要内容
薄膜概述 薄膜制备方法 物理气相沉积（PVD） 物理气相沉积（PVD） 化学气相沉积（CVD） 化学气相沉积（CVD）
薄膜的物理特性完全不同于其体材料 的特性 薄膜可在艺术， 薄膜可在艺术，科学及科技领域间转 换 目前薄膜是一个具有数十亿美元的产 业
哪里需要用到薄膜？ 哪气相沉积（LPCVD)
低气压CVD按工作真空度的划分 按工作真空度的划分: 低气压 按工作真空度的划分
–减压 减压CVD(RPCVD)：100 torr> P > 1 torr； 减压 ： ； –LPCVD：1 torr> P > 10 mtorr； ： ； –超高真空：∼10-7torr 超高真空： 超高真空
蒸发的特点
纯度高 成本低 方向性好 材料受限
溅射
溅射：以荷能粒子(常用气体正离子) 溅射：以荷能粒子(常用气体正离子)轰击 某种材料的靶面， 某种材料的靶面，而使靶材表面的原子或 分子从中逸出并淀积在衬底材料上的现象。 并淀积在衬底材料上的现象 分子从中逸出并淀积在衬底材料上的现象。
溅射的特点（与蒸发相比） 与蒸发相比）
膜层和衬底附着力强 可以制备高熔点材料 易于大面积均匀成膜 膜的成分易于控制
分子束外延
在超高真空条件下，由装有各种所需组分 在超高真空条件下， 的炉子加热而产生的蒸气， 的炉子加热而产生的蒸气，经小孔准直后 形成的分子束或原子束， 形成的分子束或原子束，直接喷射到适当 温度的单晶基片上， 温度的单晶基片上，同时控制分子束对衬 底扫描，就可使分子或原子按晶体排列一 底扫描，就可使分子或原子按晶体排列一 层层地“ 在基片上形成薄膜 形成薄膜。 层层地“长”在基片上形成薄膜。
应用低气压CVD的目的： 的目的： 应用低气压 的目的
–提高生产效率、降低成本：LPCVD可以使基 提高生产效率、降低成本： 提高生产效率 可以使基 片排部更加紧密； 片排部更加紧密； –改善薄膜的质量：提高薄膜的致密度、减少针 改善薄膜的质量： 改善薄膜的质量 提高薄膜的致密度、 孔； –控制薄膜的厚度和均匀性以及化学成分匹配。 控制薄膜的厚度和均匀性以及化学成分匹配。 控制薄膜的厚度和均匀性以及化学成分匹配
低气压化学气相沉积（ 低气压化学气相沉积（LPCVD)
金属有机物CVD(MOCVD) 金属有机物 工作气体:低温高挥发性的金属有机物 低温高挥发性的金属有机物； 工作气体 低温高挥发性的金属有机物； 工作温度：300∼700oC 工作温度： ∼ 特点：成分组分控制比较好，可以大面积沉积、 特点：成分组分控制比较好，可以大面积沉积、均匀 性好、致密；工作气体成本比较高。 性好、致密；工作气体成本比较高。 激光增强CVD(LECVD) 激光增强 工作原理:采用激光加热和光催化对化合物进行催化分解 采用激光加热和光催化对化合物进行催化分解。 工作原理 采用激光加热和光催化对化合物进行催化分解。 目的：利用激光可聚焦的特点进行选择沉积。 目的：利用激光可聚焦的特点进行选择沉积。 等离子体增强CVD(PECVD) 等离子体增强 工作原理:采用等离子体辅助对化合物进行催化分解 采用等离子体辅助对化合物进行催化分解。 工作原理 采用等离子体辅助对化合物进行催化分解。 目的：利用等离子体辅助活化反应气体， 目的：利用等离子体辅助活化反应气体，降低反应温 改善薄膜质量； 度，改善薄膜质量；