第8章薄膜材料与薄膜技术3
薄膜材料
4.其它薄膜
无机陶瓷过滤膜:膜分离是利用一张特殊制造的、具 有选择透过性能的薄膜（厚度从几微米、几十微米至 几百微米之间），在外力推动下对混合物进行分离、 提纯、浓缩的一种分离新方法。这种膜必须具有使某 些物质通过、某些物质不能通过的特性。根据膜皮层 空隙大小膜可分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透 等。
阵列氧化锌纳米膜
2. 磁性薄膜：随着磁记录存储密度的不断提高， 由纳米尺度的铁磁金属颗粒如Fe、Co、Ni及其 合金等构成的磁性颗粒膜引起了人们极大的注 意，成为当前研究的热点。 Fe—Co合金薄膜，该合金薄膜中Fe的质量分数 为52％～86％，薄膜具有高度密集的细粒结构， 表面平滑光亮。特别适宜作薄膜磁头的磁极。
3.光学薄膜：差不多所有光学薄膜的特性都是基 于薄膜内的干涉效应。利用光学干涉薄膜可得 到各仲各样的光学特性。它可以减少表面的反 射率，增加元件的透射率。或者增加表面反射 率，减少透射率，或者在一个波段内给出高的 反射率、低的透射率，而在其余的波段则有低 的反射率、高的透射率，也可以使不同的偏振 平面有不同的特性等等。
薄膜材料
薄膜材料 本课程的主要内容 薄膜材料的应用
第一章 概 述
一、薄膜的定义
薄膜是一种二维材料，它在厚度方向上的尺寸很小，往往为 纳米至微米量级。薄膜是一种人造材料，其结构和性质与制备方 法和工艺条件密切相关。 从宏观上讲，薄膜是位于两个平面之间的一层物质，其厚度 与另外两维的尺寸相比要小得多。从微观角度来讲，薄膜是由原 子或原子团凝聚而成的二维材料。但是究竟“薄”至何等尺度才 可以认为是薄膜，并没有严格的界限。
热蒸发气相沉积法又叫真空蒸镀方法，它是在真至下 热蒸发气相沉积法 加热蒸发材料(蒸镀材料)．使其蒸发粒子沉积在基板表 面形成薄膜的一种方法．按照加热方式，热蒸发气相 沉积方法分为电阻加热、闪电加热、激光加热和电子 束加热等真空蒸镀方法，其中电阻加热方法是最常用 的方法，它是用钨、铂等灯丝直接加热蒸发材料，或 者把蒸发材料放在坩埚里间接加热，高熔点材料一般 用电子束加热方法，石墨等物质用电弧沉积方法．
光学薄膜技术第三章--薄膜制造技术
光学薄膜技术第三章——薄膜制造技术—-—-———-—--—--———————-—-——--——-—作者：—--—-————-——--—-————-———————-———日期：第三章薄膜制造技术光学薄膜可以采用物理汽相沉积(PVD)和化学液相沉积(CLD）两种工艺来获得.CLD工艺简单，制造成本低，但膜层厚度不能精确控制，膜层强度差，较难获得多层膜,废水废气对环境造成污染，已很少使用.PVD需要使用真空镀膜机,制造成本高，但膜层厚度能够精确控制，膜层强度好，目前已广泛使用。
PVD分为热蒸发、溅射、离子镀、及离子辅助镀等。
制作薄膜所必需的有关真空设备的基础知识用物理方法制作薄膜，概括起来就是给制作薄膜的物质加上热能或动量，使它分解为原子、分子或少数几个原子、分子的集合体(从广义来说，就是使其蒸发），并使它们在其他位置重新结合或凝聚.在这个过程中，如果大气与蒸发中的物质同时存在,那就会产生如下一些问题：①蒸发物质的直线前进受妨碍而形成雾状微粒，难以制得均匀平整的薄膜；②空气分子进入薄膜而形成杂质；③空气中的活性分子与薄膜形成化合物；④蒸发用的加热器及蒸发物质等与空气分子发生反应形成化合物，从而不能进行正常的蒸发等等.因此,必须把空气分子从制作薄膜的设备中排除出去，这个过程称为抽气。
空气压力低于一个大气压的状态称为真空，而把产生真空的装置叫做真空泵，抽成真空的容器叫做真空室，把包括真空泵和真空室在内的设备叫做真空设备.制作薄膜最重要的装备是真空设备．真空设备大致可分为两类：高真空设备和超高真空设备.二者真空度不同,这两种真空设备的抽气系统基本上是相同的，但所用的真空泵和真空阀不同，而且用于真空室和抽气系统的材料也不同,下图是典型的高真空设备的原理图，制作薄膜所用的高真空设备大多都属于这一类.下图是超高真空设备的原理图,在原理上,它与高真空设备没有什么不同，但是，为了稍稍改善抽气时空气的流动性，超高真空设备不太使用管子，多数将超高真空用的真空泵直接与真空室连接，一般还要装上辅助真空泵(如钛吸气泵）来辅助超高真空泵。
薄膜科学与技术教学大纲
《薄膜科学与技术》教学大纲一、课程简介课程名称：薄膜科学与技术 Science and Technology of Thin Films课程类型：专业课（选修）学时：48学分：3开课学期：7开课对象：材料物理专业先修课程：固体物理导论；材料分析测试技术参考教材：1．郑伟涛《薄膜材料与薄膜技术》化学工业出版社2．田民波《薄膜技术与薄膜材料》清华大学出版社3．杨邦朝《薄膜物理与技术》电子科技大学出版社4．唐伟忠《薄膜材料制备原理，技术及应用》冶金工业出版社二、课程性质、目的与任务《薄膜科学与技术》是“材料物理”专业本科生拓展知识面的选修课程，它也适合材料类其它专业学生选修。
学生在已具备一定的固体物理导论、材料分析测试技术等知识的基础上，通过本课程了解薄膜的基本概念、特殊性和重要性；掌握薄膜材料的制备方法、形成过程、表征方法、性质及应用。
薄膜是材料的一种特殊形态。
薄膜科学是现代材料科学中极其重要和发展最为迅速的一个分支，已成为微电子学、光电子学、磁电子学等新兴交义学科的材料基础，成为了构筑高新技术产业的基本要素。
通过对薄膜科学与技术课程的学习，并通过相关资料查询、阅读、专题报告及综合分析与讨论，逐渐使学生掌握薄膜基本概念、特殊性、制备方法、生长理论和研究方法，为今后从事薄膜材料及相关材料领域的研究和工作打下良好的基础。
三、教学基本要求1. 了解和掌握薄膜的定义、分类、特殊性和重要性。
2. 掌握与薄膜制备和研究相关的真空基础知识。
3. 掌握薄膜材料的制备方法及原理。
4. 掌握薄膜的成核和生长理论；5. 掌握薄膜的厚度、结构、成份、原子化学键合、应力、附着力的表征分析方法。
6. 了解薄膜材料的性质及应用。
本课程介绍薄膜的基础知识和研究进展。
重点要求掌握薄膜材料的制备方法及表征技术。
课程较全面地介绍了薄膜材料的各种制备方法、生长过程和表征方法，具有较好的广度和深度。
使学生基本具备相关资料综合分析和整理能力。
第八章渗透汽化膜技术
Pervaporation
6.25 2
5.70 –
8–16 22–30
J. Bergdorf, Case study of solvent dehydration in hybrid processes with and without pervaporation, in: R. Bakish (Ed.), Proceedings of the Fifth International Conference on Pervaporation Processes in the Chemical Industry, 11–15 March 1991, Bakish Materials Corporation, Heidelberg, Germany, pp. 362–382 (contribution of the German company BMVT).
③ 载气吹扫渗透蒸发 用载气吹扫膜的透过侧,以带走透过组 分,如图(c)所示。吹扫气经冷却冷凝以回收透过组分,载气循 环使用。若透过组分无回收价值(如有机溶剂脱水)可不用冷 凝,直接将吹扫气放空。
(3)渗透蒸发膜及膜材料
渗透蒸发过程用膜与气体分离膜类似,主要使用非对称 膜和复合膜。在筛选渗透蒸发膜材料时,应考虑以下问题： ①、优先透过组分的性质
膜的结晶度、塑化程度以及膜和渗透组分间的相互 作用对组分的扩散系数有影响。液体组分在高分子膜中 使膜的结构松弛,扩散系数增大,特别是渗透组分对膜有溶 胀作用时更为显著,因此,扩散系数也随组分浓度的增加而 增大。
③机溶剂,特别是分离有 机混合物体系,因此,膜材料应抗各种有机溶剂侵蚀。
Comparison of energy costs (in kWh) for the dehydration of 100 kg of isopropanol (starting from the azeotrope: isopropanol 88 wt.%) by different separation processesa
薄膜材料与薄膜技术复习
薄膜材料与薄膜技术第一章1.真空度划分：粗真空：105-102Pa 接近大气状态热运动为主低真空：102-10-1Pa高真空：10-1-10-6Pa超高真空：<10-6Pa2.吸附与脱附物理吸附与化学吸附气体吸附：固体表面捕获气体分子的现象物理吸附：没有选择性、主要靠分子之间的吸引力、容易发生脱附、一般只在低温下发生化学吸附：在较高温度下发生、不容易脱附,只有气体和固体表面原子接触生成化合物才能产生吸附作用;气体脱附：是吸附的逆过程;3.旋片式机械真空泵用油来保持各运动部件之间的密封,并靠机械的办法,使该密封空间的容积周期性地增大,即抽气；缩小,即排气,从而达到连续抽气和排气的目的;4.分子泵牵引泵：结构简单、转速小、压缩比大效率低涡轮式分子泵：抽气能力高、压缩比小效率高5.低温泵深冷板装在第二级冷头上,温度为10-20k,板正面光滑的金属表面可以去除氮、氧等气体,反面的活性炭可以吸附氢、氦、氖等气体;通过两极冷头的作用,可以达到去除各种气体的目的,从而获得超高真空状态;6.真空的测量电阻真空计：压强越低,电阻越高 p↓→R↑测量范围105---10-2Pa热偶真空计：压强越低,电动势越高p↓→↑测量范围Pa电离真空计：三种BA型、热阴极、冷阴极A：灯丝发射极F：栅极加速极 G：收集极第二章1.薄膜制备的化学方法以发生一定化学反应为前提,由热效应引起或由离子的电致分离引起;热激活、离子激活2.热氧化生长在充气条件下,通过加热基片的方式可以获得大量的氧化物、氮化物和碳化物薄膜;3.化学气相沉积优缺点：优点记住四条：①成核密度高,均匀平滑的薄膜;②绕射性好,对于形状复杂的表面或工件的深孔、细孔等都能均匀覆膜;③不需要昂贵的真空设备;④残余应力小,附着力好,且膜致密,结晶良好;⑤可在大尺寸基片或多基片上进行;可一制备金属和非金属薄膜,成膜速率快,面积大;缺点：①反应温度太高,而许多基材难以承受这样的高温②反应气体可能与设备发生化学反应;三个过程：反应物输运、化学反应、去除附产物分类：常压式、低压式NPCVD、LPCVD 热壁>500℃、冷壁LTCVD发生的典型化学反应记住四条：分解反应、还原反应、氧化反应、氮化反应、碳化反应按照不同激活方式分类：①激光化学气相沉积LCVD定义：利用激光源产生出来的激光束实现化学气相沉积的一种方法激光加热非常局域化②光化学气相沉积PCVD定义：高能光子有选择性地激发表面吸附分子或气体分子而导致键断裂、产生自由化学粒子形成膜或在相邻的基片上形成化学物③等离子体增强化学气相沉积PECVD定义：在等离子体中电子平均能量足以使大多数气体电离或分解优点：比传统的化学气相沉积低得多的温度下获得单质或化合物薄膜材料缺点：由于等离子体轰击,使沉积膜表面产生缺陷,反应复杂,也使薄膜的质量有所下降;应用：用于沉积各种材料,包括SiO2、Si3N4,非晶Si：H、多晶Si、SiC等介电和半导体膜;分类：射频R-PECED、高压电源PECVD、微波m-PECVD、回旋电子加速微波mECR-PECVD辨析PCVD 、LCVD 、PECVD4.电镀定义：电流通过导电液中的流动而产生化学反应最终在阴极上电解沉积某一物质的过程;5.化学镀定义：不加任何电场、直接通过化学反应而实现薄膜沉积的方法6.阳极沉积反应定义：不需采用外部电流源,在待镀金属盐类的溶液中,靠化学置换的方法在基体上沉积出该金属的方法;依赖阳极反应7.辨析电镀、化学镀、阳极沉积反应：①化学镀、阳极沉积反应不可单独作为镀膜技术,一般作为前驱镀处理衬底或后续镀做保护层;电镀可单独作为镀膜技术;②阳极沉积反应与化学镀的区别在于无需在溶液中加入化学还原剂,因为基体本身就是还原剂;化学镀需添加还原剂;两者都不需要外加电场;技术定义：利用分子活性气体在气液界面上凝结成膜,将该膜逐次叠积在基片上形成分子层;应用：应用这一技术可以生长有序单原子层、高度有序多原子层,其介电强度较高; 过程：第三章与CVD相比优缺点：优点：化学气相沉积对于反应物和生成物的选择,且基片需要处在较高温度下,薄膜制备有一定的局限性;物理气相沉积对沉积材料和基片没有限制;缺点：速率慢、对真空度要求高三个过程：从源材料发射粒子、粒子输运到基片、粒子在基片上凝结、成核、长大、成膜;3.真空蒸发定义：将待成膜的物质置于真空中进行蒸发或升华,使之在工件或基片表面析出的过程;优点相对于其他物理制备：简单便利、操作容易、成膜速度快、效率高、广泛使用;缺点：薄膜与基片结合较差、工艺重复性不好;六种技术：①电阻加热法定义：将支撑加热材料做成适当形状,装上蒸镀材料,让电流通过蒸发源加热蒸镀材料,使其蒸发;②闪烁蒸发定义：把合金做成粉末或微细颗粒,在高温加热器或坩锅蒸发源中,使一个一个的颗粒瞬间完全蒸发;③激光蒸发定义：激光作为热源使蒸镀材料蒸发;④电子束蒸发定义：把被加热的物质放置在水冷坩锅中,利用电子束轰击其中很小一部分,使其熔化蒸发,而其余部分在坩锅的冷却作用下处于很低的温度;⑤电弧蒸发定义：属于物理气相沉积,有等离子体产生;⑥射频蒸发f>定义：通过射频线圈的适当安置,可以使待镀材料蒸发;优缺点：蒸发速度快,成本高,设备复杂;辨析电阻蒸发、电子束蒸发：①电子束蒸发可以直接对蒸发材料加热；可避免材料与容器的反应避免污染和容器材料的蒸发；可蒸发高熔点材料;电阻蒸发难加到高温度,需要蒸发源材料低熔点和高蒸气压；加热时容器如坩埚易产生污染;②电子束蒸发需要靶材导电,装置复杂,只适合于蒸发单质元素；残余气体分子和蒸发材料的蒸气会部分被电子束电离;电阻蒸发装置相对简单;4.溅射定义：溅射是指荷能粒子如正离子轰击靶材,使靶材表面原子或原子团逸出的现象;逸出的原子在工件表面形成与靶材表面成分相同的薄膜;溅射与蒸发的异同点同：在真空中进行异：蒸发制膜是将材料加热汽化溅射制膜是用离子轰击靶材,将其原子打出;优点和缺点参数控制较蒸发困难但不存在分馏,不需加热至高温等直流辉光放电伏安特性曲线：A-B:电流小,主要是游离状态的电子,离子导电；电子－原子碰撞为弹性碰撞；B-C: 增加电压,粒子能量增加,达到电离所需能量；碰撞产生更多的带电粒子；电源的输出阻抗限制电压类似稳压源;C-D: 起辉雪崩；离子轰击产生二次电子,电流迅速增大,极板间压降突然减小极板间电阻减小从而使分压下降；D-E: 电流与极板形状、面积、气体种类相关,与电压无关；随电流增大,离子轰击区域增大；极板间电压几乎不变；可在较低电压下维持放电；E-F: 异常辉光放电区；电流随电压增大而增大；电压与电流、气体压强相关可控制区域,溅射区域；F-G: 弧光放电过渡区；击穿或短路放电；比较DE、EF区正常辉光放电和异常辉光放电①辉光放电：真空度为10-1~10-2 Torr,两电极间加高压,产生辉光放电;电流电压之间不是线性关系,不服从欧姆定律;②DE段：电流增大电压不变;EF段：电压增大电流增大③DE段不可控,EF段可控辉光放电时明暗场分布：阿斯顿暗区：慢电子区域；阴极辉光：激发态气体发光；克鲁克斯暗区：气体原子电离区,电子离子浓度高；负辉光：电离；电子－离子复合；正离子浓度高阴极位降区基片所在位置;法拉第暗区：慢电子区域,压降低,电子不易加速；溅射六种装置：①辉光放电直流溅射②三级溅射③射频溅射：射频溅射是利用射频放电等离子体中的正离子轰击靶材、溅射出靶材原子从而沉积在接地的基板表面的技术;④磁控溅射⑤离子束溅射⑥交流溅射速度：射频>磁控>交流>三级>直流>离子束还有几种：对靶溅射反应溅射热溅射校准溅射磁控溅射：磁力线延伸到衬底,对衬底进行适当溅射,通过在靶表面引入磁场,利用磁场对带电粒子的约束来提高密度以增加率;优点：可在较低工作压强下得到较高的沉积率,可在较低基片温度下获得高质量薄膜;缺点：①靶材利用率低,表面不均匀溅射、非均匀腐蚀及内应力②不适用于强磁体磁控热反应溅射：加热衬底;到达衬底前靶材粒子与反应气体发生化学反应形成化合物;先解释溅射,再解释磁控溅射,再解释热反应溅射非平衡磁控溅射：①靶材非平衡使用②磁线外延到靶材时,少量外延到衬底,可以对衬底进行预清洗;靶材中毒：判断依据：溅射速率急速下降枪内真空度下降原因：化学反应没有发生在衬底上,发生在靶材上,使靶材钝化,产额下降;辨析直流、交流、三极溅射直流溅射：施加直流电压,使真空室内中性气体辉光放电,正离子打击靶材,使靶材表面中性原子溢出;交流溅射：施加交流电压;三极溅射：采用直流电源,将一个独立的电子源热阴极中的电子注入到放电系统中,而不是从靶阴极获得电子;5.离子镀定义：真空条件下,利用气体放电使气体或被蒸发物部分离化,产生离子轰击效应,最终将蒸发物或反应物沉积在基片上;优点：结合蒸发与溅射两种薄膜沉积技术;膜与基片结合好,离子镀的粒子绕射性,沉积率高,对环境无污染;6.离子束沉积IBD在离子束溅射沉积过程中,高能离子束直接打向靶材,将后者溅射并沉积到相邻的基片上;离子助沉积IAD7.外延生长①分子束外延MBE定义：在超高真空条件下精确控制原材料的中性分子束强度,并使其在加热的基片上进行外延生长的一种技术;优点：超高真空、可以实现低温过程、原位监控、严格控制薄膜成分及掺杂浓度②液相外延生长LPE定义：从液相中生长膜,溶有待镀材料的溶剂是液相外延生长所必需的;③热壁外延生长HWE定义：一种真空沉积技术,在这一技术中外延膜几乎在接近热平衡条件下生长,通过加热源材料与基片材料间的容器壁实现的;④有机金属化学气相沉积MOCVD定义：采用加热方式将化合物分解而进行外延生长半导体化合物的方法;原料含有化合物半导体组分;特点：可对多种化合物半导体进行外延生长;优点相对于其他几种外延生长：①反应装置较为简单,生长温度较宽②可对化合物的组分进行精确控制,膜的均匀性和膜的电化学性质重复性好③原料气体不会对生长膜产生刻蚀作用;④只通过改变原材料即可以生长出各种成分的化合物缺点：所用的有机金属原料一般具有自燃性;原料气体具有剧毒;比较MBE、LPE、MOCVD温度/生长速率/膜纯度：液相外延生长LPE>有机金属化学气相沉积MOPVD>分子束外延MBE辨析溅射、蒸发、离子镀第四章1.薄膜形成：凝结过程、核形成与生长过程、岛形成与结合生长过程2.凝聚过程前提是形成原子对吸附原子结合成原子对及其以后的过程;必要条件是吸附原子在基体表面的扩散运动;吸附-扩散-凝结吸附过程：入射到基体表面的气象原子被固体表面的悬挂键吸引住的现象称为吸附①物理吸附：范德华力低温吸附高温解析②化学吸附：化学键选择性高温吸附3.辨析成核理论---毛细理论热力学界面能理论和原子理论：①相同之处：所依据的基本概念相同,所得到的成核速率公式形式也基本相同;②不同之处：两个使用的能量不同,所用模型不同;热力学界面能理论适合描述大尺寸临界核;因此,对于凝聚自由能较小的材料或者过饱和度较小情况下进行沉积的情况比较适合;原子理论适合小尺寸临界核;对于小尺寸临界核,这时必须过饱和度很高才能发生凝聚成核;③由于这两种理论所用模型的本质差别,热力学界面能理论所给出的有关公式预示,随着过饱和度的变化,临界核尺寸和成核速率连续变化；相反,原子理论则预示着它们不作连续变化;4.临界核形成：方程推导当原子或分子从气相中沉积到衬底的表面凝聚,成球状核或冠状核时总自由能和临界核尺寸的数学表达式分析温度、过饱和度、沉积速率对r 和ΔG 的影响;答：球状凝聚核总自由能数学表达式： 3243()4?v CV G r r G r ππσ∆=-∆+ 临界核尺寸数学表达式：22*ln(/)cvcvve VG kT P P r σσ∆==冠状凝聚核总自由能表达式：23103()4?)?)v G r r r G πφθσ∆=+∆临界核尺寸表达式：02*v G r σ∆=-;凝聚核总自由能由两部分构成,即体自由能与界面自由能,体自由能随着核心尺寸的增加而减小,界面自由能随着核心尺寸的增大而增大,所以总自由能随着核心尺寸的增加先增大后减小,存在一个临界核心尺寸和形核势垒温度影响：温度T ↑,过冷度T ∆↓,临界核半径*r 和形核势垒*G ∆都将↑,则新相核心形成困难;过饱和度影响：过饱和度S ↑,临界核半径*r 和形核势垒*G ∆都↓,所需克服的形核势垒也较低,新相核心较易形成;沉积速度影响：沉积速率R ↑时,临界核半径*r 和形核势垒*G ∆都↓,新相核心较易形成;5.根据毛细理论,简述形核率 dN/dt 的主要影响因素,并解释说明吸附气体原子的脱附激活能、扩散激活能和临界形核势垒对其影响规律和内在机制;答：形核率 dN/dt 的主要影响因素：温度,过饱和度和沉积速度;规律：吸附气体原子的脱附激活能越高,扩散激活能越低,形核率越大,临界形核势垒越低,形核率越大;内在机制：高的脱附激活能和低的扩散激活能都有利于气相原子在基体表面停留和运动,因而会提高形核率;临界形核势垒越低,新相核心越容易形成,形核率也就越大;6.根据毛细理论,简要说明为什么高温低速沉积往往获得粗大或单晶结构薄膜,而低温高速沉积则有利于获得细小多晶、微晶乃至非晶薄膜答：根据毛细理论知,在高温低速沉积速度条件下,临界核半径和形核势垒都较大,新相核心较大且不易形成,形核率低,形成薄膜组织往往粗大或者单晶薄膜；在低温高速沉积条件下,临界核半径和形核势垒都较小,新相核心较小且容易形成,形核率高,形成薄膜组织细密连续,则有利于获得细小多晶、微晶乃至非晶薄膜;7.在稳定核形成以后,岛状薄膜的形成过程一般分为几个阶段各阶段的主要现象如何答：稳定核形成之后,岛状薄膜的形成过程分为四个阶段,小岛阶段,结合阶段,沟道阶段,连续膜;小岛阶段：出现大小一致的核2-3nm,核进一步长大变成小岛,形状将又冠球形变成圆形最后变成多面体小岛;结合阶段：两个小岛将相互结合,结合后增大了高度,减小了在基片的所占的总表面积;结合时类液体特性导致新出现的基片面积上将会发生二次形核,结合后的复合岛若有足够时间,可形成晶体结构;沟道阶段：当岛的分布达到临界状态时便相互聚结成网状结构,种结构中不规则分布着宽度为50~200A 的沟渠,随着沉积继续,沟渠很快消失,薄膜变成小孔洞的连续状结构,在小孔洞处将发生二次成核或三次成核,整个薄膜连成一片;连续薄膜：随着沉积继续进行,在沟渠和孔洞消除,再入射到基体表面的气相原子便直接吸附在薄膜上,通过联并作用而形成不同结构的薄膜;8.利用烧结过程解释核心吞并机制及其驱动力;答：机制：当两个岛相互接触时,在接触点形成半径为R的瓶颈,将产生一驱动力2б/R,使岛的沉积原子通过体扩散和表面扩散迁移到瓶颈中,且表面扩散通量大于体扩散通量;驱动力由曲率半径R决定,为2б/R;9.简述薄膜的主要生长模式,及每类生长模式各自出现的条件及特点;答：岛状生长型,层生长型,层岛生长型;岛状生长型：特点：到达衬底上的沉积原子首先凝聚成核,后续飞来的沉积原子不断聚集在核附近,使核在三维方向上不断长大而最终形成薄膜;条件：在衬底晶格和沉积膜晶格不相匹配非共格时或当核与吸附原子间的结合能大于吸附原子与基体的吸附能时,大部分薄膜形成过程属于这种类型;层状生长型：特点：沉积原子在衬底的表面以单原子层的形式均匀地覆盖一层,然后再在三维方向上生长第二层、第三层······条件：一般在衬底原子与沉积原子之间的键能大于沉积原子相互之间键能的情况下共格发生这种生长方式的生长;层岛生长型：特点：生长机制介于岛生长型和层生长型的中间状态;条件：当衬底原子与沉积原子之间的键能大于沉积原子相互之间键能、随后出现干扰层状生长结合能特性单调减少因数的情况下准共格多发生这种生长方式的生长;第五章1.组分表征2.结构表征3.原子化学键合表征能量损失谱EELS：主峰---元素种类主峰化学位移---配位结构精细结构---键合情况扩展X射线吸收精细结构EXAFS：吸收线---元素种类精细结构---键合情况辨析红外吸收光谱与拉曼光谱①红外吸收光谱：构成薄膜样品分子振动的频率一般从红外延展到远红外,用红外线照射薄膜样品时,与样品分子振动频率相同的红外线就会被分子共振吸收;每个分子都有确定的振动频率,因此可用红外光谱标识薄膜中所含分子并确立分子间的键合特征;拉曼光谱：可见光或紫外线照射在样品上时,出来的散射光频率会有稍许改变,这种改变乃是由分子振动引起的;因此可用拉曼光谱测定这种频率的改变,从而分析和鉴别薄膜样品中的化学组成和化学键合;②都是测定薄膜样品中分子振动的;③对于具有对称中心的分子振动,红外不敏感,拉曼敏感；对于反对称中心的分子振动,则红外敏感拉曼不敏感;对于对称性高的分子,拉曼敏感;辨析红外吸收光谱与傅里叶变换红外光谱FTIR①二者原理一致②传统的红外吸收光谱依赖于红外光束通过格栅色散到单色元件中进行扫描; FTIR依赖于相干干涉仪。
薄膜材料有哪些
薄膜材料有哪些
薄膜材料是一种在工业和科技领域中应用广泛的材料，它具有轻薄、柔韧、透明、耐腐蚀等特点，在电子、光学、医疗、包装等领域有着重要的应用。
薄膜材料的种类繁多，下面将介绍一些常见的薄膜材料及其应用。
首先，聚酯薄膜是一种常见的薄膜材料，它具有优异的机械性能和化学稳定性，适用于印刷、包装、电子等领域。
在包装领域，聚酯薄膜常用于食品包装、药品包装等，其优异的透明性和耐热性能使得产品更加吸引人。
在电子领域，聚酯薄膜常用于制备电子元件、电池等，其优异的绝缘性能和耐高温性能使得电子产品更加稳定可靠。
其次，聚乙烯薄膜是另一种常见的薄膜材料，它具有良好的柔韧性和耐磨性，
适用于包装、农业覆盖、建筑防水等领域。
在包装领域，聚乙烯薄膜常用于塑料袋、保鲜膜等，其良好的密封性和抗拉伸性能使得产品更加实用。
在农业领域，聚乙烯薄膜常用于大棚覆盖、地膜覆盖等，其良好的透光性和抗老化性能使得作物更加茁壮生长。
此外，聚丙烯薄膜也是一种常见的薄膜材料，它具有良好的耐高温性和耐化学
腐蚀性，适用于医疗、包装、建筑等领域。
在医疗领域，聚丙烯薄膜常用于制备医用器械、医用包装等，其良好的无菌性和透明性能使得医疗产品更加安全可靠。
在包装领域，聚丙烯薄膜常用于制备各种包装袋、包装盒等，其良好的耐磨性和耐高温性能使得产品更加耐用。
总的来说，薄膜材料在现代社会中有着广泛的应用，不仅提高了产品的质量和
性能，也为人们的生活带来了便利。
随着科技的不断进步，薄膜材料的种类和应用领域还会不断扩展，相信在未来会有更多新型薄膜材料的涌现，为人类社会的发展做出更大的贡献。
薄膜制备技术：第一部分 绪论 田民波
教材： 薄膜技术与薄膜材料 田民波 薄膜制备技术基础 麻莳立男
薄膜材料与薄膜技术 郑伟涛
真空镀膜 李云奇
课程内容
第一章 绪论：薄膜发展史 第二章 真空技术基础 第三章 薄膜生长与薄膜结构 第四章 真空蒸镀（重点MBE，PLD） 第五章 离子镀和离子束沉积 第六章 溅射镀膜 第七章 化学气相沉积
薄膜压力传感器
薄膜可燃气体传感器
薄膜材料的功能分类
⑴ 电学薄膜
⑤ 薄膜太阳能电池
非晶硅、CuInSe2和CdSe薄膜太阳电池。
薄膜材料的功能分类
⑴ 电学薄膜
⑥ 平板显示器件
液晶显示、等离子体显示和电致发光显示三大类平板显示器件所用的 透明导电电极（ITO薄膜）、电致发光多层薄膜（包括ITO膜，ZnS： Mn等发光膜，Al电极膜等）组成的全固态平板显示器件及OLED显示 器件。 ITO薄膜
第一章: 绪论
薄膜技术发展历史
春秋战国时代，鎏金工艺
7世纪，溶液镀银工艺
1000多年前，阿拉伯人发明了电镀
第一章: 绪论-薄膜技术发展历史
19世纪中叶，电解法、化学反应法、真空蒸镀法等， 标志着薄膜技术的逐步成熟，但应用面仍很窄； 20世纪以来，特别是二战以后，随半导体技术的兴起，涌 现了以溅射法为代表的一大批新技术，在学术和实际应用 中取得丰硕成果；
薄膜材料的功能分类
薄膜分类（按功能及其应用领域）：
⑴ 电学薄膜
① 半导体器件与集成电路中使用的导电材料与介质薄膜材料： Si、Al、Cr、Pt、Au、多晶硅 SiO2、Si3N4、Ta2O5、SiOF薄膜。
薄膜材料的功能分类
⑴ 电学薄膜
② 超导薄膜
铜基高温超导薄膜： YBaCuO； BiSrCaCuO ； TiBaCuO 铁基高温超导薄膜： LaFeOP；PrFeAsO0.89F0.11；FeSe。
薄膜材料课程设计
薄膜材料课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解薄膜材料的基本概念、特性及应用，掌握薄膜材料的制备方法和技术，培养学生的实验操作能力和科学思维。
具体目标如下：1.知识目标：•掌握薄膜材料的定义、分类和基本特性。
•了解薄膜材料的制备方法，如蒸发、溅射、化学气相沉积等。
•掌握薄膜材料在光学、电子、能源等领域的应用。
2.技能目标：•能够运用薄膜材料的基本原理和制备技术分析实际问题。
•具备简单的实验操作能力，能独立完成薄膜材料的制备和性能测试。
•能够运用科学思维和创新方法解决薄膜材料相关问题。
3.情感态度价值观目标：•培养学生对薄膜材料的兴趣，增强学习积极性。
•培养学生团队合作精神，提高沟通与协作能力。
•培养学生关注社会热点，将薄膜材料知识应用到实际生活中。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.薄膜材料的基本概念、分类和基本特性。
2.薄膜材料的制备方法，如蒸发、溅射、化学气相沉积等。
3.薄膜材料的性能测试与分析。
4.薄膜材料在光学、电子、能源等领域的应用。
5.薄膜材料的研究现状与发展趋势。
教学大纲安排如下：第一周：薄膜材料的基本概念、分类和基本特性。
第二周：薄膜材料的制备方法。
第三周：薄膜材料的性能测试与分析。
第四周：薄膜材料在光学、电子、能源等领域的应用。
第五周：薄膜材料的研究现状与发展趋势。
三、教学方法本课程采用多种教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1.讲授法：讲解薄膜材料的基本概念、制备方法和应用领域。
2.讨论法：针对薄膜材料的性能测试及实际应用展开小组讨论。
3.案例分析法：分析薄膜材料在实际工程中的应用案例，提高学生的实践能力。
4.实验法：学生独立完成薄膜材料的制备和性能测试，培养实验操作能力。
四、教学资源1.教材：选用《薄膜材料与应用》作为主教材，辅助以相关学术论文和教材。
2.参考书：推荐《薄膜技术与应用》、《薄膜物理化学》等书籍。
3.多媒体资料：制作课件、实验视频等，以丰富教学手段。
第八章 OLED的器件设计说课讲解
图8-4显示以不同反射率的金属为阳极与器件效率的关系，其中以 高反射的铝和银当作阳极，器件效率可以是下发光型器件的1.6倍。如果 以反射率80％的镁当作阳极时效率也还超过下发光型器件。而其他反射 率较低的金属，效率都比下发光型器件低，因此高反射阳极还是主流。
下发光型器件：阴极高反射率，阳极高透过率，大部分光直 接从透明电极出射，一部分由高反射率的电极全反射，如图8-6 （a）,此时的干涉现象大致属于广角干涉。
上发光型器件：阴极为半透明金属，光的反射增加，造成多 光束干涉，微腔效应更明显。发光强度和发光颜色会随视角而改 变。
图8-6 （a）广角干涉；（b）多光束干涉示意图
表8-1 透明阴极的发展
1996年，Forrest等人率先使用10nm的Mg:Ag(30：1)加上40nm的 ITO当成半透明阴极，其透射率在可见光区大约为70％。所制成的A l q 3 器件上下都发光，外部量子效率加起来约0.1％。同时，溅射ITO的功率 只有5W,沉积速率只有0.3nm/min，溅射40nm需要超过2h;而且薄的金属 层不足以抵挡溅射过程对有机层的破坏，分子键被打断，能级发生变化。
8.1.2 上发光型器件阳极
OLED的阳极通常都是由高功函数的材料所组成的。而 上 发 光 型 器 件 中 ， 阳 极 必 须 具 有 反 射 性 。 Au （ 5.1 ） 、 Ni （5.15）、Pt（5.65）功函数较高但反射率只有50％~60％， Al（4.28）、Ag（4.26）反射率90％以上但功函数稍低，通 常要搭配合适功函数的材料，如Al/ITO、Ag/ITO或是Al/Ni、 Al/Pt。或使用适合的空穴注入材料。CFx、MoOx、利用UVozone处理Ag表面形成薄膜 Ag 2O (4.8~5.1eV)。
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。
薄膜物理与技术-3 薄膜的化学制备工艺学
Gr Gf (生成物) Gf (反应物)
CVD热力学分析的主要目的是预测某些特定条件下某些 CVD反应的 可行性（化学反应的方向和限度）。
在温度、压强和反应物浓度给定的条件下，热力学计算能从理论上 给出沉积薄膜的量和所有气体的分压，但是不能给出沉积速率。
热力学分析可作为确定CVD工艺参数的参考。
良好的耐热冲击材料,还是电绝缘体
■ 单氨络合物制备氮化物薄膜：AlCl3· NH3 (g) AlN (s) + 3HCl (g) 800-1000℃
3 薄膜制备的化学工艺学
3.2 化学气相沉积（CVD）
3.2.1 CVD的主要化学反应类型
热解 反应 还原 反应 氧化 反应 置换 反应 歧化 反应 输运 反应
二、还原反应：薄膜由气体反应物的还原反应产物沉积而成。 1）反应气体：热稳定性较好的卤化物、羟基化合物、卤氧化物等 + 还原性气体。 2）典型反应：
■ H2还原SiCl4外延制备单晶Si薄膜： SiCl4 (g) + 2H2 (g) Si (s) + 4HCl (g) (单晶硅外延膜的生长) ■ 六氟化物低温制备难熔金属W、Mo薄膜： WF6 (g) + 3H2 (g) W (s) + 6HF (g)
借助于适当的气体介质与之反应而形成一种气态化合物， 这种气态化合物再被输运到与源区温度不同的沉积区， 并在基片上发生逆向反应，从而获得高纯源物质薄膜的沉积。
1）反应气体：固态源物质 + 卤族气体。
2）典型反应：
T1 Ge ( s)＋I 2 ( g ) GeI 2 ■ 锗（Ge）与碘（I2）的输运反应沉积高纯Ge薄膜： T2 - 200℃ （类似于Ti的碘化精炼过程）： Ti ( s ) ＋2 I 2 ( g ) 100 TiI（ g ） 4
薄膜物理与技术课件1-8
③ 指定空间内，低于一个大气压的气体状态（科学概念） 用气压表示空气的稀密程度。
什么是气压？
容器里飞来飞去的气体分子一直在频繁地撞击容器壁， 其趋势是向外推挤容器壁。单个分子碰在器壁上产生的力自 然是微不足道的，然而同时碰在器壁上的分子数目非常巨 大，合起来就是很大的力，这种推力就是气压。 气压的性质是，当温度和体积不变时，容器中的空气越 稀薄，也就是说容器中气体分子的数越少，气压越低。在自 然环境中，海拔越高的地方，气压越低。也就是说，越往高 空（外太空）去，便越接近“完全空”的真空。
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1.1.2
真空术语(six vacuum terms)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
① 速度分布(velocity distribution) 教材图1－1的麦克斯韦速率分布曲线。 最可几速度 平均速度
v m = 1 . 41 RT ( cm / s )( 1 − 3 ) 讨论速度分布 M
v a = 1 . 59
v r = 1 . 73
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微机械与薄膜技术
薄膜技术能实现材料的微米、纳米超微细加工。由此实现的微机 械具有无限的应用前景。
图0-7
微型马达实例图
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图0-7
微机械挽救重症患者生命（左），可进入血管的微型机器人（右）
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加速度传感器
用于汽车防撞系统的气囊，及时充气膨胀就是靠检测汽车的加速度，并由 此触发信号。 机器人行走，也要靠行走中因倾斜产生的力（加速度）来控制步行姿势。 为了测量加速度，离不开由薄膜技术及超微细加工技术制作的传感器。
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真空术语（续） ⑤ 饱和蒸汽压（重点与难点）
把各种固液体放入密闭的容器中，在任何温度下都会蒸发，蒸发出 来的气压称为蒸汽压。在一定温度下，单位时间内蒸发出来的分子数与
薄膜技术与薄膜讲义教案
薄膜技术与薄膜材料自本世纪七十年代以来，薄膜技术与薄膜材料得到突飞猛进的发展，无论在学术上还是在实际应用中都取得了丰硕的成果，并已成为当代真空科学与技术和材料科学中最活跃的研究领域，在高新技术产业中具有举足轻重的作用。
薄膜技术、薄膜材料、表面科学相结合推动了薄膜产品全方位的开发与应用。
–在重点掌握真空蒸镀、溅射、化学气相沉积等基本工艺的基础上，对迅速发展的薄膜技术有全面的了解；–系统了解对各种类型薄膜材料的制备、结构、性能及应用；–要求能够使用多种类型薄膜材料的设备、分析多种类型的薄膜的性能；–初步具备开发新设备、制备新材料的能力。
1.绪论：2.真空技术基础：3.薄膜制备的化学方法：4.薄膜制备的物理方法：5.薄膜的形成与生长：6.薄膜表征：7.薄膜材料：•主要参考书目中文：•《半导体薄膜技术与物理》，叶志镇等，浙江大学出版社，2008•《薄膜材料制备原理、技术及应用》，唐伟忠，冶金工业出版社，2003•《薄膜技术》，顾培夫，浙江大学出版社，1990•《硅外延生长技术》，B. Jayant Baliga著，任丙彦等译，河北科学技术出版社，1992 •《外延生长技术》，杨树人等，国防工业出版社，1992英文•《The materials science of thin films》, Milton Ohring，1991•《Handbook of thin-film deposition processes and techniques 》，Krishna Seshan，Noyes Publications，20021.绪论1.1 薄膜科学的发展历史1.2 薄膜的分类1.3 薄膜科学的研究内容1.4 薄膜的应用1.1 薄膜科学的发展历史一百多年来，人们对物质的物理性质的广泛研究，使物理学成为一个很大的学科领域。
在这个领域中，一些专门的知识进一步发展成为一个个独立的分支，薄膜物理就是该领域中一个相当重要的分支。
第八章 表面复合处理技术
4. 电镀与有机涂层的复合； 5. 热喷涂与封闭和有机涂层的复合； 6. 热喷涂与激光重熔的复合； 7. 8. 9.
采用激光重熔工艺可使等离子喷涂涂层表而光滑，孔隙度 显著降低。 表面强化与固体润滑的复合；既减摩又抗磨 多道工艺形成多层复合膜层； 多种薄膜技术和改性技术的复合： 离子束辅助沉积是把离子束注入与气相沉积镀膜技术 相结合的复合表面离子处理技术。 等离子体渗与气相沉积复合：PD＋PCVD 激光与气相沉积技术复合：LCVD 表面复合处理技术
1
表面复合处理技术是指将两种或多种表面技术以适当的顺序 和方法复合在一起，或以某种表面技术为基础制造复合涂层 的技术。 表面复合处理技术有两层含义： 一层是“膜层或涂层”的优化设计，特别是“多层膜层、膜系” 的优化设计，使膜层材料或涂层材料“物尽其用”； 另一层含义是通过各种表面处理技术的优化组合，使各类表 面技术“各展所长”。
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一些复合处理技术： 1. 多种金属元素的表面复合渗层或包覆层： 在金属材料表面扩散渗入两种以上的金属元素，称为共 渗，以提高材料的综合性能，例如钢上渗铝，提高耐蚀 性、耐热性；渗铬，提高硬度、耐磨性；钢上共渗铝铬， 则使钢表而的耐蚀性、耐热性和耐磨性都有所提高。 2. 金属与微粒弥散陶瓷复合镀层： 将不溶的材料(例如陶瓷)以微粒形式加进电镀槽，以常规 方式进行电化学沉积，即可获得微粒弥散复合镀层，此 时，微粒被结合在沉积物中例如镍＋SiC微粒。这类复合 材料可以沉积在各种基体上，沉积层的厚度与微粒尺寸、 微粒性质及所沉积金属的性质有关。 3. 形成各种功能的涂层体系； 有机涂层通常包括底层（提高结合力和抗蚀性，可通过磷 化处理）、面层（满足功能要求，根据要求选择）和中间 4 层（增加屏蔽作用和功能作用）
2
单一的表面技术，往往有一定的局限，满足不了对材料使用 的高性能要求。 综合运用两种以上的表面处理技术进行表面复合离子处理， 具有突出效果的表面复合离子处理技术，在德国、日本、法 国、美国等发达国家已得到广泛应用。 比如：渗钛与离子渗氮的复合，在工件表面形成硬度极高、 耐磨性又好且耐腐蚀的TiN化合物层，其在性能上十分明显 地高于单一的渗钛层和单一的离子渗氮层；激光与离子渗氮 的复合，钛合金经激光处理再渗氮，硬化层硬度从单纯的离 子渗氮处理的HV 600提高到HV 790；
电子薄膜技术PPT课件
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Changes brings challenges:
Safer, easier, more comfortable, more economy, more happiness.
绪论
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第18页/共37页
Challenge means opportunity
How can we make devices more
静电复印鼓用seteseteas合金薄膜及非晶硅薄绪论32铁电存储器绪论33课程教学内容绪论34化学镀电镀solgelmod液相外延水热法喷雾热解喷雾水解lb膜pvdcvd常压cvd低压cvd金属有机物cvd等离子体cvd光cvd热丝cvd真空蒸发evaperation溅射sputtering离子镀ionplating绪论35第一章真空技术基础第二章薄膜的物理气相沉积i蒸发法第三章薄膜的物理气相沉积ii溅射法及其他pvd方法第四章薄膜的化学气相沉积第五章化学溶液沉积法制备薄膜第六章薄膜生长过程和薄膜结构第七章薄膜材料的表征方法第八章薄膜材料及其应用绪论36ybco薄膜形貌绪论37在材料科学的各分支中薄膜材料科学发展的地位极为重要
绪论
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4. 《Material Scienc第e3页o/共f 3T7页hin Films －
第一堂课主要内容
✓ 课程情况介绍 ✓ 课程考核方式 ✓ 薄膜材料的定义 ✓ 薄膜技术的发展 ✓ 课程教学内容
绪论4第4页/共3源自页课堂要求1、上课时必须将手机关机或静音；
2、上课不允许讲话，不允许做与本课程无关的事；
3、有事提前向老师请假（开假条），课上随机点名；
4、上课请杜绝睡觉；
5、如果出现破坏教学恶劣的行为立即上报系或者学
校给予处理；
6、上课不需要带电脑！
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采用薄膜技术材料在世界范围内所占的市场
市场份额由2004年的71亿美元增长到2009年的135亿美元 年平均增长幅度达到13.7%。
薄膜与工作、生活的联系
互联网与薄膜技术 等离子壁挂电视 发展迅猛的TFT-LCD 生物计算机与薄膜技术 正在进展中的人造大脑 微机械使重症患者起死回生 加速度传感器 实现MEMS的薄膜与微细加工技术 原子的人工组装 碳纳米管和富勒烯
通过互联网可以按计划、远距离、随心所 欲地操作自宅家电
可代替人工作的机器人将出现在我们面前
等离子壁挂电视
以等离子体平板显示器、液晶 显示器为代表的平板显示器。画面 对角线超过2.5ｍ，厚度仅有几厘 米，图像清晰、逼真的壁挂式PDP 已在机场、车站、会议室乃至家庭
中广泛采用。
目前，可折叠卷曲的显示器正 在研究中，而且人们欣赏立体画面 的时代已为期不远。与此同时，发 光二极管显示器、有机电致发光显 示器等也在急速发展之中。
CVD反应必须满足三个挥发性标准
✓ 在淀积温度下,反应剂必须具备足够高的蒸汽压 ✓ 除淀积物质外,反应产物必须是挥发性的 ✓ 淀积物本身必须具有足够低的蒸气压
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化学气相沉积中的基本化学反应
1.热分解反应 SiH4 (气) Si (固) + 2H2 (气)
2.还原反应 SiCl2(气) + 2H2 (气)
第8章薄膜材料与薄膜技术3
薄膜与高新技术
材料、信息技术与能源称为现代人类文明的三大支柱。国民经济 的各部门和高技术领域的发展都不可避免地受到材料发展的制约或 推动。新材料的发展水平成为了衡量国家技术水平和综合实力的重 要标志。
何谓“新材料”？简单地说，就是那些新出现或已在发展中的， 在成分、组织、结构、形态等方面不同于普通材料，具有传统材料 所不具备的优异性能和特殊功能的材料。
积 方 式
）表面上，并淀积成薄膜的技术。 例如：蒸发 evaporation，溅射sputtering
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除了CVD和PVD外，制备薄膜的方法还有:
✓旋涂Spin-on
✓镀/电镀 electroless plating/electroplati ng
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铜互连是由电镀工艺制作
一、化学气相沉积的基本原理
互联网与薄膜技术
当今信息社会，人们通过电视机、收音机、手机、互联网等，可即 时看到或听到世界上所发生的“鲜”、“活”新闻，如同人们长上了千 里眼、顺风耳。完成这一切，需要许多采集、处理信息及通信网络设备 ，而这些设备都需要数量巨大的元器件、电子回路、集成电路等。薄膜 技术是制作这些元器件、电子回路、集成电路的基础。
Si (固) + 4HCl (气)
3.氧化反应-制备氧化物
SiH4(气) + O2(气)
SiO2(固) + 2H2(气)
4.氮化或碳化反应-制备氮化物和碳化物
3SiH4(气) + 4NH3(气) 3TiCl4(气) + CH4(气)
Si3N4(固) + 12H2(气) TiC(固) + 4HCl(气)
在集成电路制 备中，很多薄 膜材料由淀积 工艺形成.
✓半导体薄膜：Si
单晶薄膜：Si, SiGe（外延）
✓✓介金质属薄薄膜膜：：SAilO，2C，uS，i3WN4，, BTPi，SG…（硼磷硅玻璃）多，晶…薄膜：poly-Si
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1）化学气相淀积 — Chemical Vapor Deposition (CVD)所需固体薄膜
两 一种或数种物质的气体，以某种方式激活后，在衬底表面发生化学反
类 应，并淀积出所需固体薄膜的生长技术。
主 例如：APCVD, LPCVD, PECVD, HDPCVD 要
的 2）物理气相淀积 — Physical Vapor Deposition (PVD)
淀 利用某种物理过程实现物质的转移，即将原子或分子转移到衬底（硅
化学气相沉积: 通过气相化学反应的方式将 反应物沉积在基片表面的一 种薄膜制备技术.
三个基本过程
反应物的输运过程 化学反应及沉积过程 去除反应副产物过程
化学气相淀积（CVD）
✓ 单晶 (外延）、多晶、非晶（无定型）薄膜
✓ 半导体、介质、金属薄膜
✓ 常压化学气相淀积（APCVD），低压CVD (LPCVD)，等离子体增强淀积（PECVD）等
画面对角线106cm的等离子壁挂彩电
薄膜材料的简单分类
材料保护涂层
涂层或厚膜
薄膜材料
ห้องสมุดไป่ตู้
(>1um)
材料装饰涂层 光电子学薄膜
薄膜(<1um) 微电子学薄膜
其它功能薄膜
(力,热,磁,生物等)
薄膜材料的制备技术
薄膜材料的制备技术
喷涂
-机械
大于
电镀
-化学方法
1um
蒸发
物理气相沉积技术(PVD)
真 空
技 化学气相沉积技术(CVD) 术
5.化合反应-化合物制备 Ga(CH3)2(气) + AsH3(气)
薄膜材料的表征
结构 薄膜材料的表征
物性
组份 晶体结构 电子结构 光学性质
电学性质 力,热,磁,生物等性质
真空区域的划分
粗真空：1×105～ 1×102 Pa。 低真空： 1×102～ 1×10－1 Pa。 高真空： 1×10－1 ～ 1×10－6 Pa。 超高真空：< 1×10－6 Pa。
何谓“高技术”？简单地说，就是采用新材料、新工艺，产生更 高效益，能促进人类物质文明和精神文明更快进步的技术。
而薄膜，正是一种新型的材料，薄膜技术是一种新型的高技术。
薄膜材料受到关注的理由：
(1) 薄膜技术是实现器件轻薄短小化和系统集成化的有效手段。 (2) 随着器件的尺寸减小乃至粒子量子化运动的尺度，薄膜材料或其器件
将显示出许多全新的物理现象。薄膜技术是制备这类新型功能器件的 有效手段。 (3) 薄膜气相沉积涉及从气相到固相的超急冷过程，易于形成非稳态物质 及非化学计量的化合物膜层。 (4) 由于镀料的气化方式很多，通过控制气氛还可以进行反应沉积，因此 ，可以得到各种材料的膜层；可以较方便地采用光、等离子体等激发 手段，在一般条件下，即可获得在高温、高压、高能量密度下才能获 得的物质。 (5) 通过基板、镀料、反应气氛、沉积条件的选择，可对界面结构、结晶 状态，膜厚等进行控制；表面精细，便于光刻制电路图形；有成熟经 验，易于在其他应用领域中推广。