薄膜的磁学性质共24页文档
第七章 薄膜的物理性质--(1) 薄膜的力学性质 20141118
S 基片的热胀系数； Td 薄膜淀积温度；
T 测量温度。 随温度线性变化， 若 F 、 S 与温度无关， F 薄膜和基片热膨胀系数越接近，热应力越小。
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
界面应力 （2）本征应力 生长应力 A、在界面处薄膜与基片的结构失配形成的内应力。 界面应力： B、在界面处有相当高的缺陷密度和杂质密度 引 本征应力 起严重的界面失配 产生界面应力。 生长应力：来源于薄膜在生长过程中所形成的各种结构缺陷。 本征应力与薄膜厚度有关。薄膜厚度小时，构成薄膜的小岛互不相连， 由于小岛互不相连，即使相连也呈网状结构，此时内应力较小。随着 膜厚增加，小岛互相连接，由于小岛之间晶格排列的差异以及小孔的 存在，使内应力迅速增大，并出现最大值。膜厚进一步增加，并形成 连续薄膜时，此时应力减小并趋于一稳定值。
附着力的测试方法 机械方法数种如下：
条带法（剥离法）原理图
条带法（剥离法）、引拉法、划痕法、 推倒法、摩擦法、扭 曲法、离心法、超声法、振动法等。
(1)条带法（P198）
在薄膜表面粘结上宽度一定的附着胶带，然后以一定的角 度对附着胶带施加拉力，把附着胶带拉下来，根据剥离情 况判断附着力大小。 三种可能：①薄膜随附着带全部从基片上剥离下来； ②仅部分剥离下来； ③未剥离→说明薄膜附着好→定性测量
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
内应力的测试方法
悬臂梁法 基片弯曲法 弯盘法 机械方法 基片膨胀法 分两类： 衍射方法
内应力的测试方法
第七章
薄膜的物理性质-之薄膜的力学性质
薄膜物理与技术-7薄膜的物理性质--(1)薄膜的力学性质
电镀膜的附着性能差(∵有一定数量的微孔）
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
附着力的测试方法 机械方法数种如下：
扩散附着
通过中间层附着
宏观效应附着
第七章 薄膜的物理性质
7.1 薄膜的力学性质
简单附着
7.1.1 薄膜的附着力
(a)简单附着： 是在薄膜和基体之间存在一个很清楚的分界面。由两个接
触面相互吸引形成的。当两个不相似或不相容的表面相互接 触时就易形成这种附着。(如真空蒸镀)
附着能 : Wfs = Ef + Es - Efs
②静电力—薄膜和基体两种材料的功函数不同， 接触后发生电子转移→界面两边积累正负 电荷 → 静电吸引
物理吸附能：0.001eV~0.1eV
③化学键力（化学吸附能0.1-0.5eV）
共价键 离子键 金属键
价电子发生了转移， 短程力，不是普遍存在。
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
须注意：T↑→薄膜晶粒大→热应力↑→其它性能变
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
③引入中间过渡层 某种材料与一些物质间附着力大，与另一些物质的附
着力却可能很小。如：
（1）二氧化硅-玻璃→附着好；二氧化硅-KDP（磷酸二氢 钾）晶体→附着差 （2）金-玻璃→附着差；金-铂、镍、钛、铬等→附着好
方法：在基片Байду номын сангаас镀一层薄金属层（Ti、Mo、Ta、 Cr等）.然后，在其上再镀需要的薄膜，薄 金属夺取基片中氧 中间层表面掺杂。
第七章 薄膜的物理性质
薄膜的磁阻特性
信息薄膜专题讲座薄膜的磁阻效应及其应用2012年12月内容提要)应用背景)基本概念)自旋电子技术简介)金属多层膜巨磁电阻)理论解释－二流体模型)自旋阀巨磁电阻SV－GMR )隧道磁电阻TMR典型应用5 Mbytes, 24 disks, 2kbits/in2典型应用：硬盘的GMR磁头基本概念)材料的磁性★铁磁性★反铁磁性★顺磁性AntiferromagnetFerromagnet Paramagnet)磁致电阻效应（MR ：magnetoresistance ）由于磁场的作用金属的电阻发生改变的现象表征参数:磁阻变化率00()/ρρρΔ=−HS MR 一般情况：不超过2%~3%)GMR（巨磁电阻）Albert Fert，Perter Griunberg等人的惊人的发现!（2007 Albert Fert Perter Griunberg年度诺贝尔物理学奖）例如：在由Fe、Cr交替沉积而形成的多层膜(Fe/Cr)N（N为周期数）中，其磁阻变化率可以超过50%!该结果远远超过多层膜中Fe层磁阻变化率的总和。
称该现象为巨磁电阻效应（GMR: giant magnetoresistance)自旋电子技术的基本概念摩尔定理(Moore's Law)Modern CMOS 10 um Modern CMOSBeginning ofSubmicron CMOS1um Deep UV Litho90 nm in 20041 um 34 Years of Scaling Presumed Limit to Scaling100 nm HistoryEvery generation–Feature size shrinks by 70%–Transistor density doubles 10 nm–Wafer cost increases by 20%–Chip cost comes down by 40% Generations occur regularlyOn average every 29years over 1 nm–On average every 2.9 years over the past 34 years–Recently every 2 years197019801990200020102020摩尔定理…似乎快接近终点?09Speed: 10Hz Size: 10-2mCost: $106/transistorSpeed: 10Hz Size: 10-7m Cost: $10-5/transistor $SOURCE GATEDRAINMOSFET能量损耗=摩尔定理受到的最大阻碍!处理器芯片消耗的能量中大概20%通过晶体管的门电路泄漏.The traditional means of coping with increased power per generation has been The traditional means of coping with increased power per generation has been to scale down the operating voltage of the chip but voltages are reaching limits due to thermal fluctuation effects.500P i P (D i L k )500)2300400Passive Power (Device Leakage)400300y (W /c m 200Active Power200r d e n s i t 1001000P o w e 00.50.350.250.180.130.10.070.053502501801301007050500 0T echnology node (nm)自旋自旋电子自旋示意图•在传统的电子学中，通过调控半导体中电子和空穴的在传统的电子学中通过调控半导体中电子和空穴的输运特性，实现信息的转移、储存和处理.•利用电子的电荷和自旋两个自由度作为信息的载体,对电子电荷和自旋的物理行为进行调控，提供了材料的新效应，可以实现材料的新能力和功能.自旋的优越性自旋是电子的纯量子力学效应，而且电子自旋取向构成一个双态量子系统；自旋和外界的相互作用远比电荷的作用弱，因此具有更长的相干时间（自旋扩散长度）； 改变电子自旋取向要比改变电子运动状态要容易得多，快得多；电荷相互作用的能量在eV 级，而自旋相互作用在meV 级别meV基于电子的自旋性质的逻辑运算的功率损耗要远小于基于电荷性质的磁电子与微电子的特性比较磁电子(magnetronics)微电子(microelectronics)(g )载体上旋或下旋电子电子或空穴(non-volatile)记忆非挥发(non volatile)挥发性(volatile)操作时间nano sec. (spin flip)μsec. (draft volocity)尺寸大小(集成度)～nm ～μm抗辐射性强弱电压-电流特性线线性非线性消耗功率较小较大工艺复杂度较简单(数个光罩)非常复杂(数十个光罩以上)前发中熟商目前状况研发中成熟商品自旋电子学(Spintronics or spin electronics)Magneto-electronics （亦称磁电子学Magneto electronics ）是一门结合磁学与微电子学的交叉学科自旋电子学是奠定在电子是门结合磁学与微电子学的交叉学科。
薄膜的磁学性质
Hc
H
还用于磁电式电表中的永磁铁，耳机中的永久磁铁， 永磁扬声器。 3.作存储记忆元件的矩磁材料: 三氧化二铁或二氧化 铬粉层、坡莫合金薄膜和锂锰铁氧体等。
B
Br=Bs ，Hc不大，磁滞回线是矩形。 当正脉冲产生，H> Hc使磁芯呈+B态，
负脉冲产生，H< – Hc使磁芯呈– B态，
可作为二进制的两个态。
四、磁滞现象 (magnetic hysteresis)
无外磁场作用时，如果铁磁体对外不显示磁性，即 M=0，这时铁磁体所处的状态称为退磁状态。
M纵坐标H横坐标坐标系中原点O表示退磁状态。
饱和磁化强度用Ms 表示。基本磁 Mr
Hc
MMsLeabharlann 化曲线，通常不是直线，铁磁体的
磁化率 m不是常量，是磁场强度H 的函数。
H
铁氧体和镍锌铁氧体等。
特点：r 大，易磁化、易退磁(起始磁化率大)，饱和 磁感应强度大，矫顽力(Hc)小，磁滞回线的面积窄而长， 损耗小(HdB面积小)。
作变压器，还用于继电器、电机、以及各种高频电磁
元件的磁芯、磁棒。
2. 作永久磁铁的硬磁材料：碳钢、铝镍钴、稀土钴、
钕铁硼和钡铁氧体等。 B 矫顽力大(>102Am-1)剩磁大， -Hc 磁滞回线的面积大，损耗大
因坡莫合金(Ni90Fe10)的磁各向异性小，磁电阻系数大，因此仍是沿用至今的
MR磁头材料。
磁记录介质概述
用途：磁带，磁盘，磁卡等 记录介质材料：颗粒状涂布介质发展到薄膜型介质 记录方式：纵向记录；垂直记录
基本要求：见下表。
1）饱和磁通密度（ Bs）大 2）矩形比(Br/Bs)大(Br：残留磁通密度) 高磁力 高记录密度 低噪声 高可靠性
磁性薄膜材料
磁性薄膜材料
磁性薄膜材料是一种具有特殊磁性性质的薄膜材料，具有广泛的应用前景。
磁
性薄膜材料可以用于磁存储、传感器、磁头、磁性电子器件等领域，其在信息存储和传感器技术方面的应用尤为突出。
本文将对磁性薄膜材料的特性、制备方法、应用领域等方面进行介绍。
磁性薄膜材料具有优良的磁性能，其主要表现为饱和磁感应强度高、矫顽力大、磁滞回线窄、磁导率高等特点。
这些特性使得磁性薄膜材料在信息存储领域具有重要的应用价值。
在制备磁性薄膜材料时，通常采用溅射、磁控溅射、激光热解、离子束沉积等方法，通过调控材料的成分、结构和工艺参数，可以实现对薄膜磁性能的调控和优化。
磁性薄膜材料在磁存储领域具有广泛的应用。
其在硬盘、磁带、磁卡等磁存储
介质中的应用已经成熟，随着信息技术的不断发展，对磁存储介质性能的要求也在不断提高，磁性薄膜材料的研究和应用将会更加深入。
此外，磁性薄膜材料还在磁传感器、磁头、磁性电子器件等领域发挥着重要作用，其在新型磁性材料、磁性器件和磁性传感器方面的研究也备受关注。
总之，磁性薄膜材料具有重要的应用价值，其在信息存储和传感器技术方面具
有广阔的应用前景。
随着材料科学和信息技术的不断发展，磁性薄膜材料的研究和应用将会更加深入，为信息社会的发展做出更大的贡献。
希望本文对磁性薄膜材料的研究和应用能够有所帮助，推动该领域的进一步发展。
11 第九章 薄膜的性质PPT课件
➢紧束缚近似（TBA），Tamm能级
最新课件
20
薄膜的性质——表面能级
表面态的数日和表面原子的数目具有同一数量级， 象薄膜这种表面影响大的固体，表面能级数量会影响薄 膜内的电子输运状况。特别是在半导体等载流子少的物 质中，会产生很大的影响。
最新课件
21
薄膜的性质——量子尺寸效应
★ 量子尺寸效应
传导电子的德布罗意波长，在普通金属中是几个埃，在 金属铋（ Bi ）中为几百埃。
但是，要考虑薄膜内部的多重反射效应，其计算结果是 相当复杂的，下面以由单层透明薄膜和透明基片组成的系统 为例，给出垂直入射时反射率的公式，这是研究更复杂系统 的基础。
透射率可由反射率直接计算。
最新课件
8
薄膜的性质——干涉效应
假设：
空气的折射率 n 0
单层膜的折射率 n
单层膜的膜厚 d
基片的折射率 n s
4nd(2m1)
m为正整数
nd m
42
在此条件下，有
R
n2 最n新2课件
ns ns
2
反射停止条件
R0
n2 ns
10
薄膜的性质——干涉效应
布拉格反射器应用广泛。
原理：层状介质结构的反射率既取决于材料的折射率，又
取决于层状结构的周期性。
R
1
1
nl n1
nl n1
n2 n3
在 x 方向的电流密度 j x 和分布函数之间的关系为
jx(z)2emh3 v vxdv
式中，e为电子电量，m为电子质量，h为普朗克常数。积分 范围是在速度空间的全部体积内进行。
13k(1 2p) ks13k s6 211 p es ssds
《材料物理薄膜物理》课件
CONTENTS 目录
• 材料物理与薄膜物理概述 • 材料的基本性质 • 薄膜的制备与生长机制 • 薄膜的物理性能与应用 • 材料与薄膜物理与薄膜物理概述
材料物理的定义与重要性
定义
材料物理是一门研究材料结构、性能和应用的科学，主要关注材料的基本组成 、微观结构和宏观性质之间的关系。
CHAPTER 03
薄膜的制备与生长机制
薄膜的制备方法
01
02
03
物理气相沉积法
利用物理过程将材料蒸发 或溅射到基底上形成薄膜 ，包括真空蒸发、溅射和 离子束沉积等。
化学气相沉积法
通过化学反应将气体转化 为固态薄膜，包括热化学 气相沉积和等离子体增强 化学气相沉积等。
液相外延法
在单晶基底上通过控制温 度和成分，使溶质从溶液 中析出，形成单晶薄膜。
介电性能
薄膜的介电常数和介质损耗是其电学 性能的重要参数，影响其在电子和微 波器件中的应用。
薄膜的磁学性能
磁导率与磁损耗
磁性薄膜的磁导率和磁损耗特性决定了其在磁记录、磁传感 器等领域的应用。
磁各向异性
不同方向的磁化行为，影响磁性薄膜的磁学性能和应用。
薄膜的应用领域
光学仪器制造
高反射、高透过的光学薄膜广 泛应用于各种光学仪器制造。
材料在循环应力作用下抵抗断裂的能力， 与其使用寿命密切相关。
材料的热学性质
热容与热导率
描述材料在温度变化时吸收或释放热量的能 力，以及热量在材料内部的传导速度。
热稳定性
材料在温度变化时保持其物理和化学性质稳 定的能力。
热膨胀
材料在温度升高时体积增大的现象。
热辐射
材料发射或吸收电磁辐射的能力，与温度和 波长有关。
磁薄膜的制备和磁学性质研究
磁薄膜的制备和磁学性质研究近年来，随着人类科技的不断进步，磁性材料的发展也越来越被重视。
而磁薄膜作为一种新兴的材料，在磁性领域中受到越来越多的关注。
这是因为，磁薄膜在一些领域展现出了独特的应用性能，例如，计算机硬盘上的读写头就是使用磁薄膜技术制成的。
那么，什么是磁薄膜呢？简单来说，磁薄膜是指薄而均匀的磁性膜，其厚度通常在纳米到微米级别之间。
同样，可以将磁薄膜分为反铁磁、铁磁和负渗透磁等类型。
反铁磁材料主要有Cr, Mn以及FeMn等合金，其磁矩垂直于薄膜面；铁磁材料则是指铁、镍等组成的合金，其磁矩平行于薄膜面；负渗透磁则是指一种特殊的铁磁性材料，如FeCuV首先形成一个满格非磁性化合物再加入一定的Co和Ni。
要制备磁薄膜，首先需要选定基板材料。
通常情况下，基板材料使用的是单晶硅、玻璃、石墨、高聚物等，而在这些基板上一般涂覆一层金属，如Cr、Mo、W、Ta、Ti等作为结构层。
然后在结构层上再涂覆一层功能材料，例如Fe、Ni、Co等。
制备磁薄膜有两种常用的方法：一种是物理气相沉积法（PVD），另一种是化学气相沉积法（CVD）。
在这两种方法中，PVD法被认为是制备磁薄膜的最佳方法。
因为PVD法可以制备高质量的磁薄膜，同时操作简单、易于控制。
而CVD法则依靠高温等条件来进行，对设备的耐受性要求比PVD法高，但因此其也有独特的优势。
除了制备方法，磁薄膜的磁学性质也是一个受关注的问题。
在磁薄膜中，磁学性质主要表现为磁各向异性、磁滞回线和剩磁等。
其中，磁各向异性是磁薄膜在不同方向上表现出不同的磁学性质；磁滞回线是指当外加磁场强度改变时，磁薄膜磁化强度的反应曲线；剩磁则是指材料在去磁场的条件下，磁化强度不为零，其大小则与外加磁场的强度有关。
针对磁薄膜磁学性质的研究，通常需要使用一些仪器和设备。
例如，磁滞回线的测量可以使用霍尔探针、SQUID和振幅磁力计等仪器；而磁各向异性则可以使用干涉仪等设备来检测。
总结来看，磁薄膜的制备和磁学性质研究是磁学领域中的重要课题之一。
7-1 薄膜的力学性质
几点讨论： 1）从上式看出，要消除薄膜中的热应力，最根本的办法就是选用热胀系数相 同的薄膜和基片材料。其次是让成膜温度与薄膜的测量或使用温度相同。 2）通常情况，Td>T, 若薄膜的弹性常数与温度无关，薄膜和基片的热胀系数 不随温度发生变化、为常数时，薄膜的热应力随温度作线性变化。 3）当af＞as 时，热应力为正，即是为张应力。反之，热应力为负，即为压应 力。因此，可通过选择基片或者改变成膜温度的办法来改变薄膜中热应力 的性质和大小。 4）对于高熔点的金属薄膜及其他薄膜，随着成膜温度的提高，热应力可能成 为它内应力中的一个主要部分。对于低熔点金属和结构高度有序的薄膜， 因为它们的本征应力很小，所以热应力能成为它们内应力中的绝大部分。
s:基底比表面积自由能； f：薄膜比表面积自由能； sf ：薄膜与基底界面自由能，与两种材料的种类、原 子间距、键合特征等有关
1、薄膜的附着力
增加附着力的方法
清洗基片 提高基片温度 引入中间过渡层
采用溅射增加附着力
1、薄膜的附着力
附着力的测试方法
粘胶法:薄膜与基片间的附着力必须小于薄膜与粘胶间的 附着力 引拉法；剥离法 直接法 划痕法、摩擦法、离心法
范德华力吸附：短程力，随原子间距离的增大，附着力减弱。 静电力吸附：数值虽小，但对附着力的贡献较大。
化学吸附
薄膜与基体间形成化学键结合（离子键、共价键、金属键）， 是短程力，数值上比范德华力大，约为0.1～0.5eV.
1、薄膜的附着力
附着机理
附着能：
E s f sf
§7-1 薄膜的力学性质
薄膜的力学性质与其结构密切相关。
薄 膜 的 力 学 性 质 附着性质 应力性质 弹性性质 机械强度 — 取决于薄膜成长的初始阶段
磁性薄膜基础资料
K1 < 0, K2 = 0
y
x
例子:
磁晶各向异性控制的等轴磁铁矿颗粒有四个易 磁化轴，而不 象单轴颗粒只有两个。易磁化轴与外加磁场之间的最大夹 角 为55。因此，没有通过原点的单个回线。
单轴各向异性
各向异性能量
u = K1 sin 2 + K2 sin 4 + . . . (更高阶向以般可以忽略) 1) K1>0 K2=0
外延生长
θ 2 x
J S2a2N
θ 2 x
常数A用以量度交 f A Eex
Ee x
J S2 θ 2
ex V
N a3
a x
θ 2 x
换作用的强弱 A
J S2 a
磁弹性能和塞曼能
磁弹性能：依赖于M与晶体应力的相对方向； 是极化率M 与晶格间的弹性相互作用引起。
易轴
磁场沿易轴方向 此回线为具有单轴各向 异性的单畴颗粒的回线
回线与磁场方向的关系
K2≠0 情形
2) K1 > 0, K2 > 0:
u = |K1| sin 2 + |K2| sin 4
3) K1 < 0, K2 = 0:
u = -|K1| sin 2 = + |K1| cos 2 (+
对于单畴晶体磁矩转动时连续的对于单畴晶体磁矩转动时连续的cossincoscossinsinsin畴壁移动畴壁移动由磁畴扩大b及磁化矢量c引起的磁化过程a是退磁状态下的磁畴分布在下方的磁化曲线标明了对应的阶段可逆壁移不可逆壁bs磁畴壁完全消失畴壁移动畴壁移动一维情况一维情况180180是否为畴壁移动在于薄膜是否为畴壁移动在于薄膜的厚度的厚度磁性的弛豫现象磁性的弛豫现象在零场下对于具有单轴各项异性的磁性粒子hzkv超顺磁效应超顺磁效应当测量时间弛豫时间mktlnf100sec25kt10years40kt1012ergcc45sec10yrsec10yrmhasdoubleexponentialdependence矫顽力与时间的关系矫顽力与时间的关系020406089631215logtkvk200100502510yrssuperparamagnetism薄膜的制备方法薄膜材料在现代科学技术中应用十分广泛薄膜材料在现代科学技术中应用十分广泛制膜技术的发展也十分迅速制膜技术的发展也十分迅速
薄膜的磁光特性及其应用
信息薄膜专题讲座薄膜的磁光特性及其应用2012年12月光的偏振效应)电磁波的传播形式（横波）偏振光的几个基本概念)光矢量（电场矢量）)直线偏振光)椭圆偏振光)圆偏振光)自然光、部分偏振光)偏振器（透光轴）薄膜磁性的几个基本概念)居里温度Tc)各向异性：面内磁化膜、垂直磁化膜)磁畴（Magnetic domain)典型应用之一：薄膜的磁光存储)信息写入--热磁写入垂直磁化膜+聚焦激光束的照射+外加偏磁场作用Æ磁化方向垂直于膜面、方向相反的两种柱形磁畴,分别代表数据“0”和“1”。
)信息的读出--磁光克尔效应利用光电检测系统可将磁化方向的不同Æ反射光强的不同Æ输出信号高低电平的不同Æ还原为“0”和“1”数据。
信息写入信息写入----热磁写入热磁写入P di l ti diM ti fi ld Laser light : heat recording layer of media Perpendicular magnetic recording Magnetic field Magnetic field : decide magnetized direction e f o r c e Magnetic T c :Curie Temperature 200ºCC o e r c i v domainLaser light T c≈200 ºC H c :信息的读出信息的读出----磁光克尔效应磁光克尔效应i)Upward:ii)Downward :i) Upward:ii) Downward :+θk –θkLD polarized directionof Incident ray LD polarized direction of reflective rayθk : Karr rotation angle ≈1º典型应用之二：磁畴的观测记录畴是信息存储的最小单位，它的尺寸大小和形貌特征，直接影响着磁光盘的存储密度和读出信噪比。
第五章薄膜的性质-课件
的变化也会发生明显的变化。
二、 体积电阻率
▪ 从降低压电薄膜的介质损耗和驰豫频率来说， 都希望它具有很高的电阻率，至少应该 v 108cm
▪ ALN薄膜的电阻率为2×1014~1×1015 cm ， 远高于108 cm ，因而在这方面AIN是十分优异 的薄膜。
▪ 有压电效应的晶体都不具有对称中心，所以其 电子迁移率也是各向异性的。电导率也是各不 相同的。
三、 损耗角正切
▪ ALN压电薄膜的介质损耗角正切 tg0.00~30.005
ZnO薄膜的 tg 则较大，为0.005~0.01。这些 薄膜的 tg 之所以有这样大，是由于在这些薄 膜中除了有电导过程以外，还存在着显著的驰 豫过程。
薄膜附着力的测量方法
▪ 离心力法：使薄膜与衬底一起进行高速旋 转，在离心力作用下，使薄膜从衬底上脱 开，用旋转离心力来表征薄膜的附着力。
▪ 脉冲激光加热疲劳法：利用薄膜与衬底在 脉冲激光作用下周期性地热胀冷缩，使薄 膜与衬底不断地弯曲变形，从而引起界面 疲劳和造成薄膜脱落时单位薄膜面积上所 吸收的激光能量来表征薄膜的附着力。
▪ 由此我们把薄膜内产生力矩的力称为内应力。
1、 内应力形成的原因
▪ （1）热应力（热收缩效应） ▪ （2）相转移效应 ▪ （3）空位的消除 ▪ （4）界面失配 ▪ （5）杂质效应 ▪ （6）原子、离子埋入效应 ▪ （7）表面张力（表面能）
2、 内应力的测量
▪ 内应力的测量方法有： ▪ ①悬壁梁法； ▪ ②弯盘法； ▪ ③X射线衍射法； ▪ ④激光拉曼法。
3、 内应力与薄膜的物理性能
▪ （1）内应力引起磁各向异性，内应 力是通过磁致伸缩现象向薄膜提供能 量的。而且还对薄膜的磁性能产生影 响。
第一章 薄膜及其特性【PPT精选文档】
氧化物具有特殊的作用。即使对一般的金属 来说不能牢固附着的塑料等基片上也能牢固 附着。
Si、Cr、Ti、W等易氧化（氧化物生成能大） 物质的薄膜都能比较牢固地附着。
若在上述这些物质的薄膜上再沉积金属等， 可以获得附着力非常大的薄膜。
为增加附着力而沉积在中间的过渡层薄膜称 为胶粘层（glue），合理地选择胶粘层在薄 膜的实际应用是极为重要的。
②耐蚀膜 用于化工容器表面耐化学腐蚀的非晶镍 膜和非晶与微晶不锈钢膜；用于涡轮发动机叶片 表面抗热腐蚀的NiCrAlY膜等。
③润滑膜 使用于真空、高温、低温、辐射等特殊 场合的MoS2、MoS2-Au、MoS2–Ni等固体润滑 膜和Au、Ag、Pb等软金属膜。
（4）有机分子薄膜
有 机 分 子 薄 膜 也 称 LB （ LangmuirBlodgett）膜，它是有机物，如羧酸及 其盐、脂肪酸烷基族和染料、蛋白质等 构成的分子薄膜，其厚度可以是一个分 子层的单分子膜，也可以是多分子层叠 加的多层分子膜。多层分子膜可以是同 一材料组成的，也可以是多种材料的调 制分子膜，或称超分子结构薄膜。
1x x
可在很大范围内变化。
因此，把这样的成分偏离叫做非理想化学计量比。
（5）量子尺寸效应和界面隧 道穿透效应
传导电子的德布罗意波长，在普通金属 中小于1nm，在金属铋（Bi）中为几十 纳米。在这些物质的薄膜中，由于电子 波的干涉，与膜面垂直运动相关的能量 将取分立的数值，由此会对电子的输运 现象产生影响。
在基片和薄膜之间还存在有一定的相互作用， 因而就会出现薄膜与基片之间的粘附性和附着 力问题，以及内应力的问题。
（1）表面能级很大
表面能级指在固体的表面，原子周期排列的连 续性发生中断，电子波函数的周期性也受到影 响，把表面考虑在内的电子波函数已由塔姆 （Tamm）在1932年进行了计算，得到了电子表 面能级或称塔姆能级。 像薄膜这种表面面积很大的固体，表面能级将 会对膜内电子输运状况有很大的影响。尤其是 对薄膜半导体表面电导和场效应产生很大的影 响，从而影响半导体器件性能。
磁性薄膜材料
磁性薄膜材料磁性薄膜材料是一种具有磁性的薄膜材料，它在现代科技领域有着广泛的应用。
磁性薄膜材料具有许多优异的性能，如高磁导率、低磁滞、优良的磁性能等，因此在磁存储、传感器、微波器件等方面有着重要的应用价值。
本文将对磁性薄膜材料的基本概念、制备方法、性能特点及应用领域进行介绍。
磁性薄膜材料的基本概念。
磁性薄膜材料是指厚度在纳米至微米量级的具有磁性的薄膜材料。
它通常由铁、镍、钴等磁性金属或合金构成，具有较高的磁导率和磁饱和感应强度。
磁性薄膜材料的磁性来源于其中的磁性原子或离子，在外加磁场下会产生磁化现象。
磁性薄膜材料可以根据其磁性特性分为软磁性薄膜和硬磁性薄膜两大类。
软磁性薄膜具有低磁滞、高导磁率等特点，适用于电感器、变压器等领域；硬磁性薄膜则具有高矫顽力、高矫顽场强等特点，适用于磁存储、传感器等领域。
磁性薄膜材料的制备方法。
磁性薄膜材料的制备方法多种多样，常见的包括物理气相沉积、化学气相沉积、溅射沉积、溶液法等。
物理气相沉积是通过蒸发、溅射等方法将原材料沉积在基底上，形成薄膜；化学气相沉积则是通过化学反应将气态前驱体沉积在基底上。
溅射沉积是通过离子轰击或原子束轰击的方式将材料溅射到基底上，形成薄膜。
溶液法则是将材料的溶液涂覆在基底上，经过干燥后形成薄膜。
这些方法各有优缺点，可以根据具体需求选择合适的制备方法。
磁性薄膜材料的性能特点。
磁性薄膜材料具有许多优异的性能特点。
首先，它具有高磁导率，能够有效地传导磁场，使其在磁传感器、磁存储等领域有着重要的应用价值。
其次，磁性薄膜材料具有低磁滞，即在外加磁场作用下，磁化强度随着磁场的变化而迅速变化，具有较小的滞后效应。
再次，磁性薄膜材料具有优良的磁性能，包括饱和磁化强度、矫顽力、矫顽场等指标，使其在磁存储、传感器等领域有着广泛的应用。
磁性薄膜材料的应用领域。
磁性薄膜材料在磁存储、传感器、微波器件等领域有着广泛的应用。
在磁存储领域，磁性薄膜材料被广泛应用于硬盘、磁带等存储介质中，用于记录和读取信息。
第四章 薄膜的性质讲解
六、 表声波性能
表声波在压电介质中传播时，其质点位移 振幅随着离开介质表面距离的增大而迅速 衰减，因此表声波能量主要集中在表面下 一二个波长的范围内。下图示出了压电介 质中表声波传播示意图。
压电介质中表声波传播示意图
表声波性能函数式
由于表声波的性质与体声波的不同，所以 压电材料在表声波方面所表现出的性能显 著地不同于它的体声波性能。 可将薄膜的表声波性能表达为下列函数式： 表声波性能=F（原材料，基片，薄膜结构， 波模式，传播方向，叉指电极形式，厚度 波数积）
二、 体积电阻率
从降低压电薄膜的介质损耗和驰豫频率来说， 8 10 cm 都希望它具有很高的电阻率，至少应该 v AIN薄膜的电阻率为2×1014~1×1015 cm ，远 高于108 cm ，因而在这方面AIN是十分优异的 薄膜。
有压电效应的晶体都不具有对称中心，所以其 电子迁移率也是各向异性的。电导率也是各不 相同的。
第三节 薄膜的光学特性
当光照在薄膜上时，一部分光会被薄膜物 质所吸收，一部分光在薄膜表面被反射， 也有一部分光会穿过薄膜而透射出去。如 果是多层薄膜还会发生多重反射效应，其 计算结果很复杂。
薄膜材料的光学常数关系
固体材料的光学性质是由折射指数的频率关系 n ( ) 确定的，而 n ( )有下列关系：
四、击穿场强
因为电介质的击穿场强属于强度参数，而 且在薄膜中又难免有各种缺陷，所以压电 薄膜的击穿场强有相当大的分散性； 按电介质的击穿理论，对于完好无缺的薄 膜，其击穿场强应该随薄膜厚度的减少而 逐渐增大。但是实际上，因为薄膜中含有 不少缺陷，厚度越小时缺陷的影响越显著， 所以在厚度减小到一定数值以后，薄膜的 击穿场强反而急剧变小。
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薄膜的磁学性质
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53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿