最新4第四讲_薄膜材料
《薄膜材料》PPT课件

浆料印刷法形成的膜层——厚膜,前者膜厚多,厚~ 200微米
薄膜的真空沉积法优点
可以得到各种材料的膜层 镀料气化方式很多(如电子束蒸发、溅射、气体源等),控 制气氛还可以进行反应沉积
通过基板、镀料、反应气氛、沉积条件的选择,可以对界面结 构、结晶状态、膜厚等进行控制,还可制取多层膜、复合膜及 特殊界面结构的膜层等。由于膜层表面精细光洁,故便于通过 光刻制取电路图形
特别是可直接印刷电路图形。
典型的成膜方法
电镀和化学镀成膜
是依靠电场反应,使金属从金属盐溶液中析出成 膜的方法
电镀 促进电场析出的还原能量由外部电源提供
化学镀 需添加还原剂,利用自分解而成膜
电镀或化学镀成膜的特点 可对大尺寸基板大批量成膜,与其他成膜方法 相比,设备投资低 需要考虑环境保护问题
为保证金属—半导体间连接为欧姆接触,要求: 金属与半导体的结合部位不形成势垒 对于n型半导体,金属的功函数要比半导体的功函数小 对于p型半导体,与上述相反 金属与半导体结合部的空间电荷层的宽度要尽量窄,电子 直接从金属与半导体间向外迁移受到限制等
2、薄膜材料
导体薄膜材料 电阻薄膜材料 介质薄膜材料 功能薄膜材料
2、薄膜材料 导体薄膜材料
材料的种类及性质 实际情形
单一种导体不可能满足上述所有要求 构成电子电路往往需要多种导体膜的组合
2、薄膜材料 导体薄膜材料
而且 相互连接及电极中往往也不是采用单一金属,而是多种导体膜积 层化,以达到上述各种要求
多层金属组合的实例
2、薄膜材料 导体薄膜材料
从道理上讲,这种方法ຫໍສະໝຸດ 以在任何基板上沉积任何物 质的薄膜,但一般多用于氧化物、氮化物等绝缘材料 及合金材料的成膜
典型的成膜方法 CVD法
第四讲_薄膜的物理气相沉积-溅射沉积

电子、离子具有极不相同的速度: 电子—— va=(8kTe/m)1/2 9.5105 m/s Ar+离子———— 约5102 m/s
等离子体中电子碰撞参与的主要微观过程
微观过程
电子与气体分子的弹性碰撞
电子与气体分子的非弹性碰撞 激发 分解 电离
各种气体发生辉光放电的帕邢曲线
d 10cm时,P 10Pa
只有当 Pd 取一定数值时,气体才最容易维持辉光放电
等离子体—— plasma
放电击穿后,气体即成为具有一定导 电能力的等离子体,它是一种由离子、电 子及中性原子、原子团组成,而宏观上对 外呈现电中性的物质存在形式。
相应于辉光和弧光放电,就有了辉光 放电等离子体和弧光放电等离子体。
电子、离子间巨大的质量(速度)差异是自偏 压得以产生的根本原因;通过电容C 的能量耦合方 式和电极面积差是获得适当幅度自偏压的必要条件
电容耦合射频方波时电极上自偏压的产生
大电容,小电流
激励电压
A. Bogaerts et al. / Spectrochimica Acta Part
B 57 (2002) 609–65射8 频极的 电位
薄膜溅射沉 积装置的示 意图
———
靶材是要溅射的材料,它作为阴极, 相对于真空室内其他部 分处于负电位。阳极可以是接地的,也可以是浮动的
气体的直流放电现象
以适当压力(10-110Pa)的惰性气体(一般均为 Ar)作为放电气体(与PVD的真空蒸发时不同)
在正负电极间外加电压的作用下,电极间的气体 原子将被雪崩式地电离,形成可以独立运动的 Ar+离子和电子。电子加速飞向阳极,而带正电 荷的Ar+离子则在电场的作用下加速飞向作为阴 极的靶材,并发生靶物质的溅射过程
薄膜材料的组织结构教学课件

详细描述
高分子薄膜的光学性能主要取决于其分子结构和聚集态 结构。高分子薄膜中的分子排列方式会影响光的吸收、 反射和透射等行为。此外,高分子薄膜的结晶度、取向 和相分离等聚集态结构也会影响其光学性能。因此,通 过控制高分子薄膜的组织结构,可以调节其光学性能, 如透明度、反射率和颜色等。
VS
复合相
复合相是指由两种或多种材料组成的一种 新的相。在薄膜材料中,复合相的形成可 以改善单一材料的性能,实现优异的综合 性能。通过制备具有复合相的薄膜材料, 可以满足各种不同的应用需求,如高强度、 高硬度、耐腐蚀等。
亚稳相与稳定相
亚稳相
亚稳相是指一种不稳定的相,其结构或成分 与稳定相有所不同。在薄膜材料的制备过程 中,亚稳相的形成是常见的现象。亚稳相的 存在可能会导致薄膜材料的性能不稳定,但 有时也可以通过控制亚稳相的形成来优化薄 膜材料的性能。
利用溶质的扩散和反应,在单晶基底 上生长单晶薄膜的方法。
溶胶-凝胶法
通过将前驱物溶液与适当的溶剂混合, 形成溶胶,然后经过凝胶化、干燥、 热处理等过程,制备出氧化物、氮化 物等无机薄膜的方法。
07
薄膜材料的性能测试与表征
光学性能测试
总结词
了解薄膜材料的光学性能是评 估其质量的重要指标。
反射光谱分析
THANKS
感谢观看
稳定性
稳定性是指薄膜材料在各种环境条件下保持其结构和性能的能力。包括温度、湿度、化 学环境等对薄膜材料稳定性的影响。提高稳定性是保证薄膜材料长期可靠性的重要因素。
表面与界面结构对性能的影响
力学性能
表面与界面结构对薄膜材料的力 学性能有显著影响。良好的表面 与界面结构可以提高薄膜材料的
《薄膜材料的制备》PPT课件

m为气体分子的质量
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1.2.1 真空蒸发镀膜
• 蒸发速率 1 m J7.75M 2pPa k/g(m 2s) T 从蒸发源蒸发出来的分子在向基片沉积的过程中,还 不断与真空中的残留气体分子相碰撞,使蒸发分子失去 定向运动的动能,而不能沉积于基片。为保证80-90% 的蒸发元素到达基片,一般要求残留气体的平均自由程 是蒸发源至基片距离的5-10倍。
《薄膜材料的制备》PPT 课件
1 薄膜材料的制备
1.1 薄膜的形成机理 1.2 物理气相沉积 1.3 化学气相沉积 1.4 化学溶液镀膜法 1.5 液相外延制膜法 1.6 膜厚的测量与监控
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1.1 薄膜的形成机理
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。 制膜方法—分为物理和化学方法两大类; 具体方式上—分为干式、湿式和喷涂三种, 而每种方式又可分成多种方法。
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1 薄膜材料的制备
1.1 薄膜的形成机理 1.2 物理气相沉积 1.3 化学气相沉积 1.4 化学溶液镀膜法 1.5 液相外延制膜法 1.6 膜厚的测量与监控
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1.2 物理气相沉积
如果势垒很低,形核率高,形成很多的小聚集体,这时薄 膜的厚度虽然很薄,但它会成为连续的。
• 高的脱附能Ed和低的扩散激活能ES都有利于气相原 子在衬底表面的停留和运动,因而会提高形核率。
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薄膜材料概述参考幻灯片

薄膜材料概述参考幻灯片第一节:引言薄膜材料是一种厚度通常在纳米(nm)到微米(μm)范围内的材料。
薄膜材料具有许多特殊的性质和应用,因此广泛用于电子、光学、能源、医疗和环境等领域。
本文将对薄膜材料进行概述,包括其定义、分类、制备方法以及应用等方面的内容。
第二节:薄膜材料的定义薄膜材料可以定义为在厚度方向上尺寸远小于其它两个方向上的材料。
一般来说,薄膜材料的厚度约为1 nm到100 μm之间。
薄膜材料与厚膜材料相比,具有更高的比表面积和更多的表面活性位点,这使其性质和应用上有所不同。
第三节:薄膜材料的分类薄膜材料可以按照其化学成分、结构和功能进行分类。
根据化学成分来分类,薄膜材料可以分为无机薄膜材料和有机薄膜材料。
无机薄膜材料包括氧化物、硫化物、氮化物等,而有机薄膜材料则包括聚合物、有机小分子等。
根据结构来分类,薄膜材料可以分为单层薄膜和多层薄膜。
根据功能来分类,薄膜材料可以分为透明导电膜、光学膜、防腐蚀膜等。
第四节:薄膜材料的制备方法薄膜材料的制备方法多种多样,常见的制备方法包括物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、溶液法、自组装法等。
物理气相沉积是指通过物理手段将材料从源上蒸发或溅射到基底上形成薄膜。
化学气相沉积是指通过化学反应将材料从气相沉积到基底上形成薄膜。
溶液法是指通过将材料溶解在溶剂中,然后通过涂覆、喷涂等方法将材料均匀覆盖在基底上形成薄膜。
自组装法是指通过材料的自组装行为形成薄膜。
第五节:薄膜材料的应用薄膜材料具有许多特殊的性质和应用。
透明导电膜是一种将导电性和透明性结合在一起的薄膜材料,广泛应用于液晶显示器、柔性电子等领域。
光学膜是一种可调控光传播的薄膜材料,广泛应用于光学器件、光学涂层等领域。
防腐蚀膜是一种具有防腐蚀功能的薄膜材料,广泛应用于航空航天、能源等领域。
此外,薄膜材料还广泛应用于太阳能电池、锂离子电池、生物传感器等领域。
第六节:结论薄膜材料是一种在厚度方向上尺寸较小的材料,具有许多特殊的性质和应用。
《薄膜材料简介》课件

环保化
随着环保意识的提高,环保型薄膜材料的需求越来 越大,薄膜材料的环保化成为未来的重要发展方向 。
智能化
随着智能化技术的不断发展,智能化薄膜材 料的应用越来越广泛,成为薄膜材料的重要 发展方向。
面临的挑战
技术创新
溅射沉积
利用高能离子轰击靶材,使靶材 原子或分子被溅射出来,并在基 材表面凝结形成薄膜。
离子镀
利用电场将气体离子加速到基材 表面,通过离子轰击将靶材原子 或分子沉积在基材表面形成薄膜 。
化学气相沉积法
01
常温化学气相沉积
在常温下,将反应气体通过热解 、化学反应等过程在基材表面形 成薄膜。
02
热化学气相沉积
将反应气体加热至较高温度,使 其发生热解或化学反应,在基材 表面形成薄膜。
03
等离子体增强化学 气相沉积
利用等离子体激发反应气体,使 其发生化学反应并在基材表面形 成薄膜。
溶胶-凝胶法
溶液制备
将原料溶解在溶剂中,制备成均一的溶液。
凝胶化
将溶胶进行热处理或引发剂引发,使其形成 凝胶。
溶胶制备
将溶液进行水解、聚合等反应,形成溶胶。
电学特性
薄膜材料具有导电、绝缘、半导电等特性,使其在电子器件、传感器 和能源存储等领域有广泛应用。
用途
光学仪器制造
太阳能电池
利用薄膜材料的高透光性和低反射性,制 造各种光学仪器,如相机镜头、望远镜和 显微镜等。
通过在太阳能电池表面镀制特定光谱选择 吸收的薄膜材料,提高光电转换效率。
显示面板制造
柔性电子产品
能量转换膜
用于燃料电池、太阳能电池和锂电 池等。
《薄膜材料的制备》课件

制备方法
1
物理气相沉积法
采用真空状态下物质在表面反应沉积成
化学气相沉积法
2
薄膜的方法,包括等离子体增强化学气 相沉积法和分子束外延法等。
在气体氛围中,通过气相反应生成沉积
薄膜,包括金属有机化学气相沉积法和
低压化学气相沉积法等。
3
溶液法
通过化学反应或物理方法,使溶解在溶
液中或游离态的的材料中,厚度在1纳米至1微米之间,具有 很多独特的性质和广泛的应用领域。
薄膜材料的应用领域
光电子学
薄膜材料广泛应用于制造LED、 太阳能电池等光电学器件,同时 也可用于照明和显示领域。
微电子学
薄膜材料的狭窄厚度和多层结构 可以制造出微小的电子元件和IC 芯片,促进了微电子学的发展。
电化学法
4
化学溶胶-凝胶法和溶液旋涂法等。
通过电位差驱动溶液中的溶质向电极表 面沉积成薄膜,包括阳极氧化法和电解
沉积法等。
质量控制
表面形貌
• 表面光洁度 • 晶体缺陷 • 异质界面及其影响
厚度和成分控 制
• 控制成核速率 和生长速率
• 反应气体流量 和温度的控制
• 使用复合膜技术
结晶结构和晶 体质量
涂层和保护层
薄膜材料在航空航天、汽车制造 和建筑领域中可以制作高效的涂 层和保护层,提高了产品的耐磨 性和力学性能。
薄膜材料的制备意义和困难
独特性能
薄膜材料具有高表面积、可控性、多功能性和 结构纳米尺度效应等独特性能,与传统材料相 比具有很大的优势。
制备困难
由于薄膜材料的厚度非常小,制备过程中需要 克服小尺寸效应和表面能变化等问题,因此制 备起来比较困难。
• 控制生长速率 和生长温度
薄膜材料介绍课件

薄膜材料可作为组织工程的支架材料,用于再生医学领域 。
其他领域
包装行业
薄膜材料在包装行业中 广泛应用,如食品包装 、药品包装等。
装饰行业
薄膜材料可用于制造各 种装饰品,如玻璃贴膜 、汽车贴膜等。
信息存储
薄膜材料可用于高密度 信息存储,如光盘和磁 记录介质。
05
薄膜材料的发展趋势与 挑战
新材料开发
分类
根据材料类型,薄膜材料可以 分为金属薄膜、绝缘体薄膜、 半导体薄膜、聚合物薄膜等。
根据制备方法,薄膜材料可以 分为物理气相沉积薄膜、化学 气相沉积薄膜、溶胶-凝胶法薄 膜等。
根据应用领域,薄膜材料可以 分为光学薄膜、电子薄膜、生 物薄膜、能源薄膜等。
通常具有较高的透明度,允许光线透过 ,适用于各种光学应用。
薄膜材料介绍课件
contents
目录
• 薄膜材料的定义与分类 • 薄膜材料的特性与性能 • 薄膜材料的制备方法 • 薄膜材料的应用领域 • 薄膜材料的发展趋势与挑战
01
薄膜材料的定义与分类
定义
01
薄膜材料是指厚度在微米至纳米 范围内的薄层材料,通常由一种 或多种材料组成。
02
薄膜材料可以具有各种不同的性 质,如光学、电学、磁学、力学 等,这使得它们在许多领域都有 广泛的应用。
能源领域
太阳能电池
薄膜太阳能电池是一种新型的太阳能电池,其特点是薄、轻、可弯 曲。
燃料电池
薄膜材料可用于制造燃料电池的电极和隔膜。
储能电池
薄膜材料在储能电池领域也具有广泛应用,如锂离子电池的电极材料 。
生物医学领域
生物传感器
薄膜材料可用于制造生物传感器,用于检测生物分子和细 胞。
薄膜材料概述ppt课件

.
3
薄膜材料历史
可能最早的纳米薄膜 :古代铜镜表面的防 锈层(纳米氧化锡薄 膜)
其年代可以追溯到商 代,甚至更早
.
4
薄膜学
薄膜的历史,要追溯到三千多年以前。 近30年来,真正作为一门新型的薄膜科学与技
术。 目前,薄膜材料已是材料学领域中的一个重要
分支,它涉及物理、化学、电子学、冶金学等 学科,在国防、通讯、航空、航天、电子工业 、光学工业等方面有着特殊的应用,逐步形成 了一门独特的学科“薄膜学”。
.
29
薄膜基底种类
基底又称:基片,衬底
陶瓷基底 金属基底 各种工具刀具件 玻璃基底 树脂基底 高分子基底 柔性基底
单晶硅
.
玻璃
晶圆
30
薄膜基底
科研用各种基底
.
Leading Physical Property Analysis of Thin-Film Materials
专注 激情 严谨 勤勉31
薄膜内应力会导致:薄膜卷曲, 膜层断裂,导致失效
.
40
薄膜内应力
薄膜内应力的测量方法,大致可分为两种:即 测量晶格畸变和测量基体变形。
在测量晶格畸变时均采用x射线衍射法。
在测量基体变形时采用圆形基体或短条形基体。
在采用圆形基体时,因受薄膜的应力作用整个 基体都均匀地变形。如果开始时基体是平面状,然 后变成碗状并可看作球面的一部分,则测量球面曲 率再计算出应力。这时可用牛顿环法、光截面显微 镜法和触针法进行观察测量。
.
24
薄膜的形成机理
(2) 层生长型(Frank-Vanber Merwe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……。
《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
第四章新型半导体薄膜材料ppt课件

另一特点是,在非晶硅半导体中可以实现连续 的物性控制。
当连续改变非晶硅中掺杂元素和掺杂量时,可连续改 变电导率、禁带宽度等,如用于太阳电池的掺硼(B) 的p型a-Si材料和掺磷(P)的n型a-Si材料,它们的电 导率可由本征a-Si的约10-9 s/m提高到10-2~1 s/m。本 征a-Si材料的带隙约1.7eV,通过掺碳可获得Eg>2.0eV 的宽带隙a-SiC材料,通过掺入不同量的Ge可获得 1.7~1.4eV的窄带隙a-SiGe材料。通常把这些不同带 隙的掺杂非晶硅材料称为非晶硅基合金。
(2)化学退火和分层多次制膜技术
为了获得高质量和光电性能稳定的a-Si薄膜,以减 少或消除S-W效应,经过近几年的努力,人们已摸 索到了一些新的制膜技术。例如在等离子体化学气 相沉积(PCVD)反应中,提高衬底温度(直到 450℃),使a-Si中含有少量的H;在制备太阳电池 中将P-a-SiC:H膜改为a-Si/a-SiC,或改为a-Si/aC:H多层膜,或改为a-SiO:H膜,也可将a-Si的p-n结 改为a-SiO:H的p-n结;将射频功率改为源改为超高 频功率源、微波功率源或微波电子回旋共振(MWECR)功率源。
也称S-W效应。a-Si∶H薄膜经较长时间的强 光照射或电流通过,在其内部将产生缺陷而使 薄膜的使用性能下降,称为Steabler-Wronski 效应。
对S-W效应的起因,至今仍有不少争议,造成衰退的微 观机制也尚无定论,成为迄今国内外非晶硅材料研究 的热门课题。总的看法认为,S-W效应起因于光照导 致在带隙中产生了新的悬挂键缺陷态(深能级),这种 缺陷态会影响a-Si∶H薄膜材料的费米能级EF的位 置,从而使电子的分布情况发生变化,进而一方面引 起光学性能的变化,另一方面对电子的复合过程产生 影响。这些缺陷态成为电子和空穴的额外复合中心, 使得电子的俘获截面增大、寿命下降。
薄膜材料及其制备-PPT课件

磁控反应溅射
三、化学气相沉积-CVD
1. 基本原理特点 在一定温度条件下,利用气态先驱反应物,通过化学反应或与金属 表面发生作用,在基体表面形成金属或化合物等固态膜或镀层。 采用相应的化学反应及外界条件(温度、气体浓度、压力等),可 制备各种薄膜。 单质、氧化物、硅化物、氮化物等。 气体压力大,利于提高沉积速度 固体电子器件所需的各种薄膜 轴承和工具的耐磨涂层 发动机或核反应堆部件高温防护涂层 复杂件表面均匀涂覆 薄膜种类、范围广 薄膜成分易控制 效率高、运行成本低
●
24
还原反应 某些元素的卤化物、羟基化合物、卤氧化物等虽然也可以气态形式 存在,但它们具有相当的热稳定性,因而需要采用适当的还原剂才能 将这些元素置换、还原出来。取决于系统自由能
●
如: SiCl4 (g)+2H2=Si(s)+4HCl (g) WF6 (g)+3H2=W(s)+6HF(g)
(1200℃) (300℃)
在同一蒸发沉积装置中可以安置多 个坩埚,可同时或分别蒸发和沉积多 种不同物质。
10
装置中,由加热的灯丝发射出的电子束受到数千伏的偏置电压的加 速,并经过横向布置的磁场偏转270°后到达被轰击坩埚处。磁场偏转 法可避免灯丝材料的蒸发对于沉积过程可能造成的污染。 其缺点是电子束的绝大部分能量要被坩埚的水冷系统带走。因而其热 效率较低;另外,过高的加热功率也会对整个薄膜沉积系统形成较强的 热辐射。
既可用直流,又可用交流。缺点是 放电过程中容易产生微米级电极颗粒 的飞溅,影响被沉积薄膜的均勾性。
12
激光蒸发装置 使用高功率激光束作为能源进行薄膜的蒸发沉积。显然,也具有 加热温度高,可避免坩埚污染,蒸发速率高,蒸发过程容易控制等 特点。多用波长位于紫外波段的脉冲激光器作为蒸发光源。
薄膜材料的定义

薄膜材料的定义薄膜材料是指在厚度范围在纳米到微米级别的薄片材料。
这种材料的特点是具有较高的表面积与体积比,具有特殊的物理、化学和电子性质。
薄膜材料广泛应用于电子、光学、能源、生物医学等领域,对现代科技和工业发展起着至关重要的作用。
薄膜材料的制备方法多种多样,常见的方法包括蒸发、溅射、化学气相沉积等。
其中,蒸发法是最早使用的制备薄膜的方法之一。
通过加热材料使其升华,然后在基底上冷凝形成薄膜。
溅射法则是将材料以高速离子束或电子束轰击的方式将其溅射到基底上形成薄膜。
化学气相沉积则是通过在气相中加入适当的气体,使其在基底上发生化学反应生成薄膜。
薄膜材料的应用非常广泛。
在电子领域,薄膜材料被广泛应用于半导体器件、显示器件、光电传感器等。
例如,薄膜材料在平面显示器中作为液晶层,可以控制液晶的取向和光的透过,实现图像的显示。
在光学领域,薄膜材料用于制备光学滤光片、反射镜、透镜等光学元件。
薄膜材料具有可选择性地吸收、反射或透过光的特性,可以实现光的控制和调制,用于光学器件的制备。
在能源领域,薄膜材料被广泛应用于太阳能电池、燃料电池、储能设备等。
薄膜材料具有较高的光吸收和电导性能,可以实现光能和电能的转化和储存。
在生物医学领域,薄膜材料用于制备生物传感器、药物释放系统等。
薄膜材料具有较大的比表面积和生物相容性,可以实现对生物分子和细胞的高灵敏度检测和精确控制。
薄膜材料的性能与其成分、结构和制备工艺密切相关。
常见的薄膜材料包括金属薄膜、氧化物薄膜、聚合物薄膜等。
金属薄膜具有良好的导电性和热导性,常用于电子器件和导热材料。
氧化物薄膜具有良好的光学和电学性能,常用于光学器件和电子器件。
聚合物薄膜具有较低的密度和较高的柔韧性,常用于生物医学和柔性电子领域。
薄膜材料的研究和应用在不断发展和进步。
随着纳米技术和薄膜技术的不断发展,薄膜材料的制备方法和性能得到了极大的提升。
例如,通过改变薄膜的厚度、成分和结构,可以实现对光的谐振吸收和波导导引效应的调控,用于制备纳米光子学器件和集成光路系统。
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4第四讲_薄膜材料
1、电子封装工程中至关重要的膜材料及膜技术
➢ 薄膜和厚膜
电子封装过程中膜材料与膜技术的出现及发展,源于
✓ 与电器、电子装置设备向高性能、多功能、高速度方向发展及 信息处理能力的急速提高
✓ 系统的大规模、大容量及大型化 ✓ 要求构成系统的装置、部件、材料等轻、薄、短、小化
典型的成膜方法 CVD法
➢ 泛指由气态原料通过化学反应生成固体薄膜的沉积过程
该反应可以是气态化合物由基板表面向其内部的扩散,
气态化合物与基板表面的反应,气态化合物的分解,或 者是气态化合物之间的反应等
这些反应的共同特点是,至少要有一种固态产物生成,
并且以薄膜的形态沉积在基板表面上
化合物蒸气一般是常温下具有较高蒸气压的气体,多采
进 入 夏 天 ,少 不了一 个热字 当头, 电扇空 调陆续 登场, 每逢此 时,总 会想起 那 一 把 蒲 扇 。蒲扇 ,是记 忆中的 农村, 夏季经 常用的 一件物 品。 记 忆 中 的故 乡 , 每 逢 进 入夏天 ,集市 上最常 见的便 是蒲扇 、凉席 ,不论 男女老 少,个 个手持 一 把 , 忽 闪 忽闪个 不停, 嘴里叨 叨着“ 怎么这 么热” ,于是 三五成 群,聚 在大树 下 , 或 站 着 ,或随 即坐在 石头上 ,手持 那把扇 子,边 唠嗑边 乘凉。 孩子们 却在周 围 跑 跑 跳 跳 ,热得 满头大 汗,不 时听到 “强子 ,别跑 了,快 来我给 你扇扇 ”。孩 子 们 才 不 听 这一套 ,跑个 没完, 直到累 气喘吁 吁,这 才一跑 一踮地 围过了 ,这时 母 亲总是 ,好似 生气的 样子, 边扇边 训,“ 你看热 的,跑 什么? ”此时 这把蒲 扇, 是 那 么 凉 快 ,那么 的温馨 幸福, 有母亲 的味道 ! 蒲 扇 是 中 国传 统工艺 品,在 我 国 已 有 三 千年多 年的历 史。取 材于棕 榈树, 制作简 单,方 便携带 ,且蒲 扇的表 面 光 滑 , 因 而,古 人常会 在上面 作画。 古有棕 扇、葵 扇、蒲 扇、蕉 扇诸名 ,实即 今 日 的 蒲 扇 ,江浙 称之为 芭蕉扇 。六七 十年代 ,人们 最常用 的就是 这种, 似圆非 圆 , 轻 巧 又 便宜的 蒲扇。 蒲 扇 流 传 至今, 我的记 忆中, 它跨越 了半个 世纪, 也 走 过 了 我 们的半 个人生 的轨迹 ,携带 着特有 的念想 ,一年 年,一 天天, 流向长
特殊功能 ➢玻璃基板分前基板和后基板两块
➢前基板:形成偏光膜、滤色膜、ITO膜,后基板上形成TFT、ITO膜、金属布线及绝缘膜等 ➢液晶夹于二者之间 ➢受TFT控制的非晶硅(a-Si)图像传感器按阵列布置在后基板上,并由Cr/a-Si/ITO构 成Cr肖特基二极管
➢ 泛指除电气连接、元件搭载、表面改性以 ➢布置在ITO膜上与驱动器相连接的布线导体要通过Cr/Al实现多层化,以降低布线电阻 外的所有其他功能
晶体管普及之前
✓ 真空电子管的板极、栅极、灯丝等为块体材料,电子管插在管 座上由导管连接,当时并无膜可言
20世纪60年代,出现薄膜制备技术
✓ 在纸、塑料、陶瓷上涂刷乃至真空蒸镀、溅射金属膜,用以形 成小型元器件及电路等
进入晶体管时代
✓ 从半导体元件、微小型电路到大规模集成电路,膜技术便成为 整套工艺中的核心与关键。
➢按干式和湿式对分类 ➢干式:
PVD(物理气相沉积)——真空蒸镀、
溅射镀膜、离子镀
CVD(化学气相沉积)
➢湿式:
电镀、化学镀、阳极氧化、溶胶-凝胶、
厚膜印刷法
典型的成膜方法 真空蒸镀及溅射法
➢ 真空蒸镀:是将镀料在真空中加热、蒸发,使蒸气的原子 或原子团在温度较低的基板上析出形成薄膜的方法
可对大尺寸基板大批量成膜,与其他成膜方法
相比,设备投资低
需要考虑环境保护问题
1、电子封装工程中至关重要的膜材料及膜技术 电路图形的形成方法
➢各种成膜方法形成的膜层,应用于电子工 业(如电子元器件制造、电子封装、平板 显示器),都需要形成电路图形
元件搭载
想提高封装密度,需要由四侧引出Байду номын сангаас子的QFP方式转变
为平面阵列布置端子的BGA方式
✓ 这样,端子节距提高(1.0mm,1.5mm)的同时,反而 降低了实装密度
✓ 对BGA来说,端子节距由1.5mm降为1.0mm,实装面 积可减小到1/(1.5×1.5)=1/2.25
➢以LCD(液晶显示器)中所采用的TFT(薄膜三极管)玻璃复合基板为例
特点:工艺简单、设备投资少,在低价格的优
势下可大量生产导体、电阻体、介电体等厚膜
特别是可直接印刷电路图形。
典型的成膜方法
电镀和化学镀成膜
➢ 是依靠电场反应,使金属从金属盐溶液中析出成 膜的方法
➢ 电镀
促进电场析出的还原能量由外部电源提供
➢ 化学镀
需添加还原剂,利用自分解而成膜
➢ 电镀或化学镀成膜的特点
主要用于Au、Cu、Ni、Cr等导体材料及电阻材料成
膜
不同的镀料及不同的沉积速率要选择不同的加热方法。
➢ 溅射镀膜:是将放电气体导入真空,在辉光放电等离子体 中产生的正离子加速轰击处于阴极的靶材,使溅射出的原 子沉积在基板上的方法
从道理上讲,这种方法可以在任何基板上沉积任何物
质的薄膜,但一般多用于氧化物、氮化物等绝缘材料 及合金材料的成膜
涉及电阻膜、绝缘膜、介电质膜等
表面改性
➢与在LSI元件表面沉积SiO2、Si3N4等钝化 膜用于绝缘、保护类似
➢电子封装工程中也广泛用膜层作表面改性
金属被釉基板、有机或无机绝缘层包覆
的金属芯基板
塑料表面电镀金属以增加耐磨性、降低
接触电阻等,常用的方法有镀铑、镀金 等
1、电子封装工程中至关重要的膜材料及膜技术 成膜方法
用碳氢化物、氢氧化物、卤化物、有机金属化合物等
CVD法成膜材料范围广泛,除碱金属、碱土金属之外,
几乎所有材料均可以成膜,特别适用于绝缘膜、超硬膜 等特殊功能膜的沉积
典型的成膜方法 厚膜印刷法
➢ 是按功能要求将金属、金属氧化物、玻璃粘结剂 等的粉末同有机粘结剂、表面活性剂、有机溶剂 等均匀混合,调制成符合丝网印刷要求的浆料, 利用丝网印刷等工艺,在基板上印刷图形,经烧 成,有机粘结剂挥发而成膜的方法