薄膜材料与薄膜技术复习资料教学文案
《薄膜技术》导学案
《薄膜技术》导学案薄膜技术导学案一、引言薄膜技术作为一种应用广泛的先进材料加工技术,在电子、光学、能源等领域展现出了无可替代的优势。
本导学案将介绍薄膜技术的基本概念、应用领域以及加工方法,帮助读者全面了解薄膜技术的重要性和实际应用。
二、薄膜技术概述薄膜技术是一种将材料制备成具有纳米尺寸的薄膜的加工技术,通常是通过在基底表面上沉积材料,形成具有不同功能的薄膜层。
薄膜技术的应用广泛,涉及到电子器件、光学器件、太阳能电池等领域。
三、薄膜技术的应用领域1. 电子器件薄膜技术在电子器件领域有着广泛的应用。
例如,在平板显示器和笔记本电脑中,采用薄膜技术制备的液晶显示器,其薄膜层能够精确地调控光的透过和反射,实现高质量的视觉效果。
2. 光学器件光学器件中的薄膜技术应用也十分重要。
例如,薄膜镀膜技术能够在光学镜片表面形成一层特殊的薄膜,使得镜片具有抗反射、增透或者滤波等功能,从而提高光学器件的性能。
3. 能源领域在能源领域,薄膜技术被广泛应用于太阳能电池、燃料电池等电池器件的制备。
通过在电池表面涂覆薄膜层,可以改善电池的性能和稳定性,提高能源转化效率。
四、薄膜技术的加工方法1. 物理气相沉积物理气相沉积是一种通过固体材料的汽化和沉积过程,形成薄膜层的方法。
这种方法主要有物理气相沉积、电子束蒸发等。
2. 化学气相沉积化学气相沉积是使用气体前驱体通过化学反应产生物质,并在基底表面上形成固体薄膜。
这种方法主要有化学气相沉积、氧化物化学气相沉积等。
3. 磁控溅射磁控溅射是一种通过将材料置于辅助电极中,通过电子束加热,使材料表面产生汽化并沉积在基底上的方法。
这种方法可以制备均匀、致密的薄膜。
五、薄膜技术的发展趋势1. 纳米薄膜技术随着纳米科技的快速发展,纳米薄膜技术成为研究热点。
纳米薄膜材料具有尺寸效应和表面效应,展现出一系列优异的物理特性,被广泛应用于传感器、储能器件等领域。
2. 环境友好型薄膜技术在薄膜技术的应用过程中,环境友好性成为一个重要的考虑因素。
《薄膜材料与技术》复习资料总结
《薄膜材料与技术》复习资料总结【讲义总结】1.真空区域的划分:①粗真空(1x105~1x102Pa)。
在粗真空下,气态空间近似为大气状态,分子以热运动为主,分子间碰撞十分频繁;②低真空(1x102~1x10-1)。
低真空时气体分子的流动逐渐从黏滞流状态向分子流状态过度,此时气体分子间碰撞次数与分子跟器壁间碰撞次数差不多;③高真空(1x10-1~1x10-6)。
当达到高真空时,气体分子的流动已经成为分子流状态,以气体分子与容器壁间的碰撞为主,且碰撞次数大大减小,蒸发材料的粒子沿直线飞行;④超高真空(<1x10-6)。
达到超高真空时,气体分子数目更少,几乎不存在分子间碰撞,分子与器壁的碰撞机会更少。
2.获得真空的主要设备:旋片式机械真空泵,油扩散泵,复合分子泵,分子筛吸附泵,钛生化泵,溅射离子泵和低温泵等,其中前三种属于气体传输泵,后四种属于气体捕获泵,全为无油类真空泵。
3.输运式真空泵分为机械式气体输运泵和气流式气体输运泵。
4.极限压强:指使用标准容器做负载时,真空泵按规定的条件正常工作一段时间后,真空度不再变化而趋于稳定时的最低压强。
5.凡是利用机械运动来获得真空的泵称为机械泵,属于有油类真空泵。
6.旋片式真空泵泵体主要由锭子、转子、旋片、进气管和排气管等组成。
7.真空测量:指用特定的仪器和装置,对某一特定空间内的真空度进行测定。
这种仪器或装置称为真空计。
按测量原理分为绝对真空计和相对真空计。
8.物理气相沉积:是利用某种物理过程实现物质原子从源物质到薄膜的可控转移过程。
特点:①需要使用固态或熔融态的物质作为沉积过程的源物质;②源物质通过物理过程转变为气相,且在气相中与衬底表面不发生化学反应;③需要相对较低的气体压力环境,这样其他气体分子对于气相分子的散射作用较小,气相分子的运动路径近似直线;④气相分子在衬底上的沉积几率接近100%。
在物理气相沉积技术中最基本的两种方法是蒸发法和溅射法。
9.蒸发沉积薄膜纯度取决于:①蒸发源物质的纯度;②加热装置、坩埚等可能造成的污染;③真空系统中的残留气体。
薄膜材料与技术教学大纲
《薄膜材料与技术》课程教学大纲课程代码:090642008课程英文名称:Thin Film Materials and Thin film Technology课程总学时:32 讲课:32 实验:0 上机:0适用专业:光电信息科学与工程大纲编写(修订)时间:2017.10一、大纲使用说明(一)课程的地位及教学目标薄膜材料与技术是光电信息科学与工程专业本科生的一门专业选修课,通过本课程的学习,使学生了解薄膜材料与薄膜技术的基本原理和基本知识,掌握薄膜材料的真空制备技术、薄膜的化学制备和物理气相沉积方法、薄膜的形成和生长原理、薄膜的表征,了解目前广泛研究和应用的几种主要薄膜材料。
培养学生在获取薄膜材料与薄膜技术基本知识的过程中,能够理论联系实际,并增强学生的创新意识,提高学生的工程实训能力。
为开阔学生学术视野和提高学生实际工作能力提供知识储备。
(二)知识、能力及技能方面的基本要求1. 知识方面的基本要求通过本课程的学习,使学生了解薄膜的制造技术与薄膜物理的基础内容。
了解各种成膜技术的基本原理与方法,包括蒸发镀膜、溅射镀膜、离子镀、化学气相沉积、溶液制膜技术以及膜厚的测量与监控等。
使学生掌握薄膜的形成,薄膜的结构与缺陷,薄膜的电学性质、力学性质、半导体特性、磁学性质以及超导性质。
2.基本理论和方法方面的要求了解薄膜的制造技术与薄膜物理的基础内容。
了解各种成膜技术的基本原理与方法;3. 能力方面的要求培养和提高学生实际工作能力及实验技能。
(三)实施说明1.本大纲适用于“光电信息科学与工程专业”以及“信息显示与光电技术专业”等相近专业的本科生;2.因教学学时所限,课堂教学要做到突出重点,精讲难点,教师在授课中可酌情安排各部分的学时,课时分配表仅供参考;3. 对于与其它课程交叉部分的内容,要突出本课程在课程设置中的地位、作用与特色,即立足于薄膜材料与技术涉及到的基本物理效应,重要概念与理论分析方法,器件的工作原理、主要性能特征及应用方向等;4. 注意知识的内在联系与融合贯通,注意采用课堂讲授、讨论、多媒体教学相结合的教学方式,启发学生自学并不断积累学科前沿最新知识,学会独立思考,独立提出问题与独立解决问题的能力。
材料表面与薄膜技术概论PPT教案
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四要素内涵
加工是指材料的制备、合成、压力加工、机械加工、废 料的再生处理等。
效能是指材料在各种使用条件(包括高温或低温、各种 应力状态、冲击和疲劳加载、腐蚀和辐照环境)下的性 能或行为,包括环境影响、受力状态、材料特征曲线、 寿命评估等。
料原表面上进行物理化学反应而形成保护膜的 技术。 • 如热化学气相沉积、等离子化学气相沉积、金 属有机化合物化学气相沉积等。
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2、表面覆盖技术(surface covering)
表面覆盖技术分类
(3)溶液沉积表面覆盖技术 • 在溶液中,通过物理、化学、电化学等反应产
生的各种粒子(如原子、离子、分子等)在基 体材料原表面上形成保护膜的技术。 • 如电镀、化学镀、微弧氧化以及化学转化膜技 术等。
要为“学问”而不要为“学位”。要立下追求 真理、创造新知的志向,敢于探索未知的、重 大的和困难的题目,并为此付出精力和心血。
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树立学术理想,还要有正确的治学精神和治学 态度,具有良好的学术道德,这其中最为关键 的就是“严谨”和“诚信”。
学术不端或学术失范的行为,对学校声誉的破 坏是严重的,对个人的学术前途甚至人生道路 造成的影响更是无可挽回的。牢记“学问来不 得半点虚假” 。
表面覆盖技术分类
• 表面覆盖技术按照基体材料原表面的空间和参 与处理介质的物理状态分为五类:
(1)物理气相沉积表面覆盖技术 (2)化学气相沉积表面覆盖技术 (3)溶液沉积表面覆盖技术 (4)热熔融表面覆盖技术 (5)热浸镀表面覆盖技术
薄膜材料与薄膜技术复习资料22084
1.为了研究真空和实际使用方便,根据各压强范围内不同的物理特点,把真空划分为粗真空,低貞•空, 高真空 , 超髙氏空四个区域。
2.在髙真空真空条件下,分子的平均自由程可以与容器尺寸相比较。
3.列举三种气体传输泵旋转式机械真空泵,油扩散泵和复合分子泵。
4•真空计种类很多,通常按测量原理可分为绝对貞•空汁和相对真空讣。
5.气体的吸附现象可分为物理吸附和化学吸附。
6.化学气相反响沉积的反响器的设计类型可分为常压式,低压式,热壁式和冷壁式。
7.电镀方法只适用于在导电的基片上沉积金属和合金,薄膜材料在电解液中是以正离子的形式存在。
制备有序单分子膜的方法是_ LB技术°&不加任何电场,直接通过化学反响而实现薄膜沉积的方法叫化学镀09.物理气相沉积过程的三个阶段:从材料源中发射出粒子,粒子运输到基片和粒子在基片上凝聚、成核、长大、成膜。
10.溅射过程中所选择的工作区域是异常辉光放电,基板常处于负辉光区,阴极和基板之间的距离至少应是_克鲁克斯暗区宽度的3-4倍。
11.磁控溅射具有两大特点是可以在较低压强下得到较高的沉积率和可以在较低基片温度下获得高质量薄膜。
12.在离子镀成膜过程中,同时存在吸附和脱附作用,只有当前者超过后者时,才能发生薄膜的沉积。
13.薄膜的形成过程一般分为:凝结过程、核形成与生长过程、岛形成与结合生长过程。
14.原子聚集理论中最小稳左核的结合能是以原子对结合能为最小单位不连续变化的。
15.薄膜成核生长阶段的高聚集来源于:髙的沉积温度、气相原子的高的动能、气相入射的角度增加。
这些结论假设凝聚系数为常数,基片具有原子级别的平滑度。
16.薄膜生长的三种模式有岛状、层状、层状-岛状°17.在薄膜中存在的四种典型的缺陷为:点缺陷、位错、晶界和层错o列举四种薄膜组分分析的方法:X射线衍射法、电子衍射法、扫描电子显微镜分析法和俄歇电子能谱法。
19.红外吸收是由引起业生变化的分子振动产生的,而拉曼散射那么是由引起极化率变化的分子振动产生的。
第8章薄膜材料与薄膜技术3
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
积 方 式
)表面上,并淀积成薄膜的技术。 例如:蒸发 evaporation,溅射sputtering
13/40
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
14/40
铜互连是由电镀工艺制作
一、化学气相沉积的基本原理
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)
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
(>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
薄膜材料与薄膜技术教学大纲
《薄膜材料与薄膜技术》课程教学大纲一、《材料制备技术》课程说明(一)课程代码:(二)课程英文名称:Thin Film Materials and Thin film Technology(三)开课对象:物理系材料物理专业(四)课程性质:本课程是材料物理专业的一门专业选修课。
(五)教学目的本课程主要介绍薄膜材料的制备及特性。
通过学习既可以掌握一些薄膜物理的基本知识,同时也能了解该领域内当前的一些前沿研究进展,开阔眼界,这些都有利于学生将来更好的投入科研工作中去。
(六)教学内容:本课程主要论述薄膜的制造技术与薄膜物理的基础内容。
其中系统介绍了各种成膜技术的基本原理与方法,包括蒸发镀膜、溅射镀膜、离子镀、化学气相沉积、溶液制膜技术以及膜厚的测量与监控等。
同时介绍了薄膜的形成,薄膜的结构与缺陷,薄膜的电学性质、力学性质、半导体特性、磁学性质以及超导性质等。
(七)学时数、学分数及学时数具体分配学时数:36学分数:2(八)教学方式:课堂教学(九)考核方式和成绩记载说明:考核方式为考试。
严格考核学生出勤情况,达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格,综合成绩根据出勤情况、平时成绩和期末成绩评定,出勤情况占20%,平时成绩占20%,期末成绩占60%。
二、讲授大纲与各章的基本要求第一章真空技术基础教学要点:通过本章的教学使学生初步了解真空的基本知识,掌握获取一定程度的真空状态的方法及测量手段。
教学时数:4教学内容:第一节:真空的基本知识第二节:稀薄气体的基本性质第三节:真空的获得第四节:真空的测量考核要求:1.真空的基本知识(识记)2.稀薄气体的基本性质(领会)3.真空的获得(领会)4.真空的测量(识记)第二章真空蒸发镀膜法教学要点:了解真空蒸发镀膜的基本原理,了解蒸发特性以及相应的膜厚分布特点,了解膜厚和沉积速率的测量与监控方法。
教学时数:4教学内容:第一节:真空蒸发原理第二节:蒸发源的蒸发特性及膜厚分布第三节:蒸发源的类型第四节:合金及化合物的蒸发第五节:膜厚和沉积速率的测量与监控考核要求:1.真空蒸发基本原理(领会)2.蒸发源的特性及膜厚分布(识记)3.蒸发源的类型(识记)4.膜厚和沉积速率的测量与监控(领会)5.合金及化合物的蒸发(领会)第三章溅射镀膜教学要点:了解溅射法制备纳米薄膜的基本原理,掌握溅射法制备的特点,熟悉溅射镀膜的几种基本类型,了解溅射镀膜的厚度分布特点,明确如何控制厚度均匀性指标。
薄膜技术与薄膜材料复习重点
薄膜技术与薄膜材料复习重点薄膜技术与薄膜材料一.考试题型名词解释(10*2=20)判断题(10*1=10)多项选择题(8*2=16)简答题( 5*8=40) 论述题(1*14=14)二.重点1.薄膜的定义2.气体平均自由程3.真空泵的种类4.真空的测量、真空度有哪些5.检漏技术有哪些6.CVD----定义、制备过程、条件、输入现象7.CVD反应动力学、热力学8.溶胶凝胶的基本概念、原理、水解与缩聚反应9.CVD的种类10.PVD---定义、原理11.真空蒸发的原理,镀膜过程12.热蒸发、饱和蒸汽压的定义13.阴影效应14.影响薄膜厚度均匀性的因素15.什么叫外延16.溅射法、能量传递过程、气体放电现象、辉光效应17.等离子体的定义18.影响产额(溅射)的因素19.磁控溅射的原理、过程、优缺点20.各类溅射法适用于制备何种材料21.什么叫靶材中毒22.薄膜的生长过程23.薄膜的生长过程的影响因素24.薄膜生长的三种形式25.薄膜中的热应力、生长应力分别是什么26.薄膜厚度的测量27.薄膜结构的表征方法,各类仪器的用途28.改善附着力的途径简答题(作业)1.请简述化学气相沉积的原理和主要过程。
化学气相沉积是通过化学反应的方式,利用加热、等离子激励或光辐射等各种能源,在反应器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固界面上经化学反应形成固态沉积物的技术。
原理:在反应过程中,以气体形式提供构成薄膜的原料,反应尾气由抽气系统排出。
通过热能(辐射、传导、感应加热等)除加热基板到适当温度之外,还对气体分子进行激发、分解,促进其反应。
分解生成物或反应产物沉积在基板表面形成薄膜。
CVD法制备薄膜的过程——简化的四大过程①反应气体被基体表面吸附;②反应气体向基体表面扩散;③在基体表面发生反应;④气体副产品通过基体表面由内向外扩散而脱离表面。
2.在利用蒸发法制备薄膜时,影响薄膜厚度均匀性的因素有哪些,如何改善薄膜厚度均匀性?影响薄膜厚度均匀性的因素:薄膜沉积的方向性和阴影效应改善薄膜厚度均匀性的方法:1)加大蒸发源到衬底表面的距离,但此法会降低沉积速率及增加蒸发材料损耗;2)转动衬底;3)如果同时需要沉积多个样品、且每个样品的尺寸相对较小时,可以考虑用与圆相切的衬底放置方法来改善样品间薄膜厚度的差别。
薄膜材料与薄膜技术(1)(据说能看).
一、真空技术基础
真空的获得
1.2.4 低温吸附泵(Cyropump)
(b)内部结构
多级深冷头示意图
一、真空技术基础
真空的测量
概念:采用特定的仪器装置,对某一特定空间内的真空度(即:气压) 进行测定。
真空计(Manometer)或 真空规(Vacuum Gauge)
按 测 量 原
绝 对 真 空 计
第一章 — 薄膜材料与技术电子教案 材料科学与工程学院
课程主要内容
1 薄膜制备的真空技术基础
2 薄膜制备的化学方法
3
薄膜制备的物理方法
4 薄膜的生长过程和薄膜结构
5 薄膜材料的表征方法
主要参考书
唐伟忠,薄膜材料制备原理、技术及应用
1
(第2版),冶金工业出版社,2003; 田民波,李正操,薄膜技术与薄膜材料,
占20%;
薄膜的定义
1 什么是“薄膜”(thin film),多“薄”的膜才算薄膜?
2 “涂层”(coating)、“层”(layer)、“箔”(foil)
有相同的意义,但有时又有些差别。
薄膜材料的分类
1 化学组成: 无机膜、有机膜、复合膜;
2 相组成:固体薄膜、液体薄膜、气体薄膜、胶体薄膜;
3 晶体形态:单晶膜、多晶膜、微晶膜、 纳米晶膜、超晶格
10-3 6.667 若干米
10-6 6.667×103
数 km >>1
10-9 6.667×106
几千km
粘滞流
过渡段
分子流
大气状态 热运动剧烈 碰撞频繁
粘滞流 分子流 分子-分子 与分子-器壁 碰撞几率相当
器壁碰撞为主 粒子直线飞行
分子数更少 分子间无碰撞 器壁碰撞几率也低
光学薄膜技术复习提纲讲解
光学薄膜技术复习提纲一、典型膜系㈠减反射膜(增透膜)1、减反射膜的主要功能是什么?是减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学表面的反射光,从而增加这些元件的透光量,减少或消除系统的杂散光。
★2、单层减反射膜的最低反射率公式并计算★3、掌握常见的多层膜系表达,例如G︱H L︱A代表什么?G︱2 H L︱A?★4、什么是规整膜系?非规整膜系?/4整数倍厚度组成的膜系称为规整膜系,反之为非规整膜系。
把全部由λ★5、单层减反射膜只能对某个波长和它附近的较窄波段内的光波起增透作用。
为了在较宽的光谱范围达到更有效的增透效果,常采用双层、三层甚至更多层数的减反射膜。
★6、V形膜、W形膜的膜系结构以及它们的特征曲线。
P16—17V——G︱HL︱AW——G︱2HL︱A㈡高反射膜★1、镀制金属反射膜常用的材料有铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、铬等。
★2、金属反射膜四点特性。
P29①高反射波段非常宽阔,可以覆盖几乎全部光谱范围,当然,就每一种具体的金属而言,它都有自己最佳的反射波段。
②各种金属膜层与基底的附着能力有较大差距。
如Al、Cr、Ni(镍)与玻璃附着牢固;而Au、Ag与玻璃附着能力很差。
③金属膜层的化学稳定性较差,易被环境气体腐蚀。
④膜层软,易划伤。
㈢分光膜1、什么是分光膜?中性分束镜能够在一定波段内把一束光按比例分成光谱成分相同的两束光,也即它在一定的波长区域内,如可见区内,对各波长具有相同的透射率和反射率之比值——透反比。
因而反射光和透射光不带有颜色,呈色中性。
★2、归纳金属、介质分束镜的优缺点:金属分束镜p32优点:中性好,光谱范围宽,偏振效应小,制作简单缺点:吸收大,分光效率低。
使用注意事项:光的入射方向介质分束镜p30优点:吸收小,几乎可以忽略,分光效率高。
缺点:光谱范围窄,偏振分离明显,色散明显。
5、偏振中性分束棱镜是利用斜入射时光的偏振,实现50/50中性分光。
㈣、截止滤光片★1、什么是截止滤光片?什么是长波通、短波通滤光片?p33截止滤光片是指要求某一波长范围的光束高效透射,而偏离这一波长的光束骤然变化为高反射的干涉截止滤光片。
薄膜材料与薄膜技术第二版教学设计
薄膜材料与薄膜技术第二版教学设计背景介绍及目标在材料科学中,薄膜材料和薄膜技术是非常重要的研究领域。
薄膜材料在各种领域都有着广泛应用,如电子器件、显示技术等等。
因此,学习薄膜材料和薄膜技术对于材料科学专业的学生来说显得尤为重要。
如何让学生深入了解薄膜材料和薄膜技术,提高他们的学习兴趣、提高他们的自主学习能力是本次教学设计的目标。
教学内容与方法这次教学内容主要注重薄膜材料和薄膜技术的理论知识,同时也会涉及到一些实验操作和应用场景。
具体的教学内容和方法如下:教学内容•薄膜材料的基本概念和分类•薄膜技术的基本概念和原理•薄膜制备技术及其优缺点•薄膜材料在电子器件、显示技术和光伏领域的应用场景教学方法1.讲授方式:通过PPT、视频等多种形式展示理论知识,充分挖掘教材中的知识点和实例,以及最新的实验和应用成果。
2.实验操作:课程安排一定的实验环节,让学生亲自进行操作,以便更深入地了解薄膜材料和薄膜技术的相关技能。
3.讨论互动:开展讨论环节,小组讨论,以及个人答辩,激发学生的参与和探究精神。
教学评价与总结在教学评价上,我们将采取多元化评价的方法,包括学生出席率、实验操作操作规范、 PPT、(规定字数的)课程论文等。
通过这些方法,帮助学生更好地加深课堂学习,巩固和提高知识点的掌握程度,加强对材料科学领域专业知识的综合性和应用性的理解。
本次教学设计是基于薄膜材料和薄膜技术的最新成果和理论,结合具体的实验操作、应用背景,以及充分的互动和参与方式,确保学生能够对材料科学相关领域进行全面、深入的学习。
这将有利于学生的人才培养,提高整个学科专业知识的水平提高。
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。
《薄膜材料与薄膜技术》复习题
《薄膜材料与薄膜技术》复习题《薄膜材料与薄膜技术》复习题1.薄膜材料与体材料的联系与区别。
1. 薄膜所用原料少,容易大面积化,而且可以曲面加工。
例:金箔、饰品、太阳能电池,GaN,SiC,Diamond2. 厚度小、比表面积大,能产生许多新效应。
如:极化效应、表面和界面效应、耦合效应等。
3. 可以获得体态下不存在的非平衡和非化学计量比结构。
如:Diamond: 工业合成, 2000℃,5.5万大气压, CVD生长薄膜:常压,800度.Mgx Zn1-x O: 体相中Mg的平衡固溶度为0.04, PLD法生长的薄膜中,x可0~1.4. 容易实现多层膜,多功能薄膜。
如:太阳能电池、超晶格:GaAlAs/GaAs5. 薄膜和基片的粘附性,一般由范德瓦耳斯力、静电力、表面能(浸润)和表面互扩散决定。
范德瓦耳2. 真空度的各种单位及换算关系如何?●1pa=1N/m2(1atm)≈1.013×105Pa(帕)●1Torr≈1 / 760atm≈1mmHg●1Torr≈133Pa≈102 Pa● 1bar = 0.1MPa3. 机械泵、扩散泵、涡轮分子泵和低温泵的工作原理是什么?旋片式机械泵工作过程:1.气体从入口进入转子和定子之间2.偏轴转子压缩空气并输送到出口3.气体在出口累积到一定压强,喷出到大气工作范围及特点:Atmosphere to 10-3 torr耐用,便宜由于泵的定子、转子都浸入油中,每周期都有油进入容器,有污染。
要求机械泵油有低的饱和蒸汽压、一定润滑性、黏度和高稳定性。
油扩散泵1. 加热油从喷嘴高速喷出,气体分子与油分子碰撞实现动量转移,向出气口运动,或溶入油中,油冷凝后,重新加热时,排出溶入的气体,并由出气口抽出;2. 需要水冷,前级泵3. 10-3 to 10-7 Torr (to 10-9 Torr,液氮冷阱)优点:耐用、成本低,抽速快无震动和声音缺点:油污染涡轮分子泵特点:1. 气体分子被高速转动的涡轮片撞击,向出口运动2.多级速度:30,000-60,000 rpm.转子的切向速度与分子运动速率相当3. Atmosphere to 10-10 Torr4. 启动和关闭很快5. 无油,有电磁污染6. 噪声大、有振动、比较昂贵.低温泵(Cryopump)特点:1.利用20K以下的低温表面来凝聚气体分子实现抽气,是目前最高极限真空的抽气泵;2.可对各种气体捕集,凝结在冷凝板上,所以工作一段时间后必须对冷凝板加热“再生”;3. “再生”必须彻底;4. 加热“再生”温度>200 °C 烘烤除去吸附的气体5. 无油污染;6. 制冷机式低温泵运作成本低,较常采用。
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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
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。
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)
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)
热偶真空计:压强越低,电动势越高(p↓→Ɛ↑)测量范围102----10-1Pa
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。
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。
4.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:
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
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。
8.LB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。
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
薄膜材料与薄膜技术复习资料
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:10-1-10-6P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
⑥射频蒸发(f>13.6MHz)
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。
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。
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、PECVD?
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
1.PVD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
2.PVD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。