薄膜技术及应用
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参考书
《薄膜材料制备原理、技术及应用》 唐伟忠，冶金工业出版社
《薄膜物理与技术》 杨邦朝，电子科技大学出版社
《薄膜物理与技术》 陈国平，东南大学出版社
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。
薄膜材料是采用特殊的方法，在体材料的表面沉 积或制备的一层性质与体材料性质完全不同的物质 层。
Al、Cr、Pt、Au、多晶硅、硅化物薄膜； SiO2、Si3N4、Ta2O5、SiOF薄膜。
② 超导薄膜 YbaCuO系高温超导薄膜； BiSrCaCuO系高温超导薄膜； TiBaCuO系高温超导薄膜。
YBa2Cu3O7-x Film
③ 光电子器件中使用的功能薄膜 GaAs/GaAlAs、HgTe/CdTe、a-Si：H、A-
第一章 薄膜制备的真空技术基础
1.1 气体分子运动论的基本概念 1.1.1气体分子的运动速度及其分布 气体分子运动论：
气体分子一直处无规热运动； 平均运动速度取决于温度； 分子之间和分子与器壁之间相互碰撞。 结果：气体分子的速度服从一定统计分
布,气体本身对外显压力。
理想气体气体模型：
气体分子之间除相互碰撞的瞬间之外，不 存在相互作用，可看作是相互独立运动硬 球，且硬球的半径远小于球与球之间的距 离。
在一般的温度和压力条件下，所有气体可 看作理想气体。
In a solid, a metal for example, the particles are atoms, arranged in an orderly array. The atoms are relatively close to one another, and the motion of each atom is restricted by its interaction with other atoms.
⑤薄膜电阻、薄膜电容、薄膜阻容网络与混合集成电路
HyBiblioteka Baidurid IC
⑥ 薄膜太阳能电池 非晶硅、CuInSe2和CdSe薄膜太阳电池。
Copper-indium-diselenide (CuInSe2, or CIS) Thin-film material with efficiency of up to 17%. The material is promising, yet not widely used due to production specific procedures.
⑵光学薄膜 减反射膜、反射膜、分光镜、滤光片； 照明光源所用的反热镜与冷光镜薄膜； 建筑物、汽车等交通工具所用的镀膜玻璃； 激光唱片与光盘中的光存储薄膜； 集成光学元件所用的介质薄膜与半导体薄膜。
ANTI-REFLECTION CHART
three layers
⑶硬质膜、耐蚀膜、润滑膜 ⑷有机分子薄膜 ⑸装饰膜 ⑹包装膜
④ 薄膜敏感元件与固态传感器 薄膜可燃气体传感器、薄膜氧敏传感器、薄膜应变
电阻与压力传感器、薄膜热敏电阻和薄膜离子敏传感 器等。
Thin Film Pressure Sensor
Diamond Thin Film UV sensor
Schematic of fiber optic cable with chemochromic hydrogen sensor deposited on end.
⑧ 用ZnO、AlN等薄膜制成的声表面波滤波器。 ⑨ 磁记录薄膜与薄膜磁头
高质量和录象的磁性材料薄膜录音带与录象带； 计算机数据存储的CoCrTa、CoCrNi等的薄膜软盘 和 硬盘； 垂直磁记录中FeSiAl薄膜磁头等。 ⑩ 静电复印鼓用Se-Te、SeTeAs合金薄膜及非晶硅薄 膜。
铁电存储器
⑦ 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。
OLED Displays: Better Than Plasma Or LCD
(2)器件的微小型化不仅可以保持器件原有 的功能并使之更加强化，而且随着器件的尺寸 减小并接近了电子或其他粒子量子化运动的微 观尺度，薄膜材料或其器件将显示出许多全新 的物理现象。薄膜技术作为器件微型化的关键 技术，是制备这类具有新型功能器件的有效手 段。
薄膜材料科学成为材料科学中发展最迅速分支 的原因：
薄膜材料往往具有特殊的材料性能或性能组合。
薄膜材料科学成为材料科学中发展最迅速分支 的原因：
(1)现代科学技术的发展，特别是微电子技 术的发展，过去需要众多材料组合才能实现的 功能，现在仅仅需要少数几个器件或一块集成 电路板就可以完成。薄膜技术正是实现器件和 系统微型化的最有效的技术手段。
薄膜材料科学成为材料科学中发展最迅速分支 的原因：
刀具表面氮化物、氧化物、碳化物镀膜
薄膜材料学涉及的内容： (1)薄膜材料的制备手段； (2)薄膜材料的形核与生长理论； (3)薄膜材料的表征技术； (4)薄膜材料的体系、性能及应用。
• High performance Nano-FETs • Nano-Optoelectronic Devices • Photodetectors • Nano LEDs • Sensors • Solar cell
(3) 薄膜技术作为材料制备的有效手段，可 以将各种不同材料灵活地复合在一起，构成具 有优异特性的复杂材料体系，发挥每种材料各 自的优势，避免单一材料的局限性．薄膜材料 学在科学技术以及国民经济的各个领域发挥着 越来越大的作用。
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
SiGe：H、a-SiC：H、a-SiN：H、a-Si/a-SiC等一 系列晶态与非晶态超晶格薄膜。
C-V Characteristics of GaAs/AlGaAs Superlattice Structure showing capacitance Oscillations Associated with charge accumulation due to the sequential tunneling of electrons.
《薄膜材料制备原理、技术及应用》 唐伟忠，冶金工业出版社
《薄膜物理与技术》 杨邦朝，电子科技大学出版社
《薄膜物理与技术》 陈国平，东南大学出版社
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。
薄膜材料是采用特殊的方法，在体材料的表面沉 积或制备的一层性质与体材料性质完全不同的物质 层。
Al、Cr、Pt、Au、多晶硅、硅化物薄膜； SiO2、Si3N4、Ta2O5、SiOF薄膜。
② 超导薄膜 YbaCuO系高温超导薄膜； BiSrCaCuO系高温超导薄膜； TiBaCuO系高温超导薄膜。
YBa2Cu3O7-x Film
③ 光电子器件中使用的功能薄膜 GaAs/GaAlAs、HgTe/CdTe、a-Si：H、A-
第一章 薄膜制备的真空技术基础
1.1 气体分子运动论的基本概念 1.1.1气体分子的运动速度及其分布 气体分子运动论：
气体分子一直处无规热运动； 平均运动速度取决于温度； 分子之间和分子与器壁之间相互碰撞。 结果：气体分子的速度服从一定统计分
布,气体本身对外显压力。
理想气体气体模型：
气体分子之间除相互碰撞的瞬间之外，不 存在相互作用，可看作是相互独立运动硬 球，且硬球的半径远小于球与球之间的距 离。
在一般的温度和压力条件下，所有气体可 看作理想气体。
In a solid, a metal for example, the particles are atoms, arranged in an orderly array. The atoms are relatively close to one another, and the motion of each atom is restricted by its interaction with other atoms.
⑤薄膜电阻、薄膜电容、薄膜阻容网络与混合集成电路
HyBiblioteka Baidurid IC
⑥ 薄膜太阳能电池 非晶硅、CuInSe2和CdSe薄膜太阳电池。
Copper-indium-diselenide (CuInSe2, or CIS) Thin-film material with efficiency of up to 17%. The material is promising, yet not widely used due to production specific procedures.
⑵光学薄膜 减反射膜、反射膜、分光镜、滤光片； 照明光源所用的反热镜与冷光镜薄膜； 建筑物、汽车等交通工具所用的镀膜玻璃； 激光唱片与光盘中的光存储薄膜； 集成光学元件所用的介质薄膜与半导体薄膜。
ANTI-REFLECTION CHART
three layers
⑶硬质膜、耐蚀膜、润滑膜 ⑷有机分子薄膜 ⑸装饰膜 ⑹包装膜
④ 薄膜敏感元件与固态传感器 薄膜可燃气体传感器、薄膜氧敏传感器、薄膜应变
电阻与压力传感器、薄膜热敏电阻和薄膜离子敏传感 器等。
Thin Film Pressure Sensor
Diamond Thin Film UV sensor
Schematic of fiber optic cable with chemochromic hydrogen sensor deposited on end.
⑧ 用ZnO、AlN等薄膜制成的声表面波滤波器。 ⑨ 磁记录薄膜与薄膜磁头
高质量和录象的磁性材料薄膜录音带与录象带； 计算机数据存储的CoCrTa、CoCrNi等的薄膜软盘 和 硬盘； 垂直磁记录中FeSiAl薄膜磁头等。 ⑩ 静电复印鼓用Se-Te、SeTeAs合金薄膜及非晶硅薄 膜。
铁电存储器
⑦ 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。
OLED Displays: Better Than Plasma Or LCD
(2)器件的微小型化不仅可以保持器件原有 的功能并使之更加强化，而且随着器件的尺寸 减小并接近了电子或其他粒子量子化运动的微 观尺度，薄膜材料或其器件将显示出许多全新 的物理现象。薄膜技术作为器件微型化的关键 技术，是制备这类具有新型功能器件的有效手 段。
薄膜材料科学成为材料科学中发展最迅速分支 的原因：
薄膜材料往往具有特殊的材料性能或性能组合。
薄膜材料科学成为材料科学中发展最迅速分支 的原因：
(1)现代科学技术的发展，特别是微电子技 术的发展，过去需要众多材料组合才能实现的 功能，现在仅仅需要少数几个器件或一块集成 电路板就可以完成。薄膜技术正是实现器件和 系统微型化的最有效的技术手段。
薄膜材料科学成为材料科学中发展最迅速分支 的原因：
刀具表面氮化物、氧化物、碳化物镀膜
薄膜材料学涉及的内容： (1)薄膜材料的制备手段； (2)薄膜材料的形核与生长理论； (3)薄膜材料的表征技术； (4)薄膜材料的体系、性能及应用。
• High performance Nano-FETs • Nano-Optoelectronic Devices • Photodetectors • Nano LEDs • Sensors • Solar cell
(3) 薄膜技术作为材料制备的有效手段，可 以将各种不同材料灵活地复合在一起，构成具 有优异特性的复杂材料体系，发挥每种材料各 自的优势，避免单一材料的局限性．薄膜材料 学在科学技术以及国民经济的各个领域发挥着 越来越大的作用。
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
SiGe：H、a-SiC：H、a-SiN：H、a-Si/a-SiC等一 系列晶态与非晶态超晶格薄膜。
C-V Characteristics of GaAs/AlGaAs Superlattice Structure showing capacitance Oscillations Associated with charge accumulation due to the sequential tunneling of electrons.