介质薄膜的性质,半导体薄膜的性质
薄膜的基本性质
电介质膜
• 电介质多数是化合物，由它们制备的薄膜是作为
绝缘体使用的，但其中包含的缺陷比金属膜要多 得多，且组成成分得差异也很大，因此，在多数 场合下，绝缘性和介电特性都比整块材料要差。 为了除去这些缺陷，在薄膜制成之后，需要进行 热处理。 从制法上来说，溅射方法容易得到电介质膜。将 电介质直接进行溅射时，可得到100～200nm/s的 电介质直接进行溅射时，可得到100～200nm/s的 沉积速率。也可以利用其它的反应性溅射来制造 电介质膜。
电子必须以某种方法通过微晶体之间的空间，因此，在膜 电子必须以某种方法通过微晶体之间的空间，因此， 层较薄时，电阻率是非常大的。当膜厚增加达到数百埃， 层较薄时，电阻率是非常大的。当膜厚增加达到数百埃， 电阻率就会急剧地减小；但是， 电阻率就会急剧地减小；但是，因晶粒界面的接触电阻起 很大的作用，所以和整块材料时相比， 很大的作用，所以和整块材料时相比，电阻率还是要大的 晶粒界面上会吸附气体，发生氧化， 多。晶粒界面上会吸附气体，发生氧化，当这些地方为半 导体时，甚至会出现随温度的升高电阻减小的情况。 导体时，甚至会出现随温度的升高电阻减小的情况。 单晶膜是在高温下生成的，没有晶粒界面的问题， 单晶膜是在高温下生成的，没有晶粒界面的问题，所以一 般说来电阻率小些。如果蒸镀和溅射比较， 般说来电阻率小些。如果蒸镀和溅射比较，溅射的膜由于 核的密度较高，电阻率也较小些。 核的密度较高，电阻率也较小些。
• （3）空位的消除 • 在薄膜中经常含有许多晶格缺陷，其中空位和孔隙等缺陷经 在薄膜中经常含有许多晶格缺陷，
过热退火处理，原子在表面扩散时消灭这些缺陷可使体积发 过热退火处理， 生收缩，从而形成拉应力性质的内应力。 生收缩，从而形成拉应力性质的内应力。
• （4）界面失配 • 当薄膜材料的晶格结构与基体材料的晶格结构不同时，薄膜 当薄膜材料的晶格结构与基体材料的晶格结构不同时，
薄膜物理与技术
薄膜物理与技术Physics and Technology of Thin Films课程编号：07370110学分：2学时：30（其中：讲课学时： 30 实验学时：0 上机学时：0）先修课程：大学物理，普通化学适用专业：无机非金属材料工程（光电材料与器件）教材：《薄膜物理与技术》，杨邦朝，王文生主编，电子科技大学出版社，1994年1月第1版开课学院：材料科学与工程学院一．课程的性质与任务薄膜科学是现代材料科学中及其重要且发展非常迅速的一个分支，已成为微电子学、固体发光、光电子学等新兴交叉学科的材料基础，同时薄膜科学研究成果转化为生产力的速度愈来愈快，国内外对从事薄膜研发和生产的人才需求也日益强劲。
本门课程就是为适应学科发展，学生适应市场需求而设置的专业课程。
课程的基本任务是：1、基本掌握各种成膜技术的基本原理和方法；2、了解并初步掌握薄膜的形成、结构与缺陷，薄膜的电学、力学、半导体、磁学等物理性质。
二．课程的基本内容及要求第一章真空技术基础1、教学内容（1）真空的基本知识（2）稀薄气体的基本性质（3）真空的获得及测量2、教学要求理解真空的基本知识和稀薄气体的基本性质，掌握真空的获得、主要手段和真空度策略方法，了解实用真空系统。
第二章真空蒸发镀膜1、教学内容（1）真空蒸发原理（2）蒸发源的蒸发特性及膜厚分布（3）蒸发源的类型（4）合金及化合物的蒸发（5）膜厚和沉积速率的测量与监控2、教学要求掌握真空蒸发原理，掌握真空镀膜的特点和蒸发过程，理解饱和蒸汽压和蒸发源的发射特性，熟练掌握蒸发速率、薄膜厚度的测量和控制，了解蒸发镀膜的常用方法（电阻加热和电子束加热），了解合金膜及化合物摸的蒸镀。
第三章溅射镀膜1、教学内容（1）溅射镀膜的特点和基本原理（2）溅射镀膜的类型2、教学要求掌握溅射镀膜的基本原理和特点，理解表征溅射特性的参量及其影响因素，了解溅射机理及溅射镀膜的各种类型第四章离子镀膜1、教学内容（1）离子镀的原理和特点（2）离子轰击的作用（3）离子镀的类型2、教学要求掌握离子镀的基本原理和特点，理解离子轰击的作用，了解离子镀的类型。
薄膜的制备及其特性测试
图1 双靶反应磁控溅射原理图 如图，双靶法同时安装两块靶材互为阴阳极进行轮回溅射镀膜 如图，
1.4、射频反应磁控溅射 1.4、
在一定气压下，在阴阳极之间施加交流电压，当其频率 增高到射频频率时即可产生稳定的射频辉光放电。射频辉光 放电在辉光放电空间中电子震荡足以产生电离碰撞的能量， 所以减小了放电对二次电子的依赖，并且能有效降低击穿电 压。射频电压可以穿过任何种类的阻抗，所以电极就不再要 求是导电体，可以溅射任何材料，因此射频辉光放电广泛用 于介质的溅射。频率在5～30MHz都称为射频频率。
透光率是透明薄膜的一项非常重要的光学性能指标， 透光率是透明薄膜的一项非常重要的光学性能指标，透光 率是指以透过材料的光通量与入射的光通量之比的百分数表示， 率是指以透过材料的光通量与入射的光通量之比的百分数表示，在 测试中采用相对测量原理，将通过透明薄膜的光通量记为T2 T2， 测试中采用相对测量原理，将通过透明薄膜的光通量记为T2，在没 有放入透明薄膜的光通量记为T1 那么薄膜的透光率为： T1， 有放入透明薄膜的光通量记为T1，那么薄膜的透光率为： Tt =T2/T1⊆ 其中，T1，T2均为测量相对值 均为测量相对值） =T2/T1⊆100% （其中，T1，T2均为测量相对值） 一般用来测量透过率的仪器有透过率雾度测试仪和分光光 度计法， 度计法，其原理图分别如下
1.5、化学气相沉积(CVD)法 (CVD) 1.5、化学气相沉积(CVD)法
化学气相沉积是一种化学气相生长法，简称CVD(Chemical V apor Deposition)技术。这种技术是把含有构成薄膜元素的一种 或几种化合物质气体供给基片，利用加热等离子体、紫外光乃至 激光等能源，借助气体在基片表面的化学反应(热分解或化学合 成)生成要求的薄膜。例如下图是利用化学气相沉淀法制备ITO的 原理结构图
薄膜物理与技术-绪论
液相外延生长
溶液生长法
将基底浸入含有所需材料的溶液 中，通过控制溶液浓度、温度等 因素，使材料在基底表面外延生 长形成薄膜。
溶胶凝胶法
利用前驱体溶液在基底表面进行 水解、缩聚等化学反应，形成凝 胶态薄膜，再经过热处理等后处 理形成固态薄膜。
04
薄膜特性与性能
力学性能
弹性模量
描述薄膜在受力时抵抗弹性变 形的能力，是材料刚度的度量
介电常数
衡量电场作用下，介质中电位移与电场强度 之比的虚部，与电容、电场能量有关。
热电效应
当温度梯度存在时，薄膜中产生电动势的现 象，与热能转换为电能有关。
光学性能
反射、折射与散射
描述光波通过薄膜时的行为，包括光 的传播方向和强度的变化。
吸收光谱
描述光波通过薄膜时被吸收的特性， 与光的频率和薄膜的组成有关。
例如，在显示器中，通过在玻璃基板表面蒸镀不同材质和厚 度的薄膜，可以形成多层结构，控制光的反射和透射，从而 实现高清晰度和高亮度的显示效果。
能源与环境领域
薄膜技术在能源与环境领域也具有广泛的应用。薄膜材料 在太阳能电池、燃料电池、环境监测和治理等领域中发挥 着重要作用。通过改进薄膜材料的性能，可以提高能源利 用效率和环境质量。
02
薄膜物理基础
原子结构与电子状态
原子结构
原子由原子核和核外电子组成，原子 核由质子和中子组成。原子的电子状 态由主量子数、角量子数和磁量子数 决定。
电子状态
电子在原子中的状态可以用电子云、 能级和电子自旋等描述。电子的跃迁 和能量吸收、发射与物质的光学、电 学和热学性质密切相关。
晶体结构与缺陷
薄膜物理与技术-绪论
目录
• 薄膜的定义与分类 • 薄膜物理基础 • 薄膜制备技术 • 薄膜特性与性能 • 薄膜应用领域
薄膜材料
薄膜材料：1、金属薄膜金属薄膜具有反射率高，截止带宽、中性好，偏振效应小的特点。
复折射率n-ik n折射率，k消光系数。
垂直入射时，R=((1-(n-ik))/(1+(n-ik))2=((1-n)2+k2)/((1+n)2+k2)倾斜入射时，下面介绍几种最常用的金属膜特性。
（1）Al唯一从紫外（0.2mm)到红外（30mm）具有很高反射率的材料，在大约波长0.85mm处反射率出现一极小值，其反射率为86％。
铝膜对基板的附着力比较强，机械强度和化学稳定性也比较好，广泛用作反射膜。
新淀积的Al膜暴露在大气中后，薄膜立即形成一层非晶的高透明Al2O3膜，短时间内氧化物迅速生长到15～20A0。
在紫外区一般采用MgF2膜作为保护膜，可见区采用SiO作为初始材料，蒸发得到以Si2O3为主的SiOx 膜作为Al保护膜。
制备条件：高纯镀的Al（99.99％）；在高真空中快速蒸发（50～100nm/s）；基板温度低于50℃。
（2）Ag银适用于可见区和红外区波段，具有很高的反射率。
可见区的反射率可以达到95％，红外区反射率99％，紫外区反射率很低。
Ag层需加保护膜，Al2O3与Ag有很高的附着力，SiOx具有极强的保护性能，所以常用结构为G|Al2O3-Ag-Al2O3-SiOx|A Al2O3膜层厚度为20～40nm，SiOx膜补足设计波长的二分之一。
制备条件：高真空、快速蒸发和低的基板温度。
（3）金Au在红外波段内具有几乎和银差不多的反射率，用作红外反射镜，金膜新蒸发时，薄层较软，大约一周后，金膜硬度趋于稳定，膜层牢固度也趋于稳定。
制备条件：高真空，蒸发速率30～50A/s，基板温度100～150℃。
需要在基板先打底，以Cr或Ti膜作底层。
常用Bi2O3，ThF4等作保护膜，以提高强度。
（4）铬CrCr膜在可见区具有很好的中性，膜层非常牢固，常用作中性衰减膜。
制备条件：真空度在1×10-2～2×10-4Pa，淀积速率95～300A/s。
薄膜物理与技术
将气体在电场的作用下离化，形成离子束或等离子体，然后轰击材 料表面，使其原子或分子沉积在基底表面形成薄膜。
化学气相沉积（CVD）
常压化学气相沉积（APCVD）
在常压下，将反应气体在气相中发生化学反应，生成固态物质并沉积在基底表面形成薄膜 。
低压化学气相沉积（LPCVD）
在较低的压力下，将反应气体在气相中发生化学反应，生成固态物质并沉积在基底表面形 成薄膜。
等离子体增强化学气相沉积（PECVD）
利用等离子体激活反应气体，使其发生化学反应，生成固态物质并沉积在基底表面形成薄 膜。
液相外延（LPE）
溶胶-凝胶法
将金属盐溶液通过脱水、聚合 等过程转化为凝胶，然后在一
定条件下转化为薄膜。
化学镀
利用化学反应在基底表面沉积 金属或合金薄膜。
电镀
利用电解原理在基底表面沉积 金属或合金薄膜。
薄膜的特性与性能参数
特性
薄膜具有一些独特的物理和化学特性， 如高表面面积、高纯度、高密度等， 这些特性使得薄膜在电子、光学、磁 学等领域具有广泛的应用前景。
性能参数
评估薄膜性能的参数包括表面粗糙度、 透光性、导电性、硬度等，这些参数 决定了薄膜在不同领域的应用效果。
薄膜的形成与生长机制
形成
薄膜的形成通常是通过物理或化学方法将物质蒸发或溅射到基材表面，然后凝 结或反应形成薄膜。
涉及其他非主要性能的表征，如化学稳定性、热稳定性等。
详细描述
除了光学、力学和电学性能表征外，还有其他一些非主要性能的表征方法，如化学稳定 性表征和热稳定性表征等。这些性能参数对于评估薄膜在不同环境条件下的稳定性和耐 久性具有重要意义，尤其在化学反应容器制造和高温环境应用等领域中具有重要价值。
《介质薄膜》课件
技术进步：新材料、新工艺的不断涌现，推动介质薄膜性能提升 应用领域：在电子、光学、生物等领域的应用不断拓展 市场规模：随着市场需求的不断增长，市场规模将持续扩大 环保要求：环保法规的日益严格，推动介质薄膜向环保方向发展
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汇报人：
折射率：描述介质薄膜对光的折射能力
色散：描述介质薄膜对不同波长光的折 射能力差异
光致变色：描述介质薄膜在光照条件下 的颜色变化特性
电阻率：衡量介质薄膜的导电性能 电容率：衡量介质薄膜的储能性能 电导率：衡量介质薄膜的导热性能 介电常数：衡量介质薄膜的绝缘性能
拉伸强度：衡量薄膜在拉伸作用下的抵抗能力 弯曲强度：衡量薄膜在弯曲作用下的抵抗能力 冲击强度：衡量薄膜在冲击作用下的抵抗能力 硬度：衡量薄膜的硬度和耐磨性 热变形温度：衡量薄膜在高温下的变形能力 热膨胀系数：衡量薄膜在温度变化下的尺寸变化能力
化学气相沉积法（CVD）：通过化学反 应在基底上沉积薄膜
物理气相沉积法（PVD）：通过物理过 程在基底上沉积薄膜
溶液法：通过溶ห้องสมุดไป่ตู้在基底上沉积薄膜
电泳法：通过电场在基底上沉积薄膜
激光烧蚀法：通过激光烧蚀在基底上沉 积薄膜
离子注入法：通过离子注入在基底上沉 积薄膜
介质薄膜的性能表 征
反射率：描述介质薄膜对光的反射能力 透射率：描述介质薄膜对光的透射能力 吸收率：描述介质薄膜对光的吸收能力
介质薄膜的制备方 法
原理：利用高 能粒子轰击靶 材，使其表面 原子或分子逸 出并沉积在基
底上
特点：沉积速 率快，薄膜质 量高，可制备
多种材料
应用：广泛应 用于半导体、 太阳能电池、 光学薄膜等领
域
优点：可精确 控制薄膜厚度 和成分，易于 实现大面积均
[课件](讲义1)薄膜物理与技术PPT
薄膜物理与技术PPT](https://img.taocdn.com/s3/m/0fb96d25eff9aef8941e06b4.png)
主要参考书
薄膜物理与器件. 肖定全、朱建国、朱基亮等，国防工业 出版社 (2011-05) 半导体薄膜技术与物理. 叶志镇、吕建国、吕斌，浙江大 学出版社 (2008-09) 薄膜物理与技术. 杨邦朝、王文生，电子科技大学出版社 (2006-09) 薄膜材料制备原理、技术及应用. 唐伟忠，冶金工业出版 社(2003-01) 薄膜科学与技术手册. 田民波、刘德令，机械工业出版社， (1991) Internet
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按薄膜厚度和晶体结构
• 超薄膜 • 二维纳米薄膜 • 薄膜 • 厚膜 • 单晶薄膜 • 多晶薄膜 • 非晶薄膜/微晶 • 纳米晶薄膜
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~ 10 nm < 100 nm < 10 µ m 10 ~ 100 µ m
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四、薄膜的历史
1000多年前，阿拉伯人发明了电镀 7世纪，溶液镀银工艺 19世纪中，电解法、化学反应法、真空蒸镀法等 20世纪以来，学术和实际应用中取得丰硕成果，溅射法 近年来，Sol-Gel法、激光闪蒸法……
1. 2. 2. 3. 4. 5.
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按照材料特性（按σ，ε，u）
按电导率（ σ ）分有： 金属薄膜 半导体薄膜 绝缘体薄膜 超导体薄膜 光电薄膜 … 按（ ε ）分有： 介质薄膜
铁电薄膜
压电薄膜 热电薄膜
按导磁率（ u ）分有： 磁性薄膜 非磁性薄膜
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薄膜科学包括：
（1） 薄膜制造技术—— 气相沉积生长法（PVD、CVD…） 氧化生长法 Sol-gel法 电镀（电解）法 … （2）薄膜的形成（生长）—— 从气相原子凝结→形成晶核→核长 大 →网状结构（不连续性）→成膜（连续性）
基本薄膜材料范文
基本薄膜材料范文基本薄膜材料是一种非常薄的材料，通常厚度在纳米至微米的范围内。
它们广泛应用于电子设备、太阳能电池、可穿戴设备和医疗器械等领域。
基本薄膜材料具有很多优点，如轻质、柔韧、透明和高电导性等。
本文将介绍几种常见的基本薄膜材料。
1.氧化物薄膜材料：氧化物薄膜材料具有优异的电学、光学和磁学性质，在电子器件和能源转换领域具有广泛应用。
其中，氧化钇铈薄膜用于固态氧化物燃料电池，氧化锆薄膜用于陶瓷涂层，氧化铝薄膜用于绝缘材料。
2.碳化物薄膜材料：碳化物薄膜材料具有良好的机械性能和热传导性能，在涂层保护、陶瓷刀具和导热材料等领域有广泛应用。
其中，碳化硅薄膜用于涂层保护和光学镀膜，碳化钨薄膜用于硬质合金刀具。
3.金属薄膜材料：金属薄膜材料具有良好的导电性和热传导性，在电子器件、太阳能电池和导热界面材料等领域广泛应用。
其中，铜薄膜用于电子线路和导热材料，铝薄膜用于光学反射镜和电容器。
4.半导体薄膜材料：半导体薄膜材料具有特殊的电子能带结构和电学性质，在光电子学、光伏和集成电路等领域有广泛应用。
其中，硅薄膜用于太阳能电池和集成电路，化合物半导体薄膜材料如氮化物和磷化物用于光电子器件和激光器。
5.无机玻璃薄膜材料：无机玻璃薄膜材料具有很高的化学稳定性和光学透明性，在光学涂层、显示器件和光纤通信等领域广泛应用。
其中，氧化硅薄膜用于光学涂层和显示器件，氮化硅薄膜用于光纤通信。
6.有机薄膜材料：有机薄膜材料具有柔韧性、可塑性和可加工性等特点，在平板显示器、太阳能电池和柔性电子等领域有广泛应用。
其中，聚合物薄膜用于柔性显示器和太阳能电池，有机小分子薄膜用于有机发光二极管。
基本薄膜材料具有不同的特性和应用领域，其制备方法也存在差异。
一般来说，薄膜制备方法可分为物理气相沉积、化学气相沉积和溶液法等。
物理气相沉积包括蒸发、激光蒸发、磁控溅射和分子束外延等方法；化学气相沉积包括化学气相沉积和气相热解等方法；溶液法则包括旋涂、喷涂、浸渍和印刷等方法。
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。
介质层 半导体
介质层半导体
介质层是用于分隔或保护某些材料的薄膜或薄层，其本身并非材料的一部分。
半导体是一种材料，其导电性介于导体和绝缘体之间。
在半导体中，电子不是完全被束缚在原子周围，这使得半导体具有一些特殊的电学和光学性质。
介质层和半导体在电子设备和器件中有广泛的应用。
例如，在集成电路中，介质层可以作为绝缘层或隔离层，防止不同部分之间的短路。
而半导体则常用于制造电子器件，如晶体管、太阳能电池和集成电路等。
总的来说，介质层和半导体在电子科技领域都有重要的应用，但它们的功能和性质有所不同。
导体和半导体的区别如下：
本质不同：导体是指电阻率很小且易于传导电流的物质。
在导体中存在大量可自由移动的带电粒子称为载流子。
在外电场的作用下，载流子作定向运动，形成明显电流；半导体是指在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。
半导体导电有两种载流子（自由电子和空穴均参与导电，自由电
子和空穴一起出现，数目相等，所带电荷极性不同，故运动方向相反，其中空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特点）。
应用不同：导体在集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明、大功率电源转换等领域都有应用；半导体在电子、通信、自动控制等领域都有应用。
薄膜物理与技术-7 薄膜的物理性质--(1) 薄膜的力学性质
解决方法：基片清洗→去掉污染层（吸附层使基片 表面的化学键饱和，从而薄膜的附着力差）→提高 附着性能。
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
②提高基片温度 提高温度,有利于薄膜和基片之间原子的相互扩散 →扩散附着有利于加速化学反应形成中间层 →中间层附着 须注意：T↑→薄膜晶粒大→热应力↑→其它性能变
薄膜物理与技术
第七章 薄膜的物理性质
宋春元 材料科学与工程学院
第七章 薄膜的物理性质
概述
由于薄膜材料的不同，各种薄膜(如金属膜、 介质膜、半导体膜等)都有各自不同的性质。了解 薄膜的力学、电学、光学、热学及磁学性质， 对薄膜的应用有着十分重要的意义。
第七章 薄膜的物理性质
7.1 7.2 7.3 7.4 7.5
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 薄膜附着的类型
薄膜的附着可分为四种类型： （a）简单附着 （b）扩散附着 （c）通过中间层附着 （d）宏观效应附着等。
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
附着的四种类型示意图(图7-1)
简单附着
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--内应力的成因
(相转移效应
在薄膜形成过程中发生的相转移是从气相到固相 的转移。在相转移时一般都发生体积的变化。这是形 成内应力的一个原因。 Ga膜在从液相到固相转移时体积发生膨胀，形成 的内应力是压缩应力。 Sb（锑）膜在常温下形成时为非晶态薄膜。当厚 度超过某一个临界值时便发生晶化。这时体积发生收 缩，形成的内应力为张应力。
微电子封装中的薄膜技术
浆料
浆料应具有良好的 离版性能、适度的 粘度特性。
与厚膜相比,薄膜的特点:
1、厚膜是由金属粉末烧结而成,厚度在1微米以上,薄膜 是由原子或原子团簇一层一层堆积而成,厚度在1微
米以下;
2、互连线可以做得更精细，具有更高的集成度 3、成膜更致密，互连线电导率更高，损耗更小
4、容易刻蚀，形成图形容易
5、节约材料,降低成本 薄膜的问题: 1、要形成原子级的有序堆积，成膜设备昂贵 2、薄膜更容易被腐蚀，更容易受到机械损伤 3、与基板的附着力比用烧结法形成的厚膜差 4、成膜过程中的原子原子团簇比粉末更容易被氧化， 因此对成膜材料的抗氧化性和成膜环境要求更 5、更容易发生迁移现象。
一些主要的厚膜导体：
Ag-Pd； Ag中添加Pd，当Pd/(Pd＋Ag)>0.1左右时即产生效果。 Ag/Pd比一般控制在（2.5:1）~（4.0:1）。 Ag/Pd比与厚膜的电阻值及耐焊料浸蚀关系如下图1：
为提高Ag-Pd导体的焊接浸润性，以及导体与基板的结合 强度，需要添加Bi2O3。烧制时，部分Bi2O3溶入玻璃与Al2O3 发生化学反应，随Bi离子含量的增加，膜的结合强度增大。
③ ④
金属与半导体的集合部位不形成势垒; 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。
材料的种类和性质
除了半导体和料，应具有以下特性：
2. 厚膜电阻材料
到目前为止，以发表各类电阻体浆料多以PdAg、Ti2O3，添加Ta的SnO，碳黑，RuO2， MoO3等为主导电成分，经大气中燃烧成各 种各样的厚膜电阻体。目前使用最多的是 RuO2系，它的组成单纯而稳定。 伴随着高热导基板的开发，在N2中烧成用的 LaB6，SnO2系还有各类硅化物系等电阻体也 先后发表。
薄膜物理与技术
太阳能电池有以下几类： 硅基太阳能电池(单晶/多晶/非晶)(24.7%) ；化合物太阳能电池(砷化镓/硫化镉/碲化镉/铜铟硒等)； 有机薄膜太阳能电池 (酞青类化合物/导电聚合物等)； 纳米薄膜太阳能电池(纳米TiO2) 。
第五章 薄膜的性质
了解薄膜的一些力、电、半导体、磁特性，及这些特性的使用价值。薄膜的力学、电学性质，及半导体、磁性、超导薄膜的特性及薄膜的应用。了解薄膜的一些力、电、半导体、磁特性，及这些特性的使用价值。 重点： 力，电性质，薄膜应用。薄膜材料以其独特的性质为促进器件微型化、集成化发挥了重要作用。薄膜制作作为一种极其重要的材料制作关键技术是现代大学本科生必须了解的基础知识。
镜面镀膜有三层：外层防污膜是防灰尘和油渍；中层防反射膜，是提高镜片光线通过率。 内层加硬膜是防止镜片磨损、刮花。
2.、太阳能薄膜技术
1973年世界爆发了第一次能源危机，使人们清醒地认识到地球上化石能源储藏及供给的有限性，客观上要求人们必须寻找其它可替代的能源技术，改变现有的以使用单一化石能源为基础的能源供给结构。为此，以美国为首的西方发达国家纷纷投入大量人力、物力和财力支持太阳电池的研究和发展，同时在以亟待解决的与化石能源燃烧有关的大气污染、温室效应等环境问题的促使下，在全世界范围内掀起了开发利用太阳能的热潮，也由此拉开了太阳电池发电的序幕。
薄膜技术与薄膜材料之所以受到人们的关注，主要基于下面几个理由：
（1）薄膜材料是典型的二维材料，即在两个尺度上较大，而在第三个尺度上很小。
几种新型薄膜材料及应用
在居里点附近铁电体的介电性质、弹性性质、光 学性质和热学性质等，都要出现反常现象，即具 有临界特性。在Tc时，介电系数、压电系数、弹 性柔顺系数、比热和线性电光系数急剧增大。例 如：大多数铁电晶体，在Tc时介电常数可达104～ 105，这种现象称为铁电体在临界温度附近的 “介电反常”。
.
当 －温外度斯高 定于 律T(Cc时ur，ie介-W电e系iss数L与aw温)度：的关系服从居里
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5.3.1 透明导电薄膜的种类与特性
透明导电膜分为：金属薄膜、半导体薄膜、复合膜和 高分子电介质膜等，其薄膜的构成、导电性以及透明 度见表5-2。 可Cd形2S成nO导4电、层Au的、材Pd料等有。SnO2、In2O3、In2O3-SnO2、 金属薄膜中由于存在着自由电子，因此即使很薄的膜 仍呈现出很好的导电性，若选择其中对可见光吸收小 的物质就可得到透明导电膜。金属薄膜系列虽然导电 性好，但是透明性稍差。 半导体薄膜系列以及高分子电介质系列恰恰相反：导 电性差，透明度好。 多层膜系列的导电性与透明度都很好。
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④溅射法
锡掺杂的In2O3(tin-doped indium oxide，简 称ITO)薄膜是一种n型半导体材料，它具有 较宽的带隙（3.5eV～4.3eV）， 较高的载 流子密度（1021cm-3）。另外，ITO薄膜还 具有许多其它优异的物理、化学性能，例 如高的可见光透过率和电导率，与大部分 衬底具有良好的附着性，较强的硬度以及 良好的抗酸、碱及有机溶剂能力。因此， ITO薄膜被广泛应用于各种光电器件中，如 LCDs(Liquid Crystal Display)、太阳能电池、 能量转换窗口、固态传感器和CRTs。
⑴溅射法 ⑵MOCVD技术 ⑶Sol-Gel法 ⑷PLD法
薄膜的性质
原子与原子间的相互作用往往是物理的和化学的作 用交织在一起，而不是单纯的某一种作用，因此， 薄膜对基片的附着常常不是单纯的某一种附着力。
4、附着力 （1）定义 指薄膜以多大的强度附着在基片上。
基准附着力：薄膜与基片完全接触时，在界面处的 结合力。
???1弹性模量薄膜的热胀系数基片的热胀系数薄膜淀积温度测量温度f??fsdfsde?ttett????????????薄膜热应力的表达式为3之热应力为负即为压应力
第九章 薄膜的性质
力学性质 电学性质 介电性质 半导体薄膜性质 其他性质
§9-1 薄膜的力学性质
薄膜的力学性质与其结构密切相关。 薄膜的主要力学性能：
剪切法：与拉伸法相类似，剪一叨法用私结的手段 将薄膜的表面与一块金属板私结在一起。然后， 在平行于薄膜表面的方向上对金属板施加载荷或 扭矩，并测量使薄膜从衬底上剥离所需要的临界 载荷，以作为薄膜附着力的量度。
另外有压痕法（类似于划痕法）、拉倒法（类似于 拉伸法）。
容易形成氧化物的薄膜其附着力则较大
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。
其附着能=分开单位附着面所需做的功 Wfs=Ef+Es-Efs
（Ef—薄膜的表面能，Es—基片的表面能，Efs—薄 膜与基片之间的界面能）
两个相似或相容的表面接触，Efs小，Wfs大，附着牢 两个完全不相似或不相容的表面接触， Efs大，Wfs小
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➢压电性能参数 ✓机电耦合系数κ
✓压电系数d 单位应力作用下产生的极化强度或
者单位电场作用下产生的应变
✓ 机械品质因数Qm 描述压电材料在谐振时机械能
损耗的数量 ✓ 电学品质因数Qe 描无功述电损流失的交变电流能量
有功电流
四、介质薄膜的热释电性质
✓ 具有自发极化的晶体被加热时表面上出现电 荷的现场称为热释电效应。 当给热释电晶体施加电场时，会引起晶体温 度的变化，这称为电卡效应。
➢ 介质薄膜的电导
在测量介质薄膜的电导时，需在介质膜的两面制作电 极，形成金属一介质一金属(MIM)结构，只有在电极 与介质的接触是欧姆接触时，测出的电导才是介质膜 的电导。
1．介质薄膜电导的分类
1)按载流子的性质：可分为离子型电导和电 子型电导。通常两种同时存在。
2)按载流子的来源分，离子电导和电子电导 都有两种来源：一种是来源于介质薄膜本 身的，称本征电导；另一种是由膜中的杂 质和缺陷引起的电导，称为杂质电导或非 本征电导。
出现反常现象。 目前研究较多的铁电薄膜主要是BaTiO3和PbTiO3
9—4 半导体薄膜的性质
➢ 半导体薄膜的发展与半导体器件及集成电路 的发展有着密切的关系，在各种半导体材料 中，半导体薄膜占有非常重要的地位。
➢ 首先得到应用的半导体材料就是半导体薄膜 。(氧化亚铜整流器、锗整流器件)
本节仅就单晶、多晶、非晶和氧化物半导体薄 膜等四种材料的性质作些扼要介绍。
介质薄膜的损耗由三部分构成
✓ 电导损耗。在低频下比较显著。
✓ 弛豫型损耗。与交变电场频率有密切关系， 高频显著。
✓ 非弛豫型损耗。由膜内不均匀性造成，与频 率几乎无关。
三、介质薄膜的压电性质
✓ 带电粒子在应力作用下发生相对位移而极化，在晶体 两端产生符号相反的束缚电荷，电荷密度与应力成线 性关系。这种由于应力作用使表面产生极化电荷的现 象称为正压电效应。
2．介质膜的电导与场强和温度的关系
1)通常在低场强(E<105V／cm)下，离子电导符 合欧姆定律；例如当介质膜用于电子元器件 中作为隔离层或保护层使用时的情况。
2)而在高场强(E>106V／cm)下，电导为非欧姆 性的；例如介质膜用作电容器中的工作介质 时的情况。
3)在一般电场条件下,介质薄膜
的电导率随温度升高而增加。
✓ 热释电晶体要求具有自发极化型，且结构上 没有对称中心。
五、介质薄膜的铁电效应
✓ 铁电体：某些晶体在一定温度范围内具有自发极化， 且这种自发极化方向可以随着电场方向而变化。
✓ 铁电体的特征： ① 具有电滞回线（极化强度P和外电场E间的特定关系
） ②存在一个临界温度，即铁电居里温度 ③其介电性、热学、光学、弹性性质在在临界温度附近
由于极化强弱与介质薄膜中总电荷数以及电 荷间相互作用强弱有关，所以介质薄膜介电 常数与原子序数有关。
介电薄膜的温度系数也是其介电性能的重 要参数。
①
在测量温度系数时必须在介质膜上制备欧姆接触电极 ，构成一个片状电容器。在测量电容器温度系数后再 推求出介加交变电场后，由于电导和极 化方面的原因，必然产生能量损耗，用 损耗角δ的正切值tanδ（%）表示
介质膜的本征击穿
本征击穿由电击穿和热击穿共同作用完成。
✓ 电击穿是介质膜中载流子在临界电场作用下产生电子 倍增而形成的击穿。
✓ 电击穿时电子雪崩式增加，产生大量焦耳热，介质膜 温度迅速上升，介质膜电导随温度上升指数型增加， 进一步导致电流增大，最后造成局部地区产生热分解 、挥发或熔化，促成热击穿。
9.3 介质薄膜的电学性质 9.4 半导体薄膜的性质 9.5 薄膜的其他性质
2015.05.26
9-3 介质薄膜的电学性质
介 质
一、绝缘性质
薄 膜
二、介电性质
电 学
三、压电性质
性 质
四、热释电性质
五、铁电性质
一、介质薄膜的绝缘性质
介质薄膜绝缘性能的研究主要是为了制作薄膜电子 元器件中的绝缘层。对绝缘性能的研究主要是电导和 击穿特性
常见介质膜的击穿场强
对于同一种介质膜，因制造方法不同其击穿场强有 较大的区别，产生这种差异的原因是不同制造方法 在介质薄膜制备过程中产生的针孔、微裂痕、纤维 丝和杂质缺陷等不同。
二、介质薄膜的介电性质
作为薄膜电容器使用时，其电学性质主要研 究的是介电常数和介质损耗。 ➢ 介质薄膜的介电常数 根据极化性质的不同，将介质薄膜分为极化 型介质薄膜和非极化型介质薄膜。
高温下为本征电导，中低温时
不同温度范围激活能不同。
➢介质薄膜的击穿
当施加到薄膜上的电场强度达到某一数值，它便立即 失去绝缘性能，这种现象叫做击穿。 ✓ 从击穿对薄膜造成的影响分类 1）如果击穿电场持续加在薄膜上，将有较大电流通 过将其烧毁，这种击穿成为硬击穿。 2）有些介质膜在击穿时并不烧毁而是长期稳定的工 作维持低阻态，这种膜的击穿成为软击穿。 ✓ 从击穿机理分类 1) 由于外加电场引起的击穿称为本征击穿 2) 因薄膜缺陷引起的击穿称为非本征击穿
生长高品质Si外延薄膜需要考虑的问题：
(1)外延膜厚度均匀性、电阻率的均匀性 外延膜厚度分布均匀性受反应气体流速的影 响。在CVD法制膜过程中：
1）气流速度过快，会形成不稳定的紊流，外延 膜中间厚，边缘薄；
✓ 当晶体受到电场作用时在它的某个方向发生应变，且 应变与场强成线性关系，称为负压电效应。 这两种效应综合在一起称为压电效应。目前应用最多 的压电薄膜有ZnO和AlN
➢压电薄膜的结构
为了产生极化电荷，要求： （1）离子晶体 （2）晶体结构没有对称中心 （3）所选材料各微晶基本上有相同取向 （4）微晶原子排列上要求立方晶结构闪
一、单晶半导体薄膜
1. 硅外延膜 2.SOS(Si on Sapphire)薄膜 3.Ⅱ—Ⅵ族化合物半导体薄膜 4.Ⅲ—Ⅴ族化合物半导体薄膜。
1. 硅外延薄膜
所谓“外延”(epitaxy)就是原子以 单晶形式排列在单晶基体上，使最后 形成的薄膜层的晶格结构恰好是基体 晶格结构的延续(外延)。
硅外延薄膜是通过化学气相沉积 法 ( CVD) 制 造 的 。 厚 度 在 1 m 到 2 0 m之间变化。