薄膜的制备工艺
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光学——增透、反射、减反、光存储、红外
磁学——磁记录和磁头薄膜
声学——声表面波滤波器，如ZnO、Ta2O5 热学——导热、隔热、耐热 机械——硬质、润滑、耐蚀、应变
有机、生物
a
10
1.3薄膜特点
• 表面能级很大 • 薄膜和基片的粘附性 • 薄膜中的内应力 • 异常结构和非理想化学计量比特性 • 量子尺寸效应和界面隧道穿透 • 容易实现多层膜效应
）
):
用热蒸发或电子束、激光束轰击靶材等方式产生气
相物质，在真空中向基片表面沉积形成薄膜的过程
称为物理气相沉积。
真空蒸发（Vacuum evaporation） （蒸发法使物质在真空 下气化后聚集在试样上） 利用物质在高温下的蒸发现象，可以制备各种薄膜。 溅射 Sputtering包括直流溅射(DC sputtering)（一般只能用 于靶材为良导体的溅射）、射频溅射(rf sputtering)、磁控 溅射(magnetron sputtering)、反应溅射(reactive sputtering) 和离子束溅射(ion beam sputtering) 离子镀 Ion plating
生长上。
MOCVD法原理 MOCVD方法是利用运载气携带金属有机物的蒸气进入反应室，受 热分解后沉积到加热的衬底上形成薄膜。它是制备铁电薄膜的一 种湿法工艺。 气源通常为金属的烷基或芳烃基衍生物、醇盐和芳基化合物。
a
18
有机金属化学气相沉积
MOCVD系统的组件可大致分为：反应腔、气体控制及混合系统、
a
11
2.薄膜的制备方法
真空蒸发 Evaperation
PVD 溅射 Sputtering
气
离子镀 Ion plating
相
常压CVD、低压CVD、
法
金属有机物CVD、
CVD 等离子体CVD、
光CVD、热丝CVD
化学镀(CBD)、电镀(ED)、溶胶-凝胶（Sol-
液 Gel）、金属有机物分解（MOD）、液相外
a
7
SAPPHIRE （蓝宝石）
Al2O3
Silicon-On-Sapphire Wafers
a
8
Substrate for III-V Nitride Epitaxy.
a
9
1.2薄膜的分类
电学——超导、导电、半导体、电阻、绝缘、电介质 功能薄膜，如光电、压电、铁电、热释电、 磁敏、热敏、化学敏
a
13
一般，对于制备薄膜的要求，可以归纳如下： ①膜厚均匀； ②膜的成分均匀； ③沉积速率高，生产能力高； ④重复性好； ⑤具有高的材料纯度高，保证化合物的配比； ⑥具有较好的附着力（与基体），较小的内
应力。
a
14
2.1物理气相沉积
(physical vapor
物理气相沉积(physicaldvaepporodsepiotsiiotionn
反应源及废气处理系统。
a
19
MOCVD法的特点
此法的主要优点是：
1)较低的衬底温度； 2)较高的生长速率； 3)精确的组分控制； 4)易获得大面积均匀薄膜； 5)可在非平面底上生长、可直接制备图案器件、
相 延（LPE）、水热法（hydrothermal
法 method）、喷雾热解(spray pyrolysis)、喷 雾水解(spray hydrolysis)、LB膜及自组装
(self-assemble) a
12
真空蒸发
ห้องสมุดไป่ตู้
电阻蒸发、电子束蒸发、高频感应蒸发、 激光烧蚀、闪蒸、多源蒸发、反应蒸发、 分子束外延
a
15
2.2化学气相沉积
(chemical vapor
化学气相沉积:一d定e化p学os配it比io的n反) 应气体，
在特定激活条件下(一般是利用加热、等离 子体和紫外线等各种能源激活气态物质)， 通过气相化学反应生成新的膜层材料沉积 到基片上制取膜层的一种方法。
a
16
• 化学气相沉积，包括低压化学气相沉积（low pressure CVD,LPCVD）、离子增强型气相沉积 （plasma-enhanced CVD,PECVD）常压化学气相 沉积（atmosphere pressure CVD,APCVD）、金属 有机物气相沉积（MOCVD）和微波电子回旋共 振化学气相沉积(Microwave Electron cyclotron
resonance chemical vapor deposition, MW-ECRCVD）等。
• 只要是气相沉积，其基本过程都包括三个步骤；
提供气相镀料；镀料向所镀制的工件（或基片） 输送；镀料沉积在基片上构成膜层。
a
17
2.2.1金属有机化学气相沉积MOCVD
• 又称金属有机气相外延（Metal organic vapor phase epitaxy, MOVPE ），它是利用有机金属热分解进 行气相外延生长的先进技术，目前主要用于化合 物半导体（III－V簇、II－VI簇化合物）薄膜气相
●厚膜(thick film)：由涂覆在基板表面的悬浮液、
膏状物经干燥、煅烧而形成。>10微米
主要方法：丝网印刷(Print)、热喷涂(Spray)
历史：陶瓷表面上釉
a
6
薄膜
厚膜
涂层
说明: 溶胶－凝胶(Sol-Gel)、金属有机物热分解 (MOD)、喷雾热解和喷雾水解等属于薄膜方法，
但从原理上更接近厚膜方法。
薄膜的制备工艺
贾增民 53所
a
1
主要内容
1.什么是薄膜
1.1薄膜的几种定义 1.2 薄膜的分类 1.3 薄膜的特点
a
2
1.什么是薄膜
1.1薄膜的几种定义
① 由单个的 原子、离子、原 子团无规则地入 射到基板表面， 经表面附着、迁 徙、凝结、成核、 核生长等过程而 形成的一薄层固 态物质。
Vacuum Thin Film
溅射
二级溅射、三级/四级溅射、偏压溅射、吸气溅射、反 应溅射、磁控溅射、射频溅射、对向靶溅射、离子束 溅射、中频溅射
离子镀
直流二级型、三级或多阴极型、活性反应型、空心阴 极型、射频离子镀、多弧离子镀、离子束辅助沉积、 离化团簇镀
直流等离子体、射频等离子体
等离子体CVD
脉冲等离子体、微波等离子体
电子回旋共振等离子体
a
Atom
Substrate
3
②夹在两个平行平面间的薄层。
上平面：空气
固体膜、液体膜
下平面：固体表面、液体表面、空气
a
4
• ③ 采用特定的制备方法在基板表面上生长得到的 一薄层固态物质 。
a
5
●薄膜(thin film)：由物理气相沉积(PVD)、化学气 相沉积(CVD)、溶液镀膜法等薄膜技术制备的薄 层。<1微米
磁学——磁记录和磁头薄膜
声学——声表面波滤波器，如ZnO、Ta2O5 热学——导热、隔热、耐热 机械——硬质、润滑、耐蚀、应变
有机、生物
a
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1.3薄膜特点
• 表面能级很大 • 薄膜和基片的粘附性 • 薄膜中的内应力 • 异常结构和非理想化学计量比特性 • 量子尺寸效应和界面隧道穿透 • 容易实现多层膜效应
）
):
用热蒸发或电子束、激光束轰击靶材等方式产生气
相物质，在真空中向基片表面沉积形成薄膜的过程
称为物理气相沉积。
真空蒸发（Vacuum evaporation） （蒸发法使物质在真空 下气化后聚集在试样上） 利用物质在高温下的蒸发现象，可以制备各种薄膜。 溅射 Sputtering包括直流溅射(DC sputtering)（一般只能用 于靶材为良导体的溅射）、射频溅射(rf sputtering)、磁控 溅射(magnetron sputtering)、反应溅射(reactive sputtering) 和离子束溅射(ion beam sputtering) 离子镀 Ion plating
生长上。
MOCVD法原理 MOCVD方法是利用运载气携带金属有机物的蒸气进入反应室，受 热分解后沉积到加热的衬底上形成薄膜。它是制备铁电薄膜的一 种湿法工艺。 气源通常为金属的烷基或芳烃基衍生物、醇盐和芳基化合物。
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有机金属化学气相沉积
MOCVD系统的组件可大致分为：反应腔、气体控制及混合系统、
a
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2.薄膜的制备方法
真空蒸发 Evaperation
PVD 溅射 Sputtering
气
离子镀 Ion plating
相
常压CVD、低压CVD、
法
金属有机物CVD、
CVD 等离子体CVD、
光CVD、热丝CVD
化学镀(CBD)、电镀(ED)、溶胶-凝胶（Sol-
液 Gel）、金属有机物分解（MOD）、液相外
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SAPPHIRE （蓝宝石）
Al2O3
Silicon-On-Sapphire Wafers
a
8
Substrate for III-V Nitride Epitaxy.
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1.2薄膜的分类
电学——超导、导电、半导体、电阻、绝缘、电介质 功能薄膜，如光电、压电、铁电、热释电、 磁敏、热敏、化学敏
a
13
一般，对于制备薄膜的要求，可以归纳如下： ①膜厚均匀； ②膜的成分均匀； ③沉积速率高，生产能力高； ④重复性好； ⑤具有高的材料纯度高，保证化合物的配比； ⑥具有较好的附着力（与基体），较小的内
应力。
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2.1物理气相沉积
(physical vapor
物理气相沉积(physicaldvaepporodsepiotsiiotionn
反应源及废气处理系统。
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MOCVD法的特点
此法的主要优点是：
1)较低的衬底温度； 2)较高的生长速率； 3)精确的组分控制； 4)易获得大面积均匀薄膜； 5)可在非平面底上生长、可直接制备图案器件、
相 延（LPE）、水热法（hydrothermal
法 method）、喷雾热解(spray pyrolysis)、喷 雾水解(spray hydrolysis)、LB膜及自组装
(self-assemble) a
12
真空蒸发
ห้องสมุดไป่ตู้
电阻蒸发、电子束蒸发、高频感应蒸发、 激光烧蚀、闪蒸、多源蒸发、反应蒸发、 分子束外延
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2.2化学气相沉积
(chemical vapor
化学气相沉积:一d定e化p学os配it比io的n反) 应气体，
在特定激活条件下(一般是利用加热、等离 子体和紫外线等各种能源激活气态物质)， 通过气相化学反应生成新的膜层材料沉积 到基片上制取膜层的一种方法。
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• 化学气相沉积，包括低压化学气相沉积（low pressure CVD,LPCVD）、离子增强型气相沉积 （plasma-enhanced CVD,PECVD）常压化学气相 沉积（atmosphere pressure CVD,APCVD）、金属 有机物气相沉积（MOCVD）和微波电子回旋共 振化学气相沉积(Microwave Electron cyclotron
resonance chemical vapor deposition, MW-ECRCVD）等。
• 只要是气相沉积，其基本过程都包括三个步骤；
提供气相镀料；镀料向所镀制的工件（或基片） 输送；镀料沉积在基片上构成膜层。
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2.2.1金属有机化学气相沉积MOCVD
• 又称金属有机气相外延（Metal organic vapor phase epitaxy, MOVPE ），它是利用有机金属热分解进 行气相外延生长的先进技术，目前主要用于化合 物半导体（III－V簇、II－VI簇化合物）薄膜气相
●厚膜(thick film)：由涂覆在基板表面的悬浮液、
膏状物经干燥、煅烧而形成。>10微米
主要方法：丝网印刷(Print)、热喷涂(Spray)
历史：陶瓷表面上釉
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薄膜
厚膜
涂层
说明: 溶胶－凝胶(Sol-Gel)、金属有机物热分解 (MOD)、喷雾热解和喷雾水解等属于薄膜方法，
但从原理上更接近厚膜方法。
薄膜的制备工艺
贾增民 53所
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1
主要内容
1.什么是薄膜
1.1薄膜的几种定义 1.2 薄膜的分类 1.3 薄膜的特点
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1.什么是薄膜
1.1薄膜的几种定义
① 由单个的 原子、离子、原 子团无规则地入 射到基板表面， 经表面附着、迁 徙、凝结、成核、 核生长等过程而 形成的一薄层固 态物质。
Vacuum Thin Film
溅射
二级溅射、三级/四级溅射、偏压溅射、吸气溅射、反 应溅射、磁控溅射、射频溅射、对向靶溅射、离子束 溅射、中频溅射
离子镀
直流二级型、三级或多阴极型、活性反应型、空心阴 极型、射频离子镀、多弧离子镀、离子束辅助沉积、 离化团簇镀
直流等离子体、射频等离子体
等离子体CVD
脉冲等离子体、微波等离子体
电子回旋共振等离子体
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Atom
Substrate
3
②夹在两个平行平面间的薄层。
上平面：空气
固体膜、液体膜
下平面：固体表面、液体表面、空气
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• ③ 采用特定的制备方法在基板表面上生长得到的 一薄层固态物质 。
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●薄膜(thin film)：由物理气相沉积(PVD)、化学气 相沉积(CVD)、溶液镀膜法等薄膜技术制备的薄 层。<1微米