薄膜技术及应用

② 超导薄膜 YbaCuO系高温超导薄膜 系高温超导薄膜； YbaCuO系高温超导薄膜； BiSrCaCuO系高温超导薄膜 系高温超导薄膜； BiSrCaCuO系高温超导薄膜； TiBaCuO系高温超导薄膜 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、 Si： SiGe： GaAs/GaAlAs、HgTe/CdTe、a-Si：H、A-SiGe：H、 SiC： SiN： Si/a-SiC等一系列晶态与非 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。 晶态超晶格薄膜。
f(v)
vp
v
v2
v
Distribution of molecular speeds-hydrogen gas at 0 °C. The percentages of molecules with a certain speed are plotted as a function of the speed. Three different speeds are noted on the graph.
⑦ 平板显示器件 液晶显示、 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 薄膜）。 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 ITO膜 ZnS：Mn等发光 电致发光多层薄膜（包括ITO膜，ZnS：Mn等发光 Al电极膜等 组成的全固态平板显示器件及OLED 电极膜等） 膜，Al电极膜等）组成的全固态平板显示器件及OLED 显示器件。 显示器件。
In a gas, the atoms or molecules are further apart and have little interaction with one another. The motion of these particles is confined by the walls of the containing vessels.
ANTI-REFLECTION CHART
three layers
⑶硬质膜、耐蚀膜、润滑膜 硬质膜、耐蚀膜、 ⑷有机分子薄膜 ⑸装饰膜 ⑹包装膜
刀具表面氮化物、氧化物、 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： 薄膜材料学涉及的内容： (1)薄膜材料的制备手段； (1)薄膜ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ料的制备手段； 薄膜材料的制备手段 (2)薄膜材料的形核与生长理论； (2)薄膜材料的形核与生长理论； 薄膜材料的形核与生长理论 (3)薄膜材料的表征技术； (3)薄膜材料的表征技术； 薄膜材料的表征技术 (4)薄膜材料的体系、 (4)薄膜材料的体系、性能及应用。 薄膜材料的体系
1 1 1 1 1 1
气体分子的平均自由程
Freeze other molecules and examine motion of one molecule:
在材料科学的各分支中， 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 薄膜材料是采用特殊的方法， 沉积或制备的一层性质与体材料性质完全不同的物 质层。 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： 的原因： (1)现代科学技术的发展，特别是微电子 (1)现代科学技术的发展， 现代科学技术的发展 技术的发展， 技术的发展，过去需要众多材料组合才能实现 的功能， 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。
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.
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、 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。 感器等。
Thin Film Pressure Sensor
Diamond Thin Film UV sensor
Schematic of fiber optic cable with chemochromic hydrogen sensor deposited on end.
薄膜电阻、薄膜电容、 ⑤薄膜电阻、薄膜电容、薄膜阻容网络与混合集成电路
Hybrid IC
⑥ 薄膜太阳能电池 非晶硅、 CdSe薄膜太阳电池。 薄膜太阳电池 非晶硅、CuInSe2和CdSe薄膜太阳电池。
1.1.2 气体的压力和气体分子的平均自由程
The ideal gas equation
Pressure unit SI（System International）Unit SI（ International） Pa（Pascal）＝ ）＝1 1 Pa（Pascal）＝1 Newton/m2 atm＝1.013× Pa＝ 1 atm＝1.013×105 Pa＝760 mmHg 1 bar＝105 N/m2＝105 Pa bar＝ Practical Unit Torr＝ Torr＝1 mmHg mTorr＝ mTorr＝10－3 mmHg Pa＝7.5× Pa＝7.5×10－3 Torr Torr＝ Torr＝133.3 Pa bar＝105 Pa＝750 Torr bar＝ Pa＝ atm＝1.013× Pa＝ atm＝1.013×105 Pa＝760 Torr
薄膜技术及应用
Thin Film Technology and Applications
于永强
电子科学与应用物理学院微纳功能材料与器件研究室
参 考 书
《薄膜材料制备原理、技术及应用》 薄膜材料制备原理、技术及应用》 唐伟忠， 唐伟忠，冶金工业出版社 薄膜物理与技术》 《薄膜物理与技术》 杨邦朝， 杨邦朝，电子科技大学出版社 薄膜物理与技术》 《薄膜物理与技术》 陈国平， 陈国平，东南大学出版社
薄膜材料科学成为材料科学中发展最迅速分支 的原因： 的原因： 薄膜技术作为材料制备的有效手段， (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， 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， 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． 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。
铁电存储器
⑵光学薄膜 减反射膜、反射膜、分光镜、滤光片； 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； 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； 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； 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。 集成光学元件所用的介质薄膜与半导体薄膜。
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.
薄膜分类（按功能及其应用领域）： 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 Al、Cr、Pt、Au、多晶硅、硅化物薄膜； Al、Cr、Pt、Au、多晶硅、硅化物薄膜； SiOF薄膜 薄膜。 SiO2、Si3N4、Ta2O5、SiOF薄膜。
C-V Characteristics of GaAs/AlGaAs Superlattice Structure showing capacitance Oscillations Associated with charge accumulation due to the sequential tunneling of electrons.
薄膜材料科学成为材料科学中发展最迅速分支 的原因： 的原因： (2)器件的微小型化不仅可以保持器件原 (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， 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， 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。 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 键技术， 手段。
In a liquid, the atoms or molecules, are further apart than in a solid, and are not arranged in any special order. There is less interaction between the molecules, and they are free to move in any direction, but as interactions between the molecules are still present, most molecules are confined to the volume occupied by the liquid sample.
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High performance Nano-FETs Nano-Optoelectronic Devices Photodetectors Nano LEDs Sensors Solar cell
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。
OLED Displays: Better Than Plasma Or LCD
ZnO、AlN等薄膜制成的声表面波滤波器 等薄膜制成的声表面波滤波器。 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； 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 CoCrTa、 计算机数据存储的CoCrTa、CoCrNi等的薄膜软盘和 硬盘； 硬盘； 垂直磁记录中FeSiAl薄膜磁头等。 FeSiAl薄膜磁头等 垂直磁记录中FeSiAl薄膜磁头等。 静电复印鼓用Se Te、SeTeAs合金薄膜及非晶硅薄膜 Se合金薄膜及非晶硅薄膜。 ⑩ 静电复印鼓用Se-Te、SeTeAs合金薄膜及非晶硅薄膜。
Maxwell-Boltzmann分布 分布
气体分子的速度分布只取决于分子的相对 原子质量M与气体的热力学温度T的比值。 原子质量M与气体的热力学温度T的比值。
气体分子的运动速度的一维分量
Distribution of molecular speeds: effects of molar mass and temperature