薄膜技术及应用PPT课件
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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
20
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
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。
薄膜材料往往具有特殊的材料性能或性能组合。
4
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。
刀具表面氮化物、氧化物、碳化物镀膜
21
22
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。
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• High performance Nano-FETs • Nano-Optoelectronic Devices • Photodetectors • Nano LEDs • Sensors • Solar cell
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 ure showing capacitance Oscillations Associated
6
薄膜材料科学成为材料科学中发展最迅速分支 的原因：
(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。
7
8
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
17
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。
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铁电存储器
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.
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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。
30
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。
15
16
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
5
薄膜材料科学成为材料科学中发展最迅速分支 的原因：
(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。
Al、Cr、Pt、Au、多晶硅、硅化物薄膜； SiO2、Si3N4、Ta2O5、SiOF薄膜。
9
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 10
③ 光电子器件中使用的功能薄膜 GaAs/GaAlAs、HgTe/CdTe、a-Si：H、A-
薄膜技术及应用
Thin Film Technology and Applications
电子科学与应用物理学院微纳功能材料与器件研究室
1
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
2
3
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。
12
Diamond Thin Film UV sensor
Schematic of fiber optic cable with chemochromic hydrogen sensor deposited on end.
13
⑤薄膜电阻、薄膜电容、薄膜阻容网络与混合集成电路
Hybrid IC 14
在一般的温度和压力条件下，所有气体可 看作理想气体。
with charge accumulation due to the sequential
tunneling of electrons.
11
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
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
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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
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。
薄膜材料往往具有特殊的材料性能或性能组合。
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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。
刀具表面氮化物、氧化物、碳化物镀膜
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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。
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• High performance Nano-FETs • Nano-Optoelectronic Devices • Photodetectors • Nano LEDs • Sensors • Solar cell
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 ure showing capacitance Oscillations Associated
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薄膜材料科学成为材料科学中发展最迅速分支 的原因：
(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。
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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
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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。
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铁电存储器
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.
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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。
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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。
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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
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薄膜材料科学成为材料科学中发展最迅速分支 的原因：
(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。
Al、Cr、Pt、Au、多晶硅、硅化物薄膜； SiO2、Si3N4、Ta2O5、SiOF薄膜。
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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 10
③ 光电子器件中使用的功能薄膜 GaAs/GaAlAs、HgTe/CdTe、a-Si：H、A-
薄膜技术及应用
Thin Film Technology and Applications
电子科学与应用物理学院微纳功能材料与器件研究室
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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
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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。
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Diamond Thin Film UV sensor
Schematic of fiber optic cable with chemochromic hydrogen sensor deposited on end.
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⑤薄膜电阻、薄膜电容、薄膜阻容网络与混合集成电路
Hybrid IC 14
在一般的温度和压力条件下，所有气体可 看作理想气体。
with charge accumulation due to the sequential
tunneling of electrons.
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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