薄膜材料PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1薄膜材料薄膜材料7.2.17.2.1真空蒸鍍真空蒸鍍 真空蒸鍍是將待成膜的物質(zhì)置于真空中進(jìn)行蒸發(fā)或升華，使之在工件或基片表面析出的過(guò)程。真空蒸鍍?cè)O(shè)備主要包括真空系統(tǒng)、蒸發(fā)系統(tǒng)、基片撐架、擋板和監(jiān)視系統(tǒng)。7.2.27.2.2濺射成膜濺射成膜 濺射是指利用荷能粒子（如正離子）轟擊靶材，使靶材表面原子或原子團(tuán)逸出的現(xiàn)象。逸出的原子在工件表面形成與靶材表面成分相同的表面，這種制備薄膜的方法稱為濺射成膜。7.27.2薄膜材料的制備技術(shù)薄膜材料的制備技術(shù)第1頁(yè)/共14頁(yè)7.2.37.2.3化學(xué)氣相沉積（化學(xué)氣相沉積（CVDCVD） 當(dāng)形成的薄膜除了從原材料獲得組成元素外，還在基片表面與其他組分發(fā)生

2、化學(xué)反應(yīng)，獲得與原組分不同的薄膜材料，這種存在化學(xué)反應(yīng)的氣相沉積稱為化學(xué)氣相沉積（CVD）。采用CVD法制備薄膜是近年來(lái)半導(dǎo)體、大規(guī)模集成電路中應(yīng)用比較成功的一種工藝方法，可以用于生長(zhǎng)硅、砷化鎵材料、金屬薄膜、薄膜絕緣層和硬化層。7.27.2薄膜材料的制備技術(shù)薄膜材料的制備技術(shù)第2頁(yè)/共14頁(yè)7.2.47.2.4分子束外延分子束外延 分子束外延（MBE）已有二十多年的研究歷史。外延成膜過(guò)程在超高真空中實(shí)現(xiàn)束源流的原位單原子層外延生長(zhǎng)，分子束由加熱束源得到。該方法有以下技術(shù)特點(diǎn)：可以原位生長(zhǎng)與靶材成分相同的化學(xué)計(jì)量比的薄膜，可以實(shí)時(shí)原位精確地控制原子層尺度的外延膜生長(zhǎng)，適合于進(jìn)行薄膜生長(zhǎng)的人工設(shè)

3、計(jì)和剪裁，從而有利于發(fā)展功能性的多層膜、結(jié)型膜和超晶格。由于激光羽輝的方向性好、污染小、便于清洗處理，更適合于在同一臺(tái)設(shè)備上制備多種材料薄膜。由于系統(tǒng)配有RHEED質(zhì)譜儀和光譜儀等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析儀器，便于深入研究激光與物質(zhì)的相互作用動(dòng)力學(xué)過(guò)程和成膜機(jī)理等物理問(wèn)題。7.27.2薄膜材料的制備技術(shù)薄膜材料的制備技術(shù)第3頁(yè)/共14頁(yè)7.3.1 7.3.1 二維材料的特點(diǎn)二維材料的特點(diǎn)作為二維材料，薄膜材料的最主要特點(diǎn)是在一個(gè)尺度上很小的特點(diǎn)，這個(gè)特點(diǎn)對(duì)于各種元器件的微型化、集成化具有重要意義，最典型的是用于集成電路和提高計(jì)算機(jī)存貯元件的存貯密度上。7.3.2 7.3.2 薄膜材料制備過(guò)程決定的特點(diǎn)薄膜

4、材料制備過(guò)程決定的特點(diǎn)薄膜的制備方法多數(shù)為非平衡狀態(tài)制取，基片溫度一般不高，擴(kuò)散較慢。由沉積生長(zhǎng)過(guò)程所決定，薄膜內(nèi)一般存在大量的缺陷，如位錯(cuò)、空位等。另外，在薄膜沉積過(guò)程中的工作氣體也常?；烊氡∧ぃ芏啾∧げ牧喜灰贿M(jìn)行高溫?zé)崽幚?，所以缺陷不易消除?.37.3薄膜材料的特點(diǎn)薄膜材料的特點(diǎn)第4頁(yè)/共14頁(yè)7.3.3 7.3.3 薄膜制備實(shí)現(xiàn)方法的特點(diǎn)薄膜制備實(shí)現(xiàn)方法的特點(diǎn) 由于薄膜材料多數(shù)處于非平衡狀態(tài)，因而可以在很大范圍內(nèi)改變薄膜材料的成分、結(jié)構(gòu)，使其不受平衡狀態(tài)時(shí)的很多限制，從而制備出很多塊體難以實(shí)現(xiàn)的材料，得到新的性能。 薄膜材料在制備過(guò)程中可以在很大范圍內(nèi)將幾種材料摻雜在一起得到均勻膜，

5、而無(wú)需考慮是否會(huì)形成均勻相，這樣就能交自由地改變薄膜的性能。 可以根據(jù)得到單晶、多晶乃至非晶的各種結(jié)構(gòu)薄膜，沉積的薄膜常為垂直于表面的柱狀晶，基片溫度越低晶粒就越細(xì)小。 可以容易地將不同材料結(jié)合在一起制成多層結(jié)構(gòu)的薄膜。 通過(guò)沉積速率的控制可以容易得到成分不均勻分布的薄膜，例如梯度膜等。7.37.3薄膜材料的特點(diǎn)薄膜材料的特點(diǎn)第5頁(yè)/共14頁(yè)7.4.17.4.1薄膜厚度的測(cè)量薄膜厚度的測(cè)量 不論是光學(xué)涂層，還是為各種電子器件制備的沉積層，均需要了解其厚度。根據(jù)薄膜的不同，其測(cè)量方法也是多種多樣的，表列舉了各種薄膜厚度測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用范圍和特點(diǎn)。7.47.4薄膜材料的表征薄膜材料的表征第6頁(yè)/共1

6、4頁(yè)7.4.27.4.2薄膜結(jié)構(gòu)的表征方法薄膜結(jié)構(gòu)的表征方法 薄膜的結(jié)構(gòu)取決于薄膜的成分。其中薄膜結(jié)構(gòu)的研究可以依所研究的尺寸范圍劃分為以下三個(gè)層次。 薄膜的宏觀形貌 包括薄膜尺寸、形狀、厚度和均勻性等； 薄膜的微觀形貌 如晶粒及物相的尺寸大小和分布孔洞和裂紋、界面擴(kuò)散層及薄膜結(jié)構(gòu)。 薄膜的顯微組織 包括晶粒內(nèi)的缺陷、晶界及外延界面的完整性、位錯(cuò)組態(tài)等。 針對(duì)研究的尺度范圍，可以選擇不同的研究手段，包括光學(xué)金相顯微鏡、SEM、TEM、場(chǎng)離子顯微鏡和XRD技術(shù)等。隨著電子顯微鏡設(shè)備的普及，SEM和TEM的使用越來(lái)越廣泛。7.47.4薄膜材料的表征薄膜材料的表征第7頁(yè)/共14頁(yè)7.4.37.4.3

7、薄膜成分的表征方法薄膜成分的表征方法薄膜表面及內(nèi)部一定深度內(nèi)的成分以及分布可以采用各種方法加以分析，表列出了一些常用的薄膜成分分析方法的元素范圍、檢測(cè)極限、空間分辨率等，這其中的多數(shù)方法都是基于原子在受到激發(fā)以后，內(nèi)層電子排布會(huì)發(fā)生變化并發(fā)生相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程的原理。7.47.4薄膜材料的表征薄膜材料的表征第8頁(yè)/共14頁(yè)7.4.47.4.4薄膜附著力的測(cè)量方法薄膜附著力的測(cè)量方法 對(duì)薄膜最基本的性能要求之一就是其對(duì)襯底的附著力要好，在各種方法之中，較為有代表性的測(cè)試方法有兩大類(lèi)，即刮剝法和拉伸法。 刮剝法是將硬度較高的劃針垂直置于薄膜表面，施加載荷對(duì)薄膜進(jìn)行劃傷實(shí)驗(yàn)以評(píng)價(jià)薄膜的附著力的方法。

8、 拉伸法利用黏結(jié)或焊接的方法將薄膜結(jié)合于拉伸棒的斷面上，測(cè)量將薄膜從襯底上拉伸下來(lái)所需的載荷的大小。薄膜的附著力即等于拉伸時(shí)的臨界載荷與被拉伸的薄膜面積之比。7.47.4薄膜材料的表征薄膜材料的表征第9頁(yè)/共14頁(yè)7.5.17.5.1半導(dǎo)體薄膜半導(dǎo)體薄膜半導(dǎo)體薄膜具有很廣泛的應(yīng)用，如集成電路、光導(dǎo)攝像管的光導(dǎo)電膜、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、高效太陽(yáng)能電池、薄膜傳感器乃至通過(guò)摻雜得到半導(dǎo)體導(dǎo)電薄膜等等。半導(dǎo)體薄膜主要應(yīng)用半導(dǎo)體單晶薄膜、薄膜晶體管、太陽(yáng)能電池、薄膜場(chǎng)致發(fā)光材料等。7.5.27.5.2電學(xué)薄膜電學(xué)薄膜利用材料的導(dǎo)電性、介電性、鐵電性、壓電性等各種電學(xué)性質(zhì)的薄膜有著廣泛的用途。主要應(yīng)用在集成電路

9、中的布線、透明導(dǎo)電膜、絕緣膜、壓電薄膜材料等領(lǐng)域。7.57.5薄膜功能材料薄膜功能材料第10頁(yè)/共14頁(yè)7.5.37.5.3信息記錄用薄膜信息記錄用薄膜近年來(lái)信息科學(xué)的飛速發(fā)展也帶動(dòng)了薄膜材料的發(fā)展，例如計(jì)算機(jī)對(duì)高密度、大容量、高速度、小體積、低成本的信息存貯設(shè)備不斷提出更高要求，而各種記錄用薄膜如磁性薄膜的發(fā)展則是關(guān)鍵問(wèn)題之一，這是薄膜材料的一個(gè)重要的醫(yī)用領(lǐng)域和發(fā)展動(dòng)力，也是競(jìng)爭(zhēng)最激烈、發(fā)展最快的領(lǐng)域，信息記錄方式主要有磁記錄和光記錄兩種。7.57.5薄膜功能材料薄膜功能材料第11頁(yè)/共14頁(yè)7.5.47.5.4敏感薄膜敏感薄膜敏感測(cè)量是各種傳感器的關(guān)鍵部分，是利用材料在一定環(huán)境中性能變化的特性來(lái)測(cè)量的元件。熱敏薄膜元件是利用材料性能歲溫度的改變，最常用的是電阻的變化。采用陽(yáng)極氧