電子科大薄膜物理(趙曉輝)緒論

1、趙曉輝趙曉輝課程介紹課程介紹 趙曉輝趙曉輝 辦公室：微固樓辦公室：微固樓 335 電電 話：話：83200866 Email：課程介紹課程介紹 上課時(shí)間：上課時(shí)間： 周二周二 3、4節(jié)節(jié) 周四周四 1、2節(jié)節(jié) 總共總共32學(xué)時(shí)學(xué)時(shí) 實(shí)驗(yàn)課實(shí)驗(yàn)課1次次 上課地點(diǎn)：上課地點(diǎn)： 二教二教 108課程介紹課程介紹 課程任務(wù)：課程任務(wù)： 掌握掌握固體薄膜的主要制備技術(shù)及相關(guān)固體薄膜的主要制備技術(shù)及相關(guān)知識(shí)知識(shí)，為從事固體電子薄膜的研究、設(shè)計(jì)，為從事固體電子薄膜的研究、設(shè)計(jì)和制備打下基礎(chǔ)。和制備打下基礎(chǔ)。 教材及參考書教材及參考書薄膜材料制備原理、技術(shù)及應(yīng)用薄膜材料制備原理、技術(shù)及應(yīng)用 唐偉忠，唐偉忠，

2、冶金工業(yè)出版社，冶金工業(yè)出版社，2003薄膜物理與技術(shù)薄膜物理與技術(shù) 楊邦朝，楊邦朝， 電子科大出版社，電子科大出版社，1994薄膜科學(xué)與技術(shù)手冊(cè)薄膜科學(xué)與技術(shù)手冊(cè) 田民波，機(jī)工版，田民波，機(jī)工版，1991 Material Science of Thin FilmsDeposition & Structure M. Ohring，世圖影印版，世圖影印版，2006電子薄膜材料電子薄膜材料 曲喜新，曲喜新，科學(xué)出版社，科學(xué)出版社，1996主要內(nèi)容主要內(nèi)容第一章第一章 真空技術(shù)基礎(chǔ)真空技術(shù)基礎(chǔ)第二章第二章 物理氣相沉積蒸發(fā)物理氣相沉積蒸發(fā)第三章第三章 物理氣相沉積濺射物理氣相沉積濺射第四章

3、第四章 化學(xué)氣相沉積化學(xué)氣相沉積第五章第五章 化學(xué)溶液沉積化學(xué)溶液沉積第六章第六章 薄膜生長(zhǎng)過程和結(jié)構(gòu)薄膜生長(zhǎng)過程和結(jié)構(gòu)第七章第七章 薄膜材料的表征方法薄膜材料的表征方法課件課件 課件是提綱課件是提綱 課本是主要內(nèi)容課本是主要內(nèi)容 講述是重點(diǎn)講述是重點(diǎn) U盤拷貝盤拷貝考試考試 考試形式：閉卷考試形式：閉卷 考試內(nèi)容：所有講述內(nèi)容考試內(nèi)容：所有講述內(nèi)容 成績(jī)構(gòu)成：成績(jī)構(gòu)成：平時(shí)成績(jī)：平時(shí)成績(jī)：30%（作業(yè)，出勤，實(shí)驗(yàn)報(bào)告）（作業(yè)，出勤，實(shí)驗(yàn)報(bào)告）考試成績(jī)：考試成績(jī)：70%什么是薄膜？什么是薄膜？定義定義1（狹義狹義）：）： 由單個(gè)的原子、由單個(gè)的原子、離子、原子團(tuán)無規(guī)則離子、原子團(tuán)無規(guī)則地入射到

4、基板表面，地入射到基板表面，經(jīng)表面附著、遷徙、經(jīng)表面附著、遷徙、凝結(jié)、成核、核生長(zhǎng)凝結(jié)、成核、核生長(zhǎng)等過程而形成的一薄等過程而形成的一薄層固態(tài)物質(zhì)。層固態(tài)物質(zhì)。 VacuumSubstratesurfaceAtomThin Film 一、薄膜的定義一、薄膜的定義定義定義1的特點(diǎn)：的特點(diǎn)： 強(qiáng)調(diào)了薄膜生長(zhǎng)的機(jī)理與過程強(qiáng)調(diào)了薄膜生長(zhǎng)的機(jī)理與過程 僅僅適用于氣相生長(zhǎng)方法，而不適用于液相法僅僅適用于氣相生長(zhǎng)方法，而不適用于液相法 也不能描述擴(kuò)散、注入方法也不能描述擴(kuò)散、注入方法 強(qiáng)調(diào)了薄膜的生長(zhǎng)必須依附基板強(qiáng)調(diào)了薄膜的生長(zhǎng)必須依附基板 上平面：空氣上平面：空氣固體膜、液體膜固體膜、液體膜下平面：固體表

5、面、液體表面、空氣下平面：固體表面、液體表面、空氣夾在兩個(gè)平行平面間的薄層。夾在兩個(gè)平行平面間的薄層。定義定義2（廣義廣義）：）：缺點(diǎn)：不能區(qū)分缺點(diǎn)：不能區(qū)分薄膜薄膜、厚膜厚膜、涂層涂層、金屬箔金屬箔、層層等概念。等概念。thick film coating foil layer 定義定義3： 采用特定的制備方法在基板表面上生長(zhǎng)得到的采用特定的制備方法在基板表面上生長(zhǎng)得到的一薄層固態(tài)物質(zhì)一薄層固態(tài)物質(zhì) 。 強(qiáng)調(diào)基板必不可少；強(qiáng)調(diào)基板必不可少； 區(qū)分薄膜與金屬箔、塑料薄膜區(qū)分薄膜與金屬箔、塑料薄膜 強(qiáng)調(diào)制備方法；強(qiáng)調(diào)制備方法； 區(qū)分薄膜與厚膜，厚度不是區(qū)分的關(guān)鍵區(qū)分薄膜與厚膜，厚度不是區(qū)分的關(guān)鍵

6、 通常：通常： 薄膜薄膜 10m 薄膜薄膜(thin film)：由物理氣相沉積：由物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣、化學(xué)氣相沉積相沉積(CVD)、溶液鍍膜等薄膜技術(shù)制備的薄層。、溶液鍍膜等薄膜技術(shù)制備的薄層。厚膜厚膜(thick film)：由涂覆在基板表面的懸浮液、膏：由涂覆在基板表面的懸浮液、膏狀物經(jīng)干燥、煅燒而形成。狀物經(jīng)干燥、煅燒而形成。主要方法：絲網(wǎng)印刷、熱噴涂主要方法：絲網(wǎng)印刷、熱噴涂如：陶瓷表面上釉如：陶瓷表面上釉 二、二、薄膜與厚膜薄膜與厚膜涂層涂層coating薄膜薄膜 thin film厚膜厚膜 thick film說明說明: 溶膠凝膠溶膠凝膠(Sol-Gel)、金屬有機(jī)沉

7、積、金屬有機(jī)沉積(MOD)、噴霧熱解和噴霧水解等屬于薄膜方法，但從原理噴霧熱解和噴霧水解等屬于薄膜方法，但從原理上更接近厚膜方法。上更接近厚膜方法。 三、基板三、基板名稱：名稱： 襯底、基板、基片，襯底、基板、基片， substrate，wafer材料：材料： 半導(dǎo)體、玻璃、陶瓷、金屬、塑料、紙張等半導(dǎo)體、玻璃、陶瓷、金屬、塑料、紙張等作用：作用： 支撐、絕緣、提供生長(zhǎng)模板等支撐、絕緣、提供生長(zhǎng)模板等世界日新月異世界日新月異1971,4004, 23002008, QX9650, 8.2億億更小，更快，更強(qiáng)更小，更快，更強(qiáng)立體戰(zhàn)爭(zhēng)立體戰(zhàn)爭(zhēng)物聯(lián)網(wǎng)探測(cè)傳感物聯(lián)網(wǎng)探測(cè)傳感挑戰(zhàn)帶來機(jī)遇挑戰(zhàn)帶來機(jī)遇怎樣

8、才能實(shí)現(xiàn)？怎樣才能實(shí)現(xiàn)？Lets do it with thin films.如何制備薄膜？如何制備薄膜？淀積法淀積法滲入法滲入法化合法、擴(kuò)散法、離子注入法化合法、擴(kuò)散法、離子注入法氣相法氣相法液相法液相法化學(xué)鍍、電鍍、化學(xué)鍍、電鍍、Sol-Gel、MOD、液相外延、液相外延、水熱法、噴霧熱解、噴霧水解、水熱法、噴霧熱解、噴霧水解、LB膜及自組裝膜及自組裝PVDCVD常壓常壓CVD、低壓、低壓CVD、金屬有機(jī)物金屬有機(jī)物CVD、等離子體等離子體CVD、光光CVD、熱絲、熱絲CVD真空蒸發(fā)真空蒸發(fā) Evaperation濺射濺射 Sputtering離子鍍離子鍍 Ion plating薄膜制備方

9、法分類薄膜制備方法分類物理氣相沉積技術(shù)物理氣相沉積技術(shù)(PVD)是利用熱蒸發(fā)、離子濺是利用熱蒸發(fā)、離子濺射或輝光放電等物理過程，在基體表面沉積所需射或輝光放電等物理過程，在基體表面沉積所需薄膜的技術(shù)薄膜的技術(shù) 化學(xué)氣相沉積技術(shù)化學(xué)氣相沉積技術(shù)(CVD)是利用化學(xué)反應(yīng)，將氣是利用化學(xué)反應(yīng)，將氣相中的物質(zhì)轉(zhuǎn)移到基體表面形成所需薄膜的技術(shù)相中的物質(zhì)轉(zhuǎn)移到基體表面形成所需薄膜的技術(shù) 物理與化學(xué)相結(jié)合，以技術(shù)方法區(qū)分。氧化物、物理與化學(xué)相結(jié)合，以技術(shù)方法區(qū)分。氧化物、氮化物的制備。氮化物的制備。Evaporatione-beam evaporation systemSputteringPulsed La

10、ser Deposition薄膜的應(yīng)用薄膜的應(yīng)用電學(xué)電學(xué)超導(dǎo)、導(dǎo)電、半導(dǎo)體、電阻、絕緣、電介質(zhì)超導(dǎo)、導(dǎo)電、半導(dǎo)體、電阻、絕緣、電介質(zhì) 功能薄膜功能薄膜光學(xué)光學(xué)增透、反射、減反、光存儲(chǔ)、紅外增透、反射、減反、光存儲(chǔ)、紅外磁學(xué)磁學(xué)磁記錄和磁頭薄膜磁記錄和磁頭薄膜熱學(xué)熱學(xué)導(dǎo)熱、隔熱、耐熱導(dǎo)熱、隔熱、耐熱聲學(xué)聲學(xué)聲表面波濾波器，如聲表面波濾波器，如ZnOZnO、TaTa機(jī)械機(jī)械硬質(zhì)、潤(rùn)滑、耐蝕、應(yīng)變硬質(zhì)、潤(rùn)滑、耐蝕、應(yīng)變化學(xué)、化學(xué)、 生物生物薄膜的分類薄膜的分類傳感器：壓力，溫度，濕度，加速度，氣體傳感器：壓力，溫度，濕度，加速度，氣體光電子器件：薄膜電致發(fā)光器件，代替光電子器件：薄膜電致發(fā)光器件，代

11、替CRT作顯示器作顯示器信息及計(jì)算機(jī)：磁性薄膜，光盤，磁光盤信息及計(jì)算機(jī)：磁性薄膜，光盤，磁光盤光學(xué)：反射膜，增透膜光學(xué)：反射膜，增透膜機(jī)械工業(yè)：耐磨涂層，硬質(zhì)鍍層，固體潤(rùn)滑膜，耐腐蝕裝機(jī)械工業(yè)：耐磨涂層，硬質(zhì)鍍層，固體潤(rùn)滑膜，耐腐蝕裝飾、包裝，鍍金，錫箔紙，塑料薄膜上鍍鋁飾、包裝，鍍金，錫箔紙，塑料薄膜上鍍鋁太陽能電池，超導(dǎo)薄膜，鐵電薄膜，金剛石薄膜太陽能電池，超導(dǎo)薄膜，鐵電薄膜，金剛石薄膜集成電路：集成電路： P-N結(jié)、絕緣層、導(dǎo)線，并由此構(gòu)成二極管、結(jié)、絕緣層、導(dǎo)線，并由此構(gòu)成二極管、三極管、電阻、電容等電子元件三極管、電阻、電容等電子元件 是薄膜技術(shù)的最主要推動(dòng)力是薄膜技術(shù)的最主要推動(dòng)力 莫爾定律：每莫爾定律：每1.5年，更新年，更新1代：線寬縮小為代：線寬縮小為上一代的上一代的0.7倍倍薄膜傳感器的制作薄膜傳感器的制作磁性薄膜磁性薄膜Coil for writing巨磁阻磁頭的薄膜斷面巨磁阻磁頭的薄膜斷面Top magnetic layer 100 Carbon overcoat 70 Lubricant 20 Spacer layer 0 - 20 SubstrateSeed layer 100 Und