《薄膜的性质》PPT课件

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1、第九章薄膜的性质力学性质电学性质介电性质半导体薄膜性质其他性质§9-1薄膜的力学性质薄膜的力学性质与其结构密切相关。薄膜的主要力学性能：附着性质—取决于薄膜成长的初始阶段内应力机械性能取决于生长阶段及其结构类型一、附着性质控制着对其他性能的观察和研究。理论上，关系到对结合界面的了解；使用上，决定了薄膜元器件的稳定性和可靠性。1、附着现象宏观角度看，附着是指薄膜和基体表面相互作用将薄膜粘附在基体上的一种现象。是与薄膜在基体上存在的耐久性及耐磨性直接相关的重要概念。薄膜的附着性能直接与材料种类、附着的类型、附着力的性质、工艺、测量方法有关。易氧化的金属膜附着性比难氧化的金属膜好得多。

2、2、薄膜附着的类型①简单附着—分明的分界面②扩散附着③通过中间层附着④通过宏观效应附着①简单附着薄膜和基片间形成一个很清楚的分界面，由两个接触面相互吸引而形成。其附着能=分开单位附着面所需做的功Wfs=Ef+Es-Efs（Ef—薄膜的表面能，Es—基片的表面能，Efs—薄膜与基片之间的界面能）两个相似或相容的表面接触，Efs小，Wfs大，附着牢两个完全不相似或不相容的表面接触，Efs大，Wfs小影响因素：表面污染；表面粗糙不平薄膜与基片间的结合力—范德华力②扩散附着由两个固体间相互扩散或溶解而导致在薄膜和基片间形成一个渐变界面。（膜基间无明显界面）实现扩散方法：基片加热法、离子注

3、入法、离子轰击法、电场吸引法。基片加热法：高温蒸发，后低温离子轰击法：先在基片上淀积一层薄（20-30nm）金属膜，再用高能（100KeV）氩离子对它进行轰击实现扩散，再镀膜电场吸引法：在基片背面镀上导体加电压，促进离子扩散。溅射镀膜比蒸发镀膜附着牢，因为溅射粒子动能大，形成扩散附着。③中间层附着在薄膜与基片之间形成一个化合物中间层而附着，膜基间无明显界面。中间层组成：膜-基成分组成；膜、基与环境气氛组成；兼而有之。通常含有氧化物和氮化物。随制膜条件不同，其化合物组成也不同。中间层形成方法：反应蒸发、反应溅射、蒸发或溅射过渡层、基片表面掺杂等。④通过宏观效应包括机械锁合和双电层吸

4、引。机械锁合：宏观机械作用，在基片上有微孔或微裂缝时，在沉积过程中，就会有入射原子进入其中，形成薄膜与基片间的机械锁合。如果基片表面的微孔和微裂缝分布适当，依靠锁合作用，能显著改善薄膜的附着性能。但对薄膜电路、固体电路中薄膜及其他优质电子元器件，不能依靠机械锁合作用提高附着性能。双电层吸引：由于膜基界面产生双电层，异性电荷间的相互吸引。双电层产生的原因：由于膜基材料的功函数不同，它们相互接触后，彼此间发生电子转移，在界面累积符号相反的电荷。类似于一个充电的平板电容器。膜基间单位面积的静电吸引能与其他结合力的比较：★静电吸引能的数值接近于范德华吸引能。前者为长程力，后者为短程力。★

5、双电层吸引受膜-基间距变化的影响小，在基片表面有吸附气体，或进行附着力测定时，膜-基间距略有变大时，因化学键力和范德华力迅速变小，双电层力即成为主导作用力。3、附着机理附着的机理是吸附。分为物理吸附和化学吸附。（1）物理吸附范德华力静电力吸引：即双电层力范德华力作用能约为0.04~0.4eV，实现的附着较差，静电力数值小，但对附着的贡献较大。定向力：永久偶极矩间的相互作用（小）诱导力：永久偶极矩的诱导作用形成的吸引力（最小，0.02eV）色散力：瞬时偶极矩间的吸引（最强）（2）化学吸附薄膜与基体间形成化学键结合（离子键、共价键、金属键）力产生的一种吸附。是短程力，数值上比范德华力

6、大，约为0.5~10eV。薄膜与基片间，化学键力不是普遍存在的，只有在它们的界面产生了化学键，形成了化合物，才具有这种键力。要使薄膜在基体上有牢固的附着性，必须在它们间产生化学键。原子与原子间的相互作用往往是物理的和化学的作用交织在一起，而不是单纯的某一种作用，因此，薄膜对基片的附着常常不是单纯的某一种附着力。4、附着力（1）定义指薄膜以多大的强度附着在基片上。基准附着力：薄膜与基片完全接触时，在界面处的结合力。实际附着力：也称为附着强度，由试验测定的。用力（从基片上剥离单位面积薄膜所需的力）和能量（剥离薄膜所需的能量）表示，根据测量方法而定。蒸发膜，常用力表示。（2）附着力的测

7、量难定量描述，结果只具有定性意义。主要方法有划痕法、拉张法、剥离法。划痕法将硬度较高的划针垂直置于薄膜表面，施加载荷对薄膜进行划伤试验的方法来评价薄膜的附着力。当划针前沿的剪切力超过薄膜的附着力时，薄膜将发生破坏与剥落。在划针移动的同时，逐渐加大所施加的载荷，并在显微镜下观察得出划开薄膜，露出衬底所需的临界载荷，即可作为薄膜附着力的量度。当载荷一定时，薄膜剥离痕迹的完整程度也依赖于薄膜的附着力，因而也可根据划痕边缘的完整程度来比较薄膜附着力的大小。拉张法（拉伸法）利用黏结或焊接的