薄膜材料与薄膜技术

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1、薄膜材料与薄膜技术第八章薄膜技术薄膜与高新技术材料、信息技术与能源称为现代人类文明的三大支柱。国民经济的各部门和高技术领域的发展都不可避免地受到材料发展的制约或推动。新材料的发展水平成为了衡量国家技术水平和综合实力的重要标志。何谓“新材料”？简单地说，就是那些新出现或已在发展中的，在成分、组织、结构、形态等方面不同于普通材料，具有传统材料所不具备的优异性能和特殊功能的材料。何谓“高技术”？简单地说，就是采用新材料、新工艺，产生更高效益，能促进人类物质文明和精神文明更快进步的技术。而薄膜，正是一种新型的材料，薄膜技术是一种新型的高技术。薄膜材料受到关注

2、的理由：(1)薄膜技术是实现器件轻薄短小化和系统集成化的有效手段。(2)随着器件的尺寸减小乃至粒子量子化运动的尺度，薄膜材料或其器件将显示出许多全新的物理现象。薄膜技术是制备这类新型功能器件的有效手段。(3)薄膜气相沉积涉及从气相到固相的超急冷过程，易于形成非稳态物质及非化学计量的化合物膜层。(4)由于镀料的气化方式很多，通过控制气氛还可以进行反应沉积，因此，可以得到各种材料的膜层；可以较方便地采用光、等离子体等激发手段，在一般条件下，即可获得在高温、高压、高能量密度下才能获得的物质。(5)通过基板、镀料、反应气氛、沉积条件的选择，可对界面结构、结晶

3、状态，膜厚等进行控制；表面精细，便于光刻制电路图形；有成熟经验，易于在其他应用领域中推广。市场份额由2004年的71亿美元增长到2009年的135亿美元年平均增长幅度达到13.7%。采用薄膜技术材料在世界范围内所占的市场薄膜与工作、生活的联系互联网与薄膜技术等离子壁挂电视发展迅猛的TFT-LCD生物计算机与薄膜技术正在进展中的人造大脑微机械使重症患者起死回生加速度传感器实现MEMS的薄膜与微细加工技术原子的人工组装碳纳米管和富勒烯互联网与薄膜技术当今信息社会，人们通过电视机、收音机、手机、互联网等，可即时看到或听到世界上所发生的“鲜”、“活”新闻，如

4、同人们长上了千里眼、顺风耳。完成这一切，需要许多采集、处理信息及通信网络设备，而这些设备都需要数量巨大的元器件、电子回路、集成电路等。薄膜技术是制作这些元器件、电子回路、集成电路的基础。通过互联网可以按计划、远距离、随心所欲地操作自宅家电可代替人工作的机器人将出现在我们面前等离子壁挂电视以等离子体平板显示器、液晶显示器为代表的平板显示器。画面对角线超过2.5ｍ，厚度仅有几厘米，图像清晰、逼真的壁挂式PDP已在机场、车站、会议室乃至家庭中广泛采用。目前，可折叠卷曲的显示器正在研究中，而且人们欣赏立体画面的时代已为期不远。与此同时，发光二极管显示器、有机

5、电致发光显示器等也在急速发展之中。画面对角线106cm的等离子壁挂彩电薄膜材料的简单分类薄膜材料涂层或厚膜薄膜(<1um)材料保护涂层材料装饰涂层光电子学薄膜微电子学薄膜其它功能薄膜(>1um)(力,热,磁,生物等)薄膜材料的制备技术薄膜材料的制备技术真空技术喷涂电镀物理气相沉积技术(PVD)化学气相沉积技术(CVD)蒸发-机械-化学方法大于1um薄膜材料的表征薄膜材料的表征结构物性组份电子结构光学性质电学性质力,热,磁,生物等性质晶体结构真空区域的划分粗真空：1×105～1×102Pa。低真空：1×102～1×10－1Pa。高真空：1×10－1～1

6、×10－6Pa。超高真空：<1×10－6Pa。12/40半导体薄膜：Si介质薄膜：SiO2，Si3N4,BPSG（硼磷硅玻璃），…金属薄膜：Al，Cu，W，Ti，…在集成电路制备中，很多薄膜材料由淀积工艺形成.单晶薄膜：Si,SiGe（外延）多晶薄膜：poly-Si13/401）化学气相淀积—ChemicalVaporDeposition(CVD)所需固体薄膜一种或数种物质的气体，以某种方式激活后，在衬底表面发生化学反应，并淀积出所需固体薄膜的生长技术。例如：APCVD,LPCVD,PECVD,HDPCVD2）物理气相淀积—PhysicalVapor

7、Deposition(PVD)利用某种物理过程实现物质的转移，即将原子或分子转移到衬底（硅）表面上，并淀积成薄膜的技术。例如：蒸发evaporation，溅射sputtering两类主要的淀积方式14/40除了CVD和PVD外，制备薄膜的方法还有:铜互连是由电镀工艺制作旋涂Spin-on镀/电镀electrolessplating/electroplating一、化学气相沉积的基本原理化学气相沉积:通过气相化学反应的方式将反应物沉积在基片表面的一种薄膜制备技术.三个基本过程化学反应及沉积过程反应物的输运过程去除反应副产物过程16/40化学气相淀积（C

8、VD）单晶(外延）、多晶、非晶（无定型）薄膜半导体、介质、金属薄膜常压化学气相淀积（APCVD），低压CVD