《薄膜的制备》课件

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1、材料合成与制备李亚伟赵雷无机非金属材料系/16:12:23第四章薄膜的制备薄膜制备是一门迅速发展的材料技术，薄膜的制备方法综合了物理、化学、材料科学以及高技术手段。薄膜的应用前景十分广泛。半导体器件，电路连接，电极，光电子器件，半导体激光器，光学镀膜PreparationofCompositeMaterials/16:12:23薄膜科学的研究内容薄膜生长理论和薄膜制备技术；薄膜的结构、成分和微观状态；薄膜的宏观特性及其应用。薄膜研究是以薄膜制备为起点的,因此,薄膜生长理论和薄膜制备技术是薄膜材料研究的基础。/16:12:23表面相气固界面薄膜生长的本质是气体-固体相变气固液气固/16

2、:12:23基本概念表面成核cos=’-”’”/16:12:23宏观观点薄膜的生长模式取决于吸附质的表面自由能和界面自由能是否大于基体的表面自由能基本概念/16:12:23基本概念微观观点Adatomdiffusionh=exp(Eb/kT)LargescaleLongtimescaleTemperatureeffectsBondenergyDiffusionbarrier/16:12:23基本概念/16:12:23基本概念生长机制MorphologiesofAu/Au(001)filmsatvariousincidentenergy/16:12:234.1所用基片及

3、其处理方法薄膜涂层本身不能单独作为一种材料来使用，它必须与基片结合在一起来发挥它的作用。4.1.1基片类型玻璃基片、陶瓷基片、单晶基片、金属基片等。/16:12:23玻璃基片（1）玻璃是一种透明的具有平滑表面的稳定性材料，可以在小于500°C的温度下使用。玻璃的热性质和化学性质随其成分不同而有明显变化。/16:12:23石英玻璃在化学耐久性、耐热性和耐热冲击性方面都是最优异的。普通玻璃板和显微镜镜片玻璃是碱石灰系玻璃，容易熔化和成型，但其膨胀系数大。可以将普通玻璃板中的Na2O置换成B2O3，以减小其膨胀系数。硅酸盐玻璃就是这种成分代换的典型产品。玻璃基片（2）/16:12:23陶瓷基

4、片（1）(1)氧化铝基片氧化铝是很好的耐热材料，具有优异的机械强度，而且，其介电性能随其纯度提高而改善。基片必备的通孔、凹孔和装配各种电子器件、接头所用的孔穴等在成型时可同时自动加工出来。外形尺寸在烧结后可以调整，而孔穴间距在烧结后无法调整，所以要控制、减少烧结时收缩偏差量。/16:12:23(2)多层陶瓷基片为缩短大规模集成电路组装件的延迟时间，在陶瓷基片上高密度集成大规模集成电路的许多芯片，芯片间的布线配置于陶瓷基片内部和陶瓷片上部。若将这些布线多层化、高密度化，则布线长度变短，延迟时间也会缩短。基片上的多层布线常采用叠层法，包括厚膜叠层印刷法或薄膜叠层法。陶瓷基片（2）/16:1

5、2:23(3)镁橄榄石基片镁橄榄石(2MgO×SiO2)具有高频下介电损耗小、绝缘电阻大的特性，易获得光洁表面，可以作为金属薄膜电阻、碳膜电阻和缠绕电阻的基片或芯体，还可以作为晶体管基极和集成电路基片；其介电常数比氧化铝小，因此信号传送的延迟时间短。其膨胀系数接近玻璃板和大多数金属，且随其组成发生变化，因此它不同于氧化铝，很容易选择匹配的气密封接材料。陶瓷基片（3）/16:12:23(4)碳化硅基片高导热绝缘碳化硅是兼有高热导率数(25°C下为4.53W／(m×°C)和高电阻率(25°C下为013W×cm)的优异材料。另外，其抗弯强度和弹性系数大，热膨胀系数25－400°C条件下为3.

6、7－10-6／°C，因而适于装载大型元件。缺点：碳化硅的介电常数较大约为40，由于信号延迟时间正比于介电常数的平方根，因此碳化硅信号延迟时间为氧化铝的二倍。可以用Cu、Ni使碳化硅金属化，开发出许多应用领域，如集成电路基片和封装等。陶瓷基片（4）/16:12:23单晶体基片对外延生长膜的形成起着重要作用。需要很好地了解单晶体基片的热性质。基片晶体由于各向异性会产生裂纹，基片与薄膜间的热膨胀系数相差很大时，会在薄膜内残留大的应力，这样使薄膜的耐用性显著下降。单晶体基片（1）/16:12:23单晶体基片（2）/16:12:23在金属基片上制备薄膜的目的在于获得保护性和功能性薄膜，以及装饰性

7、薄膜。采用的金属基片的种类也日益多样化，作为基片的金属材料包括黑色金属、有色金属、电磁材料、原子反应堆用材料、烧结材料、非晶态合金和复合材料等。了解金属的典型物理性质和力学性质。金属基片/16:12:234.1.2基片的清洗薄膜基片的清洗方法应根据薄膜生长方法和薄膜使用目的而定。这是因为基片的表面状态严重影响基片上生长出的薄膜结构和薄膜物理性质。基片清洗方法一般分为去除基片表面上物理附着的污物的清洗方法和去除化学附着的污物的清洗方法。要使基片表