物理气相沉积课件.ppt

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1、第八章气相沉积技术气相沉积技术:发展迅速，应用广泛→→表面成膜技术application→→制备各种特殊力学性能的薄膜涂层，如超硬、高耐蚀、耐热和抗氧化等。制备各种功能薄膜材料和装饰薄膜涂层等。薄膜制备技术的应用情况超硬薄膜性能对比since1970s→→薄膜技术和薄膜材料→→发展突飞猛进→→成果累累当代真空技术和材料科学中最活跃的研究领域微电子工业乃至信息工业的基础工艺:气相沉积技术+微细加工技术（光刻腐蚀、离子刻蚀、反应离子刻蚀、离子注入和离子束混合改性等在内的微细加工技术领域）可沉积的物质：金属膜、合金膜，化合物、非金属、半导体、陶瓷、塑料膜

2、等。沉积薄膜物质无限制→→基体无限制application1.大量用于电子器件和大规模集成电路制作2.制取磁性膜及磁记录介质、绝缘膜、电介质膜、压电膜、光学膜、光导膜、超导膜、传感器膜和耐磨、耐蚀、自润滑膜、装饰膜以及各种特殊需要的功能膜等在促进电子电路小型化、功能高度集成化方面发挥着关键的作用。薄膜技术：1.薄膜材料与制备技术2.薄膜沉积过程监测控制技术3.薄膜检测技术与薄膜应用技术薄膜产业→→门类齐全。一、薄膜的定义和基本性质1．薄膜的定义8－1薄膜及其制备方法按照一定的需要，利用特殊的制备技术，在基体表面形成厚度为亚微米至微米级的膜层。从原子

3、尺度来看，薄膜的表面呈不连续性，高低不平，薄膜内部有空位、位错等缺陷，并且有杂质的混入。用各种工艺方法，控制一定的工艺参数，可以得到不同结构的薄膜，如单晶薄膜、多晶薄膜、非晶态薄膜、亚微米级的超薄膜以及晶体取向外延薄膜等。2．薄膜的基本性质(1)力学性质：其弹性模量接近体材料，但抗拉强度明显地高于体材料，有的高达200倍左右。这与薄膜内部高密度缺陷有关。(2)导电性：电阻率极大；但电阻率随膜厚增大而急剧下降。(3)电阻温度系数：一般金属薄膜的电阻温度系数也与膜厚t有关，t小于数十纳米时为负值，而大于数十纳米时为正值。(4)密度：一般来说，薄膜的密度

4、比体材料低。(5)时效变化：薄膜制成后，它的部分性质会随时间延长而逐渐变化；在一定时间或在高温放置一定时间后，这种变化趋于平缓。几乎所有的固体材料都能制成薄膜材料。由于其极薄，通常为几十纳米到微米级，因而需要基底支承。薄膜和基底是不可分隔的，薄膜在基底上生长，彼此有相互作用．薄膜的一面附着在基底上，并受到约束又会产生内应力。基底的类型很多，例如微晶玻璃、蓝宝石单晶等都是用得很多的基底。单晶基底可以生长外延薄膜。硬质薄膜可以生长在硬质合金、高速钢等的表面，如TiN、TiC等薄膜，使表面硬化。总之．根据薄膜用途的不同，对基底的要求也不同。二、薄膜的形成

5、过程及研究方法1．薄膜的形成过程气相生长薄膜的过程大致上可分为形核和生长两个阶段。2．薄膜形成过程的研究方法采用多种方法来观察薄膜的形成过程，如透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)，场离子显微镜(FIM)、扫描隧道显微镜(STM)、原子力显傲镜(AFM)等，其中最方便的是原子力显微镜。聚四氟乙烯材料（PTFE）三、薄膜的种类和应用1．薄膜的种类随着经济和科学技术的发展，各种需要对薄膜材料和薄膜技术提出了各种各样的要求：(1)成分：金属、合金、陶瓷、半导体、化合物、塑料及其他高分子材料薄膜。(2)结构：有多晶、单晶、非晶态、超晶格、按特

6、定方向取向、外延生长等。(3)表面形貌：有的表面凹凸有极高的要求，如光导膜表面要控制在零点几纳米之内。(4)尺寸：厚度从几纳米到几微米，长度从纳米、微米级(如超大规模集成电路的图形宽度)到成千上万米(如磁带)，有的要求工件表面尺寸稳定，有的要求严格控制厚度。太阳能薄膜电池按用途分类来划分：(1）光学薄膜、(2)电子薄膜、(3)力学薄膜(4)防护薄膜、(5)装饰薄膜。2．薄膜的应用薄膜因其厚度很小，加上结构因素和表面效应，会产生许多块材料所不具备的新性质和新功能，特别是随着电子电路的小型化，薄膜的实际体积接近零这一特点显得更加重要。薄膜工艺的发展和一

7、些重大突破，伴随着各种类型新材料的开发和新功能的发现，它们蕴藏着极大的发展潜力，并为新的技术革命提供可靠的基础。现在薄膜应用已经扩大到各个领域，薄膜产业迅速崛起，如卷镀薄膜产品、塑料金属化制品、建筑玻璃镀膜制品、光学薄膜、集成电路薄膜、液晶显示器、刀具硬化膜、光盘、磁盘等等，都已有了很大的生产规模。在今后一个相当长的时期内，薄膜产业仍将不断发展，前景光明。四、薄膜的制备方法1．一般的制备方法按环境压力可分为真空、常压和高压三类制膜方法，按压力高低的顺序来排列：(1)真空蒸镀(10-3Pa以下)；(2)离子镀膜(10-3～10-1Pa)；(3)溅射镀

8、膜(10-1Pa)；(4)低压化学气相沉积LPCVD(10Pa～10-1Pa)；(5)等离子体化学气相沉积LCVD(10P