8-1物理气相沉积题稿.pptx

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 since 1970s→→ 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、塑料膜等。 沉积薄膜物质无限制→→基体无限制 application 1.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