薄膜材料及其制备.
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薄膜材料耐磨及表面防护涂层金刚石薄膜集成电路中的薄膜材料磁记录薄膜和光储存薄膜 32
薄膜的材料及制备工艺
薄膜混合集成电路的制作工艺 中心议题：多晶硅薄膜的制备 摘要：本文主要介绍了多晶硅薄膜制备工艺，阐述了具体的工艺流程，从低压化学气相沉积(LPCVD)，准分子激光晶化(ELA)，固相晶化（SPC）快速热退火(RTA)，等离子体增强化学反应气相沉积(PECVD等，进行详细说明。 关键词：低压化学气相沉积(LPCVD)；准分子激光晶化(ELA)； 快速热退火(RTA)等离子体增强化学反应气相沉积(PECVD) 引言 多晶硅薄膜材料同时具有单晶硅材料的高迁移率及非晶硅材料的可大面积、低成本制备的优点。因此，对于多晶硅薄膜材料的研究越来越引起人们的关注，多晶硅薄膜的制备工艺可分为两大类：一类是高温工艺，制备过程中温度高于600℃,衬底使用昂贵的石英，但制备工艺较简单。另一类是低温工艺，整个加工工艺温度低于600℃，可用廉价玻璃作衬底，因此可以大面积制作，但是制备工艺较复杂。 1薄膜集成电路的概述
在同一个基片上用蒸发、溅射、电镀等薄膜工艺制成无源网路,并组装上分立微型元件、器件,外加封装而成的混合集成电路。所装的分立微型元件、器件，可以是微元件、半导体芯片或单片集成电路。 2物理气相沉积-蒸发 物质的热蒸发利用物质高温下的蒸发现象，可制备各种薄膜材料。与溅射法相比，蒸发法显著特点之一是在较高的真空度条件下，不仅蒸发出来的物质原子或分子具有较长的平均自由程，可以直接沉积到衬底表面上，且可确保所制备的薄膜具有较高纯度。 3 等离子体辅助化学气相沉积--PECVD
传统的CVD技术依赖于较高的衬底温度实现气相物质间的化学反应与薄膜沉积。PECVD在低压化学气相沉积进行的同时，利用辉光放电等离子体对沉积过程施加影响。促进反应、降低温度。 降低温度避免薄膜与衬底间不必要的扩散与化学反应；避免薄膜或衬底材料结构变化与性能恶化；避免薄膜与衬底中出现较大的热应力等。 4低压化学气相沉积(LPCVD)
高分子膜材料的制备方法
高分子膜材料的制备 方法 xxx级 xxx专业xxx班 学号：xxxxxxx xxx
高分子膜材料的制备方法 xxx （xxxxxxxxxxx，xx） 摘要：膜技术是多学科交叉的产物，亦是化学工程学科发展的新增长点，膜分离技术在工业中已得到广泛的应用。本文主要介绍了高分子分离膜材料较成熟的制膜方法（相转变法、熔融拉伸法、热致相分离法），而且介绍了一些新的制膜方法（如高湿度诱导相分离法、超临界二氧化碳直接成膜法以及自组装制备分离膜法等）。 关键词：膜分离，膜材料，膜制备方法 1.引言 膜分离技术是当代新型高效的分离技术，也是二十一世纪最有发展前途的高新技术之一，目前在海水淡化、环境保护、石油化工、节能技术、清洁生产、医药、食品、电子领域等得到广泛应用，并将成为解决人类能源、资源和环境危机的重要手段。目前在膜分离过程中，对膜的研究主要集中在膜材料、膜的制备及膜过程的强化等三大领域；随着膜过程的开发应用，人们越来越认识到研究膜材料及其膜技术的重要性，在此对膜材料的制备技术进行综述。 2.膜材料的制备方法
2.1 浸没沉淀相转化法 1963年，Loeb和Sourirajan首次发明相转化制膜法，从而使聚合物分离膜有了工业应用的价值，自此以后，相转化制膜被广泛的研究和采用，并逐渐成为聚合物分离膜的主流制备方法。所谓相转化法制膜，就是配置一定组成的均相聚合物溶液，通过一定的物理方法改变溶液的热力学状态，使其从均相的聚合物溶液发生相分离，最终转变成一个三维大分子网络式的凝胶结构。相转化制膜法根据改变溶液热力学状态的物理方法的不同，可以分为一下几种：溶剂蒸发相转化法、热诱导相转化法、气相沉淀相转变法和浸没沉淀相转化法。 2.1.1 浸没沉淀制膜工艺 目前所使用的膜大部分均是采用浸没沉淀法制备的相转化膜。在浸没沉淀相转化法制膜过程中，聚合物溶液先流延于增强材料上或从喷丝口挤出，而后迅速浸入非溶剂浴中，溶剂扩散进入凝固浴（J2），而非溶剂扩散到刮成的薄膜内（J1），经过一段时间后，溶剂和非溶剂之间的交换达到一定程度，聚合物溶液变成热力学不稳定溶液，发生聚合物溶液的液-液相分离或液-固相分离（结晶作用），成为两相，聚合物富相和聚合物贫相，聚合物富相在分相后不久就固化构成膜的主体，贫相则形成所谓的孔。 浸入沉淀法至少涉及聚合物/溶剂/非溶剂3个组分，为适应不同应用过程的要求，又常常需要添加非溶剂、添加剂来调整铸膜液的配方以及改变制膜的其他工艺条件，从而得到不同的结构形态和性能的膜。所制成的膜可以分为两种构型：平板膜和管式膜。平板膜用于板
氧化物薄膜的制备方法
氧化物薄膜的制备方法 不同的制备技术及工艺参数决定了薄膜的结构特性和光电性质。目前，制备氧化铜薄膜的方法主要有：磁控溅射法（Magnetron Sputtering）、金属有机物化学气相沉积（MOCVD）、喷雾热分解（Spray Pyrolysis）、溶胶-凝胶法（Sol-gel）、热蒸发镀膜法等。其中溅射法、MOCVD、脉冲激光沉积和热蒸发镀膜法都可以生长出性能良好的氧化铜薄膜，是制备氧化铜半导体光电器件的良好选择。下面简要介绍这几种常用方法[5]。 （1）磁控溅射法（Magnetron Sputtering） 磁控溅射法是目前（尤其是国内）研究最多、最成熟的一种氧化铜薄膜的制备方法。现已开发出以氧化铜陶瓷为靶材，沉积过程无化学变化的普通溅射方法和以铜为靶材，沉积过程中铜与环境气氛中的氧发生反应的反应溅射方法。磁控溅射可以制备出 c 轴高度择优取向，表面平整且透明度很高的致密薄膜。衬底可以是单晶硅片、玻璃、蓝宝石等。 磁控溅射法要求较高的真空度，合适的溅射功率及衬底温度，保护气体一般用高纯的氩气，反应气体为氧气。基本原理是：在阴极（靶材）和阳极（衬底）之间加电场，向真空室内通入氩气和氧气。在电场的作用下，真空室内的气体电离，产生离子。离子又在电场的作用下被加速，并向阴极靶材运动。由于施加在阳极和阴极之间的电场很强，电离的离子具有很高的动能并轰击阴极靶材，将靶材上的物质以分子和分子团的形式溅射出来并射向阳极衬底。磁控溅射由于磁场使等离子体局域在靶表面附近作摇摆式运动，延长了电子运动路径，提高了电子与反应粒子的碰撞几率，在靶表面附近形成高密度的等离子体区，从而达到高速溅射。高密度电子存在的另一个好处是使磁控溅射可以在比普通溅射低的气压下工作，从而减少微孔并获得柱状生长。磁场使大多数电子被封锁在靶附近区域，从而显著减少电子对薄膜的轰击损伤，也降低了基片的温升。磁控溅射制备工艺简单，容易实现掺杂、成本低、尾气无污染，适宜规模化生产。而且，磁控溅射法可以制备高度 c 轴取向，表面平整度高，可见光透过率高及光电性能良好的薄膜。由于磁控溅射是一种高能沉积方法，粒子轰击衬底或已经生长的薄膜表面容易造成损伤，因此生长单晶薄膜或本征的低缺陷浓度氧化铜半导体有很大难度。总体来看，溅射法制备的氧化铜薄膜质量不如利用MOCVD方法制备的氧化
薄膜制备方法
薄膜制备方法 1.物理气相沉积法(PVD):真空蒸镀、离子镀、溅射镀膜 2.化学气相沉积法(CVD):热CVD、等离子CVD、有机金属CVD、金属CVD。 一、真空蒸镀即真空蒸发镀膜,就是制备薄膜最一般的方法。这种方法就是把装有基片的真空室抽成真空,使气体压强达到10ˉ2Pa以下,然后加热镀料,使其原子或者分子从表面气化逸出,形成蒸汽流,入射到温度较低的基片表面,凝结形成固态薄膜。其设备主要由真空镀膜室与真空抽气系统两大部分组成。 保证真空环境的原因有①防止在高温下因空气分子与蒸发源发生反应,生成化合物而使蒸发源劣化。②防止因蒸发物质的分子在镀膜室内与空气分子碰撞而阻碍蒸发分子直接到达基片表面,以及在途中生成化合物或由于蒸发分子间的相互碰撞而在到达基片前就凝聚等③在基片上形成薄膜的过程中,防止空气分子作为杂质混入膜内或者在薄膜中形成化合物。 蒸发镀根据蒸发源的类别有几种: ⑴、电阻加热蒸发源。通常适用于熔点低于1500℃的镀料。对于蒸发源的要求为a、熔点高 b、饱与蒸气压低 c、化学性质稳定,在高温下不与蒸发材料发生化学反应 d、具有良好的耐热性,功率密度变化小。 ⑵、电子束蒸发源。热电子由灯丝发射后,被电场加速,获得动能轰击处于阳极的蒸发材料上,使蒸发材料加热气化,而实现蒸发镀膜。特别适合制作高熔点薄膜材料与高纯薄膜材料。优点有a、电子束轰击热源的束流密度高,能获得远比电阻加热源更大的能量密度,可以使高熔点(可高达3000℃以上)的材料蒸发,并且有较高的蒸发速率。b、镀料置于冷水铜坩埚内,避免容器材料的蒸发,以及容器材料与镀料之间的反应,这对于提高镀膜的纯度极为重要。c、热量可直接加到蒸发材料的表面,减少热量损失。 ⑶、高频感应蒸发源。将装有蒸发材料的坩埚放在高频螺旋线圈的中央,使蒸发材料在高频电磁场的感应下产生强大的涡流损失与磁滞损失(铁磁体),从而将镀料金属加热蒸发。常用于大量蒸发高纯度金属。 分子束外延技术(molecular beam epitaxy,MBE)。外延就是一种制备单晶薄膜的新技术,它就是在适当的衬底与合适条件下,沿衬底材料晶轴方向逐层生长新单晶薄膜的方法。外延薄膜与衬底属于同一物质的称“同质外延”,两者不同的称为“异质外延”。 10—Pa的超真空条件下,将薄膜诸组分元素的分子束流,在严格监控之下,直接喷MBE就是在8 射到衬底表面。其中未被基片捕获的分子,及时被真空系统抽走,保证到达衬底表面的总就是新分子束。这样,到达衬底的各元素分子不受环境气氛的影响,仅由蒸发系统的几何形状与蒸发源温度决定。 二、离子镀就是在真空条件下,利用气体放电使气体或被蒸发物质离化,在气体离子或被蒸发物质离子轰击作用的同时,把蒸发物或其反应物蒸镀在基片上。 常用的几种离子镀: （1）直流放电离子镀。蒸发源:采用电阻加热或电子束加热; 充入气体: 充入Ar或充入少量反应气体; 离化方式:被镀基体为阴极,利用高电压直流辉光放电离子加速方式:在数百伏至数千伏的电压下加速,离化与离子加速一起进行。 （2）空心阴极放电离子镀(HCD,hollow cathode discharge )。等离子束作为蒸发源,可充入Ar、其她惰性气体或反应气体;利用低压大电流的电子束碰撞离化, 0至数百伏的加速电压。离化与离子加速独立操作。 （3）射频放电离子镀。电阻加热或电子束加热,真空,Ar,其她惰性气体或反应气体; 利用射频等离子体放电离化, 0至数千伏的加速电压,离化与离子加速独立操作。 （4）低压等离子体离子镀。电子束加热,惰性气体,反应气体。等离子体离化, DC或AC
薄膜材料制备原理、技术及应用知识点2013by张为政
薄膜材料制备原理、技术及应用知识点1 一、名词解释 1. 气体分子的平均自由程:自由程是指一个分子与其它分子相继两次碰撞之间，经过 的直线路程。对个别分子而言，自由程时长时短，但大量分子的自由程具有确定的统计规律。气体分子相继两次碰撞间所走路程的平均值。 2. 物理气相沉积（PVD）：物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术表示在真 空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。发展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。 3. 化学气相沉积（CVD）：化学气相沉积(Chemical vapor deposition，简称CVD)是反应 物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。它本质上属于原子范畴的气态传质过程。 4. 等离子体鞘层电位：等离子区与物体表面的电位差值ΔV p即所谓的鞘层电位。 5. 溅射产额：即单位入射离子轰击靶极溅出原子的平均数，与入射离子的能量有关。 6. 自偏压效应：在射频电场起作用的同时，靶材会自动地处于一个负电位下，导致气 体离子对其产生自发的轰击和溅射。 7. 磁控溅射：在二极溅射中增加一个平行于靶表面的封闭磁场，借助于靶表面上形成 的正交电磁场，把二次电子束缚在靶表面特定区域来增强电离效率，增加离子密度和能量，从而实现高速率溅射的过程。 8. 离子镀：在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物部分离化，产生离子轰击 效应，最终将蒸发物或反应物沉积在基片上。结合蒸发与溅射两种薄膜沉积技术而发展的一种PVD方法。 9. 离化率：被离化的原子数与被蒸发气化的原子数之比称为离化率.一般离化装置的 离化率仅为百分之几,离化率较高的空心阴极法也仅为20～40% 10. 等离子体辅助化学气相沉积（PECVD）技术：是一种用等离子体激活反应气体,促 进在基体表面或近表面空间进行化学反应,生成固态膜的技术。等离子体化学气相沉积技术的基本原理是在高频或直流电场作用下，源气体电离形成等离子体，利用低温等离子体作为能量源，通入适量的反应气体，利用等离子体放电，使反应气体激活并实现化学气相沉积的技术。 11. 外延生长：在单晶衬底（基片）上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶 层，犹如原来的晶体向外延伸了一段，故称外延生长。 12. 薄膜附着力:薄膜对衬底的黏着能力的大小，即薄膜与衬底在化学键合力或物理咬 合力作用下的结合强度。 二、填空： 1、当环境中元素的分压降低到了其平衡蒸气压之下时，元素发生净蒸发。反之，元素发生 净沉积。 2、在直流放电系统中，气体放电通常要经过汤生放电阶段、辉光放电阶段和弧光放电阶段 三个放电过程，其中溅射法制备薄膜主要采用辉光放电阶段所产生的大量等离子体来形 1 微观永远大于宏观你永远大于人类今天永远大于永远■■■■■■■■纯属个人行为，仅供参考■■■■■■■■勿删■■■■■■■■■
纳米薄膜材料的制备方法
纳米薄膜材料的制备方法 摘要纳米薄膜材料是一种新型材料,由于其特殊的结构特点,使其作为功能材料和结构材料都具有良好的发展前景。本文综述了近几年来国内外对纳米薄膜材料研究的最新进展,包括对该类材料的制备方法、微结构、电、磁、光特性以及力学性能的最新研究成果。关键词纳米薄膜;薄膜制备; 微结构;性能 21 世纪,由于信息、生物技术、能源、环境、国防 等工业的快速发展, 对材料性能提出更新更高的要求,元器件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等要求材料的尺寸越来越小,航空航天、新型军事装备及先进制造技术使材料的性能趋于极端化。因此, 新材料的研究和创新必然是未来的科学研究的重要课题和发展基础,其中由于纳米材料的特殊的物理和化学性能, 以及 由此产生的特殊的应用价值, 必将使其成为科学研究的热点[1]。 事实上, 纳米材料并非新奇之物, 早在1000 多年以前, 我国古代利用蜡烛燃烧的烟雾制成碳黑作为墨的原料, 可能就是最早的纳 米颗粒材料;我国古代铜镜表面的防锈层, 经验证为一层纳米氧化锡颗粒构成的薄膜,这大概是最早的纳米薄膜材料。人类有意识的开展纳米材料的研究开始于大约50 年代,西德的Kanzig 观察到了BaTiO3 中的极性微区,尺寸在10~ 100纳米之间。苏联的G. A. Smolensky假设复合钙钛矿铁电体中的介电弥散是由于存Kanzig微区导致成分布不均匀引起的。60 年代日本的Ryogo Kubo在金属超微粒子理论中发现由于金属粒子的电子能级不连续,在低温下, 即当费米
能级附近的平均能级间隔> kT 时, 金属粒子显示出与块状物质不同的热性质[ 4]。西德的H. Gleiter 对纳米固体的制备、结构和性能进行了细致地研究[ 5]。随着技术水平的不断提高和分析测试技术手段的不断进步, 人类逐渐研制出了纳米碳管, 纳米颗粒,纳米晶体, 纳米薄膜等新材料, 这些纳米材料有一般的晶体和非晶体材料不具备的优良特性, 它的出现使凝聚态物理理论面临新的挑战。80 年代末有人利用粒度为1~ 15nm 的超微颗粒制造了纳米级固体材料。纳米材料由于其体积和单位质量的表面积与固体材料的差别,达到一定的极限, 使颗粒呈现出特殊的表面效应和体积效应,这些因素都决定着颗粒的最终的物理化学性能,如随着比表面积的显著增大,会使纳米粒子的表面极其活泼,呈现出不稳定状态,当其暴露于空气中时,瞬间就被氧化。此外, 纳米粒子还会出现特殊的电、光、磁学性能和超常的力学性能。 纳米薄膜的分类 纳米薄膜具有纳米结构的特殊性质, 目前可以分为两类: ( 1)含有纳米颗粒与原子团簇基质薄膜; ( 2) 纳米尺寸厚度的薄膜, 其厚度接近电子自由程和Denye 长度, 可以利用其显著的量子特性和统计特性组装成新型功能器件。例如, 镶嵌有原子团的功能薄膜会在基质中呈现出调制掺杂效应, 该结构相当于大原子超原子膜材料具有三维特征; 纳米厚度的信息存贮薄膜具有超高密度功能, 这类集成器件具有惊人的信息处理能力; 纳米磁性多层膜具有典型的周期性调制结构, 导致磁性材料的饱和磁化强度的减小或增强。对这
薄膜材料及其制备技术-2015级研究生
《薄膜材料及其制备技术》作业 ——材料科学与工程学院2015级研究生 1，在T=291K 时，水的表面张力系数（或表面能）10.07 3N m s -=?，63118.01610v m mol a --=醋，如果水滴半径810r m -=，请计算此时的蒸汽压'p （用p 表示）以及水滴内外压强差p D 。（10分） 2，从热力学的角度证明：当从过饱和（压强为p ’）的气相析出凝聚相时，凝聚 相的临界晶核尺寸r c 满足：2exp()'/B c v p p K Tr a s =；并由此得到结论：①当凝聚体晶核的尺寸r
薄膜材料的制备
对薄膜制备的综述 一．前言 随着薄膜科学技术与薄膜物理学的发展,薄膜在微电子、光学、窗器、表面改性等方面的应用日益广泛;而薄膜产业的日趋壮大又刺激了薄膜技术和薄膜材料的蓬勃发展。面对新技术革命提出的挑战,无机薄膜材料的制备方法也日新月异,与以往的制膜方法相比有了新的特点,方法也向着多元化的方向发展。这篇综述主要介绍了：薄膜材料的制备、举例发光薄膜的制备以及薄膜材料的发展前景。 二．薄膜材料的制备 主要内容：1.薄膜材料基础；2.薄膜的形成机理；3.物理气相沉积；4.化学气相沉积；5.化学溶液镀膜法；6.液相外延制膜法。 §1 薄膜材料基础 1. 薄膜材料的概念 采用一定方法，使处于某种状态的一种或几种物质（原材料)的基团以物理或化学方式附着于衬底材料表面，在衬底材料表面形成一层新的物质，这层新物质就是薄膜。简而言之，薄膜是由离子、原子或分子的沉积过程形成的二维材料。 2. 薄膜分类 （1）物态:气态、液态、固态（thin-solid-film）。 （2）结晶态：A非晶态：原子排列短程有序，长程无序。B晶态:a单晶：外延生长，在单晶基底上同质和异质外延；b多晶：在一衬底上生长，由许多取向相异单晶集合体组成。 （3）化学角度：有机和无机薄膜。 （4）组成：金属和非金属薄膜。 （5）物性：硬质、声学、热学、金属导电、半导体、超导、介电、磁阻、光学薄膜。 薄膜的一个重要参数：a厚度，决定薄膜性能、质量；b通常，膜厚小于数十微米，一般在1微米以下。
3. 薄膜应用 薄膜材料及相关薄膜器件兴起于20世纪60年代。是新理论、高技术高度结晶的产物。 （1）主要的薄膜产品： 光学薄膜、集成电路、太阳能电池、液晶显示膜、光盘、磁盘、刀具硬化膜、建筑镀膜制品、塑料金属化制品。 （2）薄膜是现代信息技术的核心要素之一： 薄膜材料与器件结合，成为电子、信息、传感器、光学、太阳能等技术的核心基础。 4.薄膜的制备方法 （1）代表性的制备方法按物理、化学角度来分，有： a物理成膜PVD、b化学成膜CVD （2）具体制备方法如下表流程图： §2 薄膜的形成机理 1.薄膜材料在现代科学技术中应用十分广泛,制膜技术的发展也十分迅速。制膜方法—分为物理和化学方法两大类；具体方式上—分为干式、湿式和喷涂三种，而每种方式又可分成多种方法。 2.薄膜的生长过程分为以下三种类型： (1) 核生长型（V olmer Veber型）：这种生长的特点是到达衬底上的沉积原子首先凝聚成核，后续的沉积原子不断聚集在核附近，使核在三维方向上不断长大而最终形成薄膜。核生长型薄膜生长的四个阶段： a. 成核：在此期间形成许多小的晶核，按同济规律分布在基片表面上； b. 晶核长大并形成较大的岛：这些岛常具有小晶体的形状； c. 岛与岛之间聚接形成含有空沟道的网络； d. 沟道被填充：在薄膜的生长过程中，当晶核一旦形成并达到一定尺寸之后，另外再撞击的离子不会形成新的晶核，而是依附在已有的晶核上或已经形成的岛上。分离的晶核或岛逐渐长大彼此结合便形成薄膜。 这种类型的生长一般在衬底晶格和沉积膜晶格不相匹配时出现。大部分的
薄膜材料及其制备技术
课程设计 实验课程名称电子功能材料制备技术 实验项目名称薄膜材料及薄膜技术 专业班级 学生姓名 学号 指导教师 薄膜材料及薄膜技术 薄膜技术发展至今已有200年的历史。在19世纪可以说一直是处于探索和预研阶段。经过一代代探索者的艰辛研究，时至今日大量具有各种不同功能的薄膜得到了广泛的应用，薄膜作为一种重要的材料在材料领域占据着越来越重要的地位，各种材料的薄膜化已经成为一种普遍趋势。其中包括纳米薄膜、量子线、量子点等低维材料，高K值和低K值介质薄膜材料，大规模集成电路用Cu布线材料，巨磁电阻、厐磁电阻等磁致电阻薄膜材料，大禁带宽度的“硬电子学”半导体薄膜材料，发蓝光的光电半导体材料，高透明性低电阻率的透明导电材料，以金刚石薄膜为代表的各类超硬薄膜材料等。这些新型薄膜材料的出现，为探索材料在纳米尺度内的新现象、新规律，开发材料的新特性、新功能，提高超大规
模集成电路的集成度，提高信息存储记录密度，扩大半导体材料的应用范围，提高电子元器件的可靠性，提高材料的耐磨抗蚀性等，提供了物质基础。以至于将薄膜材料及薄膜技术看成21世纪科学与技术领域的重要发展方向之一。 一、薄膜材料的发展 在科学发展日新月异的今天，大量具有各种不同功能的薄膜得到了广泛的应用，薄膜作为一种重要的材料在材料领域占据着越来越重要的地位。 自然届中大地、海洋与大气之间存在表面，一切有形的实体都为表面所包裹，这是宏观表面。生物体还存在许多肉眼看不见的微观表面，如细胞膜和生物膜。生物体生命现象的重要过程就是在这些表面上进行的。细胞膜是由两层两亲分子--脂双层膜构成，它好似栅栏，将一些分子拦在细胞内，小分子如氧气、二氧化碳等，可以毫不费力从膜中穿过。膜脂双层分子层中间还夹杂着蛋白质，有的像船，可以载分子，有的像泵，可以把分子泵到膜外。细胞膜具有选择性，不同的离子须走不同的通道才行，比如有K＋通道、Cl－通道等等。细胞膜的这些结构和功能带来了生命，带来了神奇。 二、薄膜材料的分类 目前，对薄膜材料的研究正在向多种类、高性能、新工艺等方面发展，其基础研究也在向分子层次、原子层次、纳米尺度、介观结构等方向深入，新型薄膜材料的应用范围正在不断扩大。当前薄膜科学与技术得到迅猛发展的主要原因是，新型薄膜材料的研究工作，始终同现代高新技术相联系，并得到广泛的应用，常用的有：超导薄膜、导电薄膜、电阻薄膜、半导体薄膜、介质薄膜、绝缘薄膜、钝化与保护薄膜、压电薄膜、铁电薄膜、光电薄膜、磁电薄膜、磁光薄膜等。近10年来，新型薄膜材料在以下几个方面的发展更为突出： （1）金刚石薄膜 金刚石薄膜的禁带宽，电阻率和热导率大，载流子迁移率高，介电常数小，击穿电压高，是一种性能优异的电子薄膜功能材料，应用前景十分广阔。 金刚石薄膜有很多优异的性质：硬度高、耐磨性好、摩擦系数高、化学稳定性好、热导率高、热膨胀系数小，是优良的绝缘体。金刚石薄膜属于立方晶系，面心立方晶胞，每个晶胞含有8个C原子，每个C原子采取sp3杂化与周围4个C原子形成共价键，牢固的共价键和空间网状结构是金刚石硬度很高的原因。
薄膜制备方法
薄膜制备方法 1.物理气相沉积法（PVD）：真空蒸镀、离子镀、溅射镀膜 2.化学气相沉积法（CVD)：热CVD、等离子CVD、有机金属CVD、金属CVD。 一、真空蒸镀即真空蒸发镀膜，是制备薄膜最一般的方法。这种方法是把装有基片的真空室抽成真空，使气体压强达到10ˉ2Pa以下，然后加热镀料，使其原子或者分子从表面气化逸出，形成蒸汽流，入射到温度较低的基片表面，凝结形成固态薄膜。其设备主要由真空镀膜室和真空抽气系统两大部分组成。 保证真空环境的原因有①防止在高温下因空气分子和蒸发源发生反应，生成化合物而使蒸发源劣化。②防止因蒸发物质的分子在镀膜室内与空气分子碰撞而阻碍蒸发分子直接到达基片表面，以及在途中生成化合物或由于蒸发分子间的相互碰撞而在到达基片前就凝聚等③在基片上形成薄膜的过程中，防止空气分子作为杂质混入膜内或者在薄膜中形成化合物。 蒸发镀根据蒸发源的类别有几种: ⑴、电阻加热蒸发源。通常适用于熔点低于1500℃的镀料。对于蒸发源的要求为a、熔点高 b、饱和蒸气压低 c、化学性质稳定，在高温下不与蒸发材料发生化学反应 d、具有良好的耐热性，功率密度变化小。 ⑵、电子束蒸发源。热电子由灯丝发射后，被电场加速，获得动能轰击处于阳极的蒸发材料上，使蒸发材料加热气化，而实现蒸发镀膜。特别适合制作高熔点薄膜材料和高纯薄膜材料。优点有a、电子束轰击热源的束流密度高，能获得远比电阻加热源更大的能量密度，可以使高熔点（可高达3000℃以上）的材料蒸发，并且有较高的蒸发速率。b、镀料置于冷水铜坩埚内，避免容器材料的蒸发，以及容器材料与镀料之间的反应，这对于提高镀膜的纯度极为重要。c、热量可直接加到蒸发材料的表面，减少热量损失。 ⑶、高频感应蒸发源。将装有蒸发材料的坩埚放在高频螺旋线圈的中央，使蒸发材料在高频电磁场的感应下产生强大的涡流损失和磁滞损失（铁磁体），从而将镀料金属加热蒸发。常用于大量蒸发高纯度金属。 分子束外延技术（molecular beam epitaxy,MBE)。外延是一种制备单晶薄膜的新技术，它是在适当的衬底与合适条件下，沿衬底材料晶轴方向逐层生长新单晶薄膜的方法。外延薄膜和衬底属于同一物质的称“同质外延”，两者不同的称为“异质外延”。 10—Pa的超真空条件下，将薄膜诸组分元素的分子束流，在严格监控之下，直接MBE是在8 喷射到衬底表面。其中未被基片捕获的分子，及时被真空系统抽走，保证到达衬底表面的总是新分子束。这样，到达衬底的各元素分子不受环境气氛的影响，仅由蒸发系统的几何形状和蒸发源温度决定。 二、离子镀是在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物质离化，在气体离子或被蒸发物质离子轰击作用的同时，把蒸发物或其反应物蒸镀在基片上。 常用的几种离子镀： （1）直流放电离子镀。蒸发源：采用电阻加热或电子束加热；充入气体：充入Ar或充入少量反应气体；离化方式：被镀基体为阴极，利用高电压直流辉光放电离子加速方式：在数百伏至数千伏的电压下加速，离化和离子加速一起进行。 （2）空心阴极放电离子镀（HCD，hollow cathode discharge ）。等离子束作为蒸发源，可充入Ar、其他惰性气体或反应气体；利用低压大电流的电子束碰撞离化，0至数百伏的加速电压。离化和离子加速独立操作。 （3）射频放电离子镀。电阻加热或电子束加热，真空，Ar，其他惰性气体或反应气体；利
薄膜制备的方法与技巧
一种新型有机薄膜制备方法的调研报告 电子91 09051015 刘明伟 （一）名称：表面分子印迹交替层状组装（SMILBL）薄膜； （二）调研途径：Google学术搜索；钱学森图书馆馆藏文献；中国知网；中外文核心期刊查询系统； （三）方法描述： (1)分子印迹技术：以某一特定的目标分子为模板，制备对该分子具有特异 选择性识别的聚合物。传统方法是将模板分子、功能单体、交联剂混合 在一起，聚合后再除去模板分子。 (2)SMILBL方法：模板分子与聚电解质在溶液中组装形成超分子复合物， 然后以此超分子复合物为构筑基元，与感光性高分子如重氮树脂（DAR） 通过常规交替层状组装形成聚合物多层膜，利用聚合物多层膜之间的光 化学反应形成稳定的多层膜，然后去除模板分子得到分子印迹交替组装 薄膜。以下是几种表面分子印迹交替层状组装薄膜的构建方法： （a）基于静电作用的单电荷分子非常规交替层状组装：将溶液中的静电负荷与界面交替沉寂相结合。例如以蒽丙酸钠作为待组装单电 荷分子，先在水溶液中将其与聚阳离子进行预组装，以此为基元 与聚阴离子交替组装，形成复合物多层膜。其中的蒽丙酸钠小分 子可通过盐溶液浸泡释放出来，形成选择性吸附负电荷分子的多 层膜。 （b）基于静电作用的交替层状组装表面印迹多层膜：解决了上述方法洗脱小分子后多层膜体系坍塌问题的一种方法。例如以带多个正 电荷Por为模板分子，先将其与聚阴离子PAA静电结合形成超分 子混合物，以此为基元与具光反应性的重氮树脂DAR交替层状 组装制备多层膜；再通过紫外光照射，重氮基团与聚丙烯酸的羧 基发生原位光化学反应，将静电力转化为化学键，从而极大提高 多层膜的稳定性。 （c）基于多价相互作用的交替组装表面印迹多层膜：为进一步提高SMILBL薄膜的选择性，引入基于氢键的多重相互作用来实现对 有相似结构分子的选择性吸附。例如选取具有多个氢键的模板分 子---茶碱衍生物，通过可逆的二硫键接枝到PAA聚合物链上形成 前驱体，再通过溶液中预组装使前驱体通过氢键识别形成共价键- 氢键复合物，再将它与DAR进行交替沉积得到多层膜。经光交 联及打断二硫键洗脱茶碱残基后，就实现了在交替沉积薄膜中构 筑稳定的具有多识别位点的结合空腔，从而可识别结构相近的茶 碱生物分子。
薄膜技术与薄膜材料复习重点汇编
薄膜技术与薄膜材料 一.考试题型 名词解释（10*2=20）判断题（10*1=10）多项选择题（8*2=16）简答题( 5*8=40) 论述题（1*14=14） 二.重点 1.薄膜的定义 2.气体平均自由程 3.真空泵的种类 4.真空的测量、真空度有哪些 5.检漏技术有哪些 6.CVD----定义、制备过程、条件、输入现象 7.CVD反应动力学、热力学 8.溶胶凝胶的基本概念、原理、水解与缩聚反应 9.CVD的种类 10.PVD---定义、原理 11.真空蒸发的原理，镀膜过程 12.热蒸发、饱和蒸汽压的定义 13.阴影效应 14.影响薄膜厚度均匀性的因素 15.什么叫外延 16.溅射法、能量传递过程、气体放电现象、辉光效应17.等离子体的定义 18.影响产额（溅射）的因素 19.磁控溅射的原理、过程、优缺点 20.各类溅射法适用于制备何种材料 21.什么叫靶材中毒 22.薄膜的生长过程 23.薄膜的生长过程的影响因素 24.薄膜生长的三种形式 25.薄膜中的热应力、生长应力分别是什么 26.薄膜厚度的测量 27.薄膜结构的表征方法，各类仪器的用途 28.改善附着力的途径
简答题（作业） 1.请简述化学气相沉积的原理和主要过程。 化学气相沉积是通过化学反应的方式，利用加热、等离子激励或光辐射等各种能源，在反应器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固界面上经化学反应形成固态沉积物的技术。 原理：在反应过程中，以气体形式提供构成薄膜的原料，反应尾气由抽气系统排出。通过热能（辐射、传导、感应加热等）除加热基板到适当温度之外，还对气体分子进行激发、分解，促进其反应。分解生成物或反应产物沉积在基板表面形成薄膜。 CVD法制备薄膜的过程——简化的四大过程 ①反应气体被基体表面吸附； ②反应气体向基体表面扩散； ③在基体表面发生反应； ④气体副产品通过基体表面由内向外扩散而脱离表面。 2.在利用蒸发法制备薄膜时，影响薄膜厚度均匀性的因素有哪些，如何改善薄膜厚度均匀性？ 影响薄膜厚度均匀性的因素：薄膜沉积的方向性和阴影效应 改善薄膜厚度均匀性的方法： 1）加大蒸发源到衬底表面的距离，但此法会降低沉积速率及增加蒸发材料损耗； 2）转动衬底； 3）如果同时需要沉积多个样品、且每个样品的尺寸相对较
固体薄膜材料与制备技术
一薄膜的特征 薄膜是一种二维材料，它在厚度方向上的尺寸很小，往往为纳米至微米级。从宏观上讲，薄膜是位于两个平面之间的一层物质，其厚度与另外两维的尺寸相比要小得多。从微观上讲，薄膜是由原子或原子团凝聚而成的二维材料。 一旦材料的厚度变得很小是就形成了二维薄膜，有些物理量会在表面中断，表面的能态和内部的能态迥然不同导致表面上的粒子所受到的力不同于体内的粒子，产生明显的非对称性，因而呈现一系列不同于块状材料的电学、磁学、光学、热学特性和化学特性等。 1表面散射效应影响电导率、电阻温度系数、霍尔系数、热电系数等。 2熔点降低。 薄膜的结构 可分为三种：组织结构、晶体结构和表面结构。 组织结构是指它的结晶形态，包括非晶、多晶和单晶结构。非晶结构，无定形态，基片温度较低时形成。多晶薄膜是有若干大小不等的岛状晶粒所组成的，多晶薄膜的晶粒可以按一定的取向排列起来形成不同的结构。薄膜中晶粒的择优取向发生在薄膜生长的各个阶段：初始成核阶段、小岛聚结阶段和最后阶段。若吸附原子在基片表示有较高的扩散速率，晶粒的择优取向发生在薄膜形成的初期阶段。如果媳妇原子的表面扩散速率较小，初始膜层则不会产生择优取向。在适当的单晶基片、温度、沉积速率等条件下，薄膜可以沿着单晶基片的结晶轴呈单晶生长，称为外延。实现外延生长必须满足三个条件：1吸附原子有较高的表面扩散速率；2基片与薄膜材料相容，即结构相似；3整体表面必须清洁、光滑和化学稳定性好。表面结构：在薄膜形成的过程中，入射到基片表面上的气相原子沉积到基片表面上之后，会在表面上作横向扩散，占据表面上的一些空位，导致薄膜表面积缩小，表面能逐步降低。另外，先期到达表面的原子在表面的吸附、堆积，会影响后到达的原子在基片上的扩散，容易形成“阴影”。吸附原子在表面上的横向扩散运动的能量大小与基片的温度密切相关。因为各向异性和表面粗糙度将增加表面能，结果薄膜在制备生长的过程中倾向于使表面光滑。基片温度较高，吸附原子的表面迁移速率增加，凝结优先发生在表面凹处，或沿某些晶面优先生长。基片温度较低时，因原子迁移速率很小，表面比较粗糙，且面积较大，容易形成多孔结构。 薄膜的缺陷 生长过程中会产生空位、位错，吸附杂质还会产生点缺陷、线缺陷、台阶、晶界等。内部点缺陷和表面点缺陷。薄膜中的点缺陷比体材料大得多。在生长乃至退火过程中还可能发生运动。线缺陷：位错往往贯穿值薄膜的表面，位错穿过表面的部分上产生运动所需的能量很高，从而处于钉扎状态。薄膜的位错较体材料的位错更难于运动，在力学和热力学上较为稳定。面缺陷：在较高温度下，大晶粒逐步侵蚀小晶粒，具体表现为晶界的运动。 附着、扩散和内应力使薄膜的固有特征。 二真空技术基础 在真空状态下，气体分子数密度降低，分子之间的碰撞频率减少，平均自由程加大，气体分子与器壁之间的碰撞频率也减少，气体在器壁表面上的吸附率降低，气体中的活性成分减少，因而真空状态是一个相对干净的环境。 低真空105~102pa 中真空102~10-1pa 高真空10-1~10-5pa 超高真空＜10-5pa 一般来说，蒸发沉积法要求压强小于10-3pa的高真空，溅射沉积法要求10~10-2pa的中、高真空，化学气相沉积法要求100~10-3pa的中高真空。 在低真空状态，为了获得压力差；在中真空状态，形成等离子体，气体的动力学性质明显，对流现象消失，剩余气体的化学作用大大减弱，沉积薄膜大都在此区域；高真空状态，真空
薄膜的制备及其力学性能测试方法
薄膜的制备及其力学性能测试方法 摘要：本文介绍了多种薄膜的制备方法和优缺点，同时介绍了纳米压痕和鼓泡法两种力学性能测试方法。 关键词：薄膜制备纳米压痕法鼓泡法力学性能 0引言 近年来,随着工业的现代化、规模化、产业化,以及高新技术和国防技术的发展,对各种材料表面性能的要求越来越高。20世纪80年代,现代表面技术被国际科技界誉为最具发展前途的十大技术之一。薄膜、涂层和表面处理材料的极薄表层的物理、化学、力学性能和材料内部的性能常有很大差异,这些差异在摩擦磨损、物理、化学、机械行为中起着主导作用,如计算机磁盘、光盘等,要求表层不但有优良的电、磁、光性能,而且要求有良好的润滑性、摩擦小、耐磨损、抗化学腐蚀、组织稳定和优良的力学性能。因此,世界各国都非常重视材料的纳米级表层的物理、化学、机械性能及其检测方法的研究。[1]同时随着材料设计的微量化、微电子行业集成电路结构的复杂化,传统材料力学性能测试方法已难以满足微米级及更小尺度样品的测试精度,不能够准确评估薄膜材料的强度指标和寿命 ;另外在材料微结构研究领域中, 材料研究尺度逐渐缩小,材料的变形机制表现出与传统块状材料相反的规律[2],所以薄膜的制备及其力学性能测试方法就成了重点。 1.薄膜材料的制备方法 1.1化学气相沉积法 化学气相沉积是一种材料的合成过程,气相原子或分子被输运到衬底表面附近,在衬底表面发生化学反应,生成与原料化学成分截然不同的薄膜。化合物蒸汽一般是常温下具有较高蒸汽压的气体,多采用碳氧化物、氧氧化物、卤化物、有机金属化合物等。化学气相沉积法成膜材料范围广泛,除了碱金属、碱土金属以外,几乎所有的材料均可以成膜,特别适用于绝缘膜、超硬膜等特殊功能膜的沉积。 1.2真空热键法 真空蒸镀法是将镀料在真空中加热、蒸发,使蒸发的原子或原子团在温度较低的基底上析出进而形成薄膜。加热镀料的方法主要是利用湾等高溶点金属通电加热(电阻加热法)和电子束加热法为主。为了防止高温热源的燃烧和镀料、膜层的氧化,必须把蒸镀室抽成真空。电阻加热法装置便宜、操作简单,广泛地应用于Cu、Ni、Au、Ag等材料成膜。而电子束加热法主要用于制备像半导体工业那样要求纯度极高的薄膜的制备,特别是在半导体和ICS导体布线用Al膜的蒸键方面应用最广。 真空蒸镀法的优点是工艺简便,纯度高,膜厚可以控制,通过掩膜易于形成所需要的图形。缺点是蒸镀化合物时由于热分解现象难以控制组分比,在低蒸气压下材料难以成膜。主要用于表面光洁、光学工业、电子工业、化学工业(如保护膜、装饰、钟表等)中。 1.3溅射键膜法 溅射现象就像是在碎石子路上投掷一个球,石子会被撞飞出去那样。靶材前面的等离子体相当于球,勒材表面的原子相当于碎石子。溅射出来的原子就在靶材对面的基底上沉积成膜。由于靶材面积大,以光源类比就相当于面光源,所以一般可以得到厚度均匀的薄膜。将靶材置于阴极,衬底置于阳极,并在阴极加一个负的直流高压电就可以在工作气氛中激发等离子体进行溅射。解决绝缘材料溅射的方法是在祀材和衬底之间施加射频交流电场,在交流电场的
薄膜制备
薄膜制备 （湖南工学院，电子0902班，30号沈旭韬） 摘要：介绍了氧化物薄膜制备方法和掺钇氧化锆（YSZ）薄膜的制备方法。其中氧化物薄膜制备方法包括磁控溅射法（Magnetron Sputtering）、金属有机物化学气相沉积（MOCVD）、喷雾热分解（Spray Pyrolysis）、溶胶-凝胶法（Sol-gel）、热蒸发镀膜法等。而掺钇氧化锆（YSZ）薄膜的制备方法包括化学气相沉积法、电化学气相沉积法、电泳沉积法、溶胶-凝胶法、溅射法、流延成型法和等离子喷涂等，并评述了这些方法的优缺点；YSZ薄膜作为重要的功能材料在气体、液体分离与纯化、高温催化膜反应器、燃料电池和功能涂层等方面的应用也被进行了介绍。指出了未来YSZ薄膜应用研究的发展趋势。 关键词：氧化物薄膜制备，掺钇氧化锆（YSZ）薄膜的制备，磁控溅射，金属有机物，化学气相沉积，喷雾热分解，点化学气相沉积，喷涂。 Abstract: t his paper introduces the oxide films and preparation methods of zirconium oxide film yttrium mixing method of preparation. One of the oxide films preparation methods including magnetron sputtering, metal organic chemical vapor deposition, spray pyrolysis, sol-gel ?, heat evaporating &coating method, etc. And ? zro2 membrane yttrium mixing the preparation methods including chemical vapor deposition method, electrochemical vapor deposition, electrophoresis deposition, sol-gel, sputtering method, ChengXingFa and plasma spraying, etc, and reviews the advantages and disadvantages of these methods, YSZ film as the important function of the material in the gas, liquid separation and purification, high catalytic membrane reactors, fuel cells and function, the application of coating were also introduced. YSZ points out the future trend of development of researches on the application of membrane. Keywords: yttrium oxide film preparation, mixing the preparation, zro2 membrane magnetron sputtering, metal organic and chemical vapor deposition, spray pyrolysis,。