《薄膜材料a》PPT课件

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1、第一章绪论§1.1薄膜的定义及特性§1.2薄膜材料研究现状1§1.1薄膜的定义及特性薄膜的历史，要追溯到一千多年以前。近30年来，真正作为一门新型的薄膜科学与技术。目前，薄膜材料已是材料学领域中的一个重要分支，它涉及物理、化学、电子学、冶金学等学科，在国防、通讯、航空、航天、电子工业、光学工业等方面有着特殊的应用，逐步形成了一门独特的学科“薄膜学”。2薄膜材料的合成：可用各种单质元素及无机化合物或有机材料来制作膜，也可用固体、液体或气体物质来合成薄膜。薄膜不同于通常的气态、液态、固态和等离子态的一种新的凝聚

2、态物质，可为气相、液相和固相或是它们的组合。薄膜与块体一样，可以是单晶、多晶、微晶、纳米晶、多层膜、超晶格膜等。也可以是均相的或非均相的，对称的或非对称的，中性的或荷电的。3本科程的研究对象在固体表面（基片或衬底）上镀一层与基材不同的薄膜材料。利用固体本身生成与基体不同的材料。基片上的固态薄膜4薄膜（thinfilm）薄膜这个词是随着科学和技术的发展而自然出现的，有时与类似的词汇“涂层”（coating）、“层”（layer）、“箔”（foil）等有相同的意义，但有时又有些差别。薄膜是指尺度在某个一维方向远

3、远小于其他二维方向，厚度可从纳米级到微米级的材料。常常用厚度对薄膜加以描述。通常把膜层无基片而能独立成形的厚度作为薄膜厚度的一个大致的标准，规定其厚度约在1m左右。有时把厚度为几十微米的膜层也称为薄膜。5从表面科学的角度来说，薄膜物理研究的范围通常是涉及材料表面几个至几十个原子层，在这个范围内的原子和电子结构与块体内部有较大差别。薄膜的制备，绝不是将块体材料（如金属）压薄而成的，而是通过特殊方法（物理气相沉积PVD、化学气相沉积CVD）制备的。在真空薄膜沉积过程中，可以看成是原子量级的铸造工艺，它是将单个

4、原子一个一个地凝结在衬底表面上（成核、生长）形成薄膜。薄膜的原子结构类似于它的块状形式，但也发生了很大变化，不仅存在多晶、表面、界面结构缺陷态及结构的无序性，而且还有薄膜同衬底的粘附性等问题。6几个概念相：系统中具有同一凝聚状态，同一晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。界面：在一定温度和压力条件下，两个不同相之间的交界面。如固-固、固-液、固-气界面。表面：固体材料与气体或液体间的分界面，它具有与固体内部不同的独特的物理和化学特性。晶界：多晶材料中，成分、结构相同而取向不同的晶粒之间的界面。相界：

5、固体材料中成分、结构不同的两相之间的界面。7薄膜的结构特征从基本理论上看，把块状固体理论的结论硬往薄膜上套用，是不全面的。薄膜结构中的原子排列都存在一定的无序性和一定的缺陷态。而块状固体理论是以原子周期排列为基本依据，电子在晶体内的运动服从布洛赫定理，电子迁移率很大。但在薄膜材料中，由于无序性和薄膜缺陷态的存在，电子在晶体中将受到晶格原子的散射，迁移率变小（除部分近单晶薄膜外），将使薄膜材料的电学、光学、力学等性能受到很大影响。8能带理论是单电子近似的理论——把每个电子的运动看成是独立的在一个等效势场中的运

6、动。能带理论的出发点——固体中的电子不再束缚于个别的原子，而是在整个固体内运动___共有化电子。共有化电子的运动状态——假定原子实处在其平衡位置，把原子实偏离平衡位置的影响看成微扰。理想晶体——晶格具有周期性，等效势场V(r)具有周期性。布洛赫定理——能带理论9薄膜材料科学与技术研究内容材料的制备工艺（合成）技术：如何使某一物质（块状、液态等）能成为薄膜形状？研究薄膜具有哪些新的特性（包括光、热、电、磁力等），研究这些特性的物理本质。如何把这些薄膜材料应用于各个领域，尤其是用于高新科技领域。10薄膜材料分类

7、（1）电学薄膜半导体器件与集成电路中使用的导电材料与介质薄膜材料Al、Cr、Pt、Au、多晶硅、硅化物、SiO2、Si3N4、Al2O3等的薄膜。超导薄膜：YBaCuO系稀土元素氧化物超导薄膜，BiSrCaCuO系和TlBaCuO(铊)系非稀土元素氧化物超导薄膜。光电子器件中使用的功能薄膜：GaAs/GaAlAs、HgTe/CdTe(碲)、a-Si:H、a-SiC:H、a-SiN:H、a-Si/a-SiC等一系列晶态与非晶态超晶格薄膜。按薄膜的功能及其应用领域amorphous11薄膜敏感元件与固态传感器：

8、SnO2薄膜可燃性气体传感器、ZrO2薄膜氧敏传感器、Pt、Ni等金属薄膜与Co-Mn-Ni等氧化物薄膜及SiC薄膜的热敏电阻和Si3N4、Ta2O5(钽)薄膜的离子敏传感器等。薄膜电阻、薄膜电容、薄膜阻容网络与混合集成电路：Ni-Cr系列低电阻率和Cr-SiO系列高电阻率的金属膜电阻，以涤纶薄膜或聚丙烯薄膜为基材（介质），以镀铝膜或镀锌膜为电极制造的薄膜电容等。薄膜太阳能电池：非晶硅、CuInSe2和CdSe薄