《薄膜材料与技术》ppt课件

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1、薄膜材料与薄膜技术王成新薄膜材料的简单分类薄膜材料涂层或厚膜薄膜(<1um)材料保护涂层材料装饰涂层光电子学薄膜微电子学薄膜其它功能薄膜(>1um)(力,热,磁,生物等)薄膜材料的制备技术薄膜材料的制备技术机械或化学方法真空技术(薄膜)喷涂电镀物理气相沉积技术(涂层)化学气相沉积技术电化学方法(薄膜)薄膜材料的表征薄膜材料的表征结构物性组份电子结构光学性质电学性质力,热,磁,生物等性质晶体结构主要内容真空技术基础薄膜制备的化学方法薄膜制备的物理方法薄膜的形成与生长薄膜表征薄膜材料真空技术基础真空的基本知识真空的获得真空的测量真空度的单位自然真空：宇宙空间所存在的真空；人为真空

2、：用真空泵抽调容器中的气体所获得的真空。几种压强单位的换算关系真空区域的划分粗真空：1×105～1×102Pa。低真空：1×102～1×10－1Pa。高真空：1×10－1～1×10－6Pa。超高真空：<1×10－6Pa。气体的吸附和脱附气体在固体表面的吸附物理吸附化学吸附分子作用选择性强相互作用强高温有效无选择性低温有效真空泵的分类常用真空泵的分类气体传输泵气体捕获泵扩散泵钛升华泵溅射离子泵低温冷凝泵机械泵分子泵真空的获得几种常用真空泵的工作压强范围旋片式机械真空泵旋片泵结构示意图旋片泵工作原理图其他两种真空泵分子泵结构示意图低温泵结构示意图真空的测量真空测量绝对真空计相对真

3、空计U型压力计压缩式真空计放电真空计热传导真空计电离真空计电阻真空计规管中的加热灯丝是电阻温度系数较大的钨丝或铂丝，热丝电阻连接惠斯顿电桥，并作为电桥的一个臂，低压强下加热时，灯丝所产生的热量Q可表示为：Q=Q1+Q2,式中Q1是灯丝辐射的热量，与灯丝温度有关；Q2是气体分子碰撞灯丝而带走的热量，大小与气体的压强有关。电阻真空计的测量范围大致是105～10-2Pa。电阻真空计结构示意图热偶真空计右图装置为热偶真空计示意图。其规管主要由加热灯丝C与D和用来测量热丝温度的热电偶A与B组成。测量时，热偶规管接入被测真空系统，热丝通以恒定的电流，灯丝所产生的热量Q有一部分将在灯丝与热

4、偶丝之间传导散去。当气体压强降低时，热电偶节点处的温度将随热丝温度的升高而增大，同样，热电偶冷端的温差电动势也增大。热偶真空计的测量范围大致是102～10－1Pa。常见气体或蒸气的修正系数电离真空计电离真空计结构示意图电离产生的正离子I＋与发射电子流Ie、气体的压强之间的关系为：I＋＝kIeP,其中k为比例常数，存在范围是4～40之间。普通型电离真空计的测量范围是1.33×10－1～1.33×10－5Pa,无论高于还是低于此测量极限都会使电子流I＋和气体的压强之间失去线型关系。薄膜制备的化学方法热生长化学气相沉积电镀化学镀阳极反应沉积法LB技术热生长的基本概念热生长技术:在充

5、气条件下,通过加热基片的方式,利用氧化,氮化,碳化等化学反应在基片表面制备薄膜的一种技术.主要应用在金属和半导体氧化物薄膜的制备.热生长George等人使用这个试验装置，在空气和超热水蒸汽下通过对Bi膜的氧化制备了Bi2O3膜。化学气相沉积的基本原理化学气相沉积:通过气相化学反应的方式将反应物沉积在基片表面的一种薄膜制备技术.三个基本过程化学反应及沉积过程反应物的输运过程去除反应副产物过程化学气相沉积反应器基本类型四种基本类型低压反应器:小流量,适当尺度常压反应器:大流量,大尺度热壁反应器:整个反应器加热冷壁反应器:只加热基片化学气相沉积中的基本化学反应1.热分解反应SiH4

6、(气)Si(固)+2H2(气)2.还原反应SiCl2(气)+2H2(气)Si(固)+4HCl(气)3.氧化反应-制备氧化物SiH4(气)+O2(气)SiO2(固)+2H2(气)4.氮化或碳化反应-制备氮化物和碳化物3SiH4(气)+4NH3(气)Si3N4(固)+12H2(气)3TiCl4(气)+CH4(气)TiC(固)+4HCl(气)5.化合反应-化合物制备Ga(CH3)2(气)+AsH3(气)GaAs(固)+3CH4(气)化学气相沉积的优缺点可以准确控制薄膜的组分及掺杂水平使其组分具有理想化学配比；可在复杂形状的基片上沉积成膜；由于许多反应可在大气压下进行，系统不需要昂贵

7、的真空设备；高沉积温度会大幅度改善晶体的完整性；可以利用某些材料在熔点或蒸发时分解的特点而得到其他方法无法得到的材料；沉积过程可以在大尺寸基片或多基片上进行。化学气相沉积是制备各种各样薄膜材料的一种重要和普遍使用的技术，利用这一技术可以在各种基片上制备元素及化合物薄膜。其优点是：化学反应需要高温；反应气体会与基片或设备发生化学反应；在化学气相沉积中所使用的设备可能较为复杂，且有许多变量需要控制。其缺点是：化学气相沉积制备的薄膜材料化学气相沉积制备非晶BN薄膜Nakamura使用的沉积条件为：B10H14