薄膜材料與薄膜技術(shù)

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1、薄膜材料與薄膜技術(shù)第八章薄膜技術(shù)薄膜與高新技術(shù)材料、信息技術(shù)與能源稱為現(xiàn)代人類文明的三大支柱。國民經(jīng)濟(jì)的各部門和高技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展都不可避免地受到材料發(fā)展的制約或推動。新材料的發(fā)展水平成為了衡量國家技術(shù)水平和綜合實力的重要標(biāo)志。何謂“新材料”？簡單地說，就是那些新出現(xiàn)或已在發(fā)展中的，在成分、組織、結(jié)構(gòu)、形態(tài)等方面不同于普通材料，具有傳統(tǒng)材料所不具備的優(yōu)異性能和特殊功能的材料。何謂“高技術(shù)”？簡單地說，就是采用新材料、新工藝，產(chǎn)生更高效益，能促進(jìn)人類物質(zhì)文明和精神文明更快進(jìn)步的技術(shù)。而薄膜，正是一種新型的材料，薄膜技術(shù)是一種新型的高技術(shù)。薄膜材料受到關(guān)注

2、的理由：(1)薄膜技術(shù)是實現(xiàn)器件輕薄短小化和系統(tǒng)集成化的有效手段。(2)隨著器件的尺寸減小乃至粒子量子化運動的尺度，薄膜材料或其器件將顯示出許多全新的物理現(xiàn)象。薄膜技術(shù)是制備這類新型功能器件的有效手段。(3)薄膜氣相沉積涉及從氣相到固相的超急冷過程，易于形成非穩(wěn)態(tài)物質(zhì)及非化學(xué)計量的化合物膜層。(4)由于鍍料的氣化方式很多，通過控制氣氛還可以進(jìn)行反應(yīng)沉積，因此，可以得到各種材料的膜層；可以較方便地采用光、等離子體等激發(fā)手段，在一般條件下，即可獲得在高溫、高壓、高能量密度下才能獲得的物質(zhì)。(5)通過基板、鍍料、反應(yīng)氣氛、沉積條件的選擇，可對界面結(jié)構(gòu)、結(jié)晶

3、狀態(tài)，膜厚等進(jìn)行控制；表面精細(xì)，便于光刻制電路圖形；有成熟經(jīng)驗，易于在其他應(yīng)用領(lǐng)域中推廣。市場份額由2004年的71億美元增長到2009年的135億美元年平均增長幅度達(dá)到13.7%。采用薄膜技術(shù)材料在世界范圍內(nèi)所占的市場薄膜與工作、生活的聯(lián)系互聯(lián)網(wǎng)與薄膜技術(shù)等離子壁掛電視發(fā)展迅猛的TFT-LCD生物計算機(jī)與薄膜技術(shù)正在進(jìn)展中的人造大腦微機(jī)械使重癥患者起死回生加速度傳感器實現(xiàn)MEMS的薄膜與微細(xì)加工技術(shù)原子的人工組裝碳納米管和富勒烯互聯(lián)網(wǎng)與薄膜技術(shù)當(dāng)今信息社會，人們通過電視機(jī)、收音機(jī)、手機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)等，可即時看到或聽到世界上所發(fā)生的“鮮”、“活”新聞，如

4、同人們長上了千里眼、順風(fēng)耳。完成這一切，需要許多采集、處理信息及通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，而這些設(shè)備都需要數(shù)量巨大的元器件、電子回路、集成電路等。薄膜技術(shù)是制作這些元器件、電子回路、集成電路的基礎(chǔ)。通過互聯(lián)網(wǎng)可以按計劃、遠(yuǎn)距離、隨心所欲地操作自宅家電可代替人工作的機(jī)器人將出現(xiàn)在我們面前等離子壁掛電視以等離子體平板顯示器、液晶顯示器為代表的平板顯示器。畫面對角線超過2.5ｍ，厚度僅有幾厘米，圖像清晰、逼真的壁掛式PDP已在機(jī)場、車站、會議室乃至家庭中廣泛采用。目前，可折疊卷曲的顯示器正在研究中，而且人們欣賞立體畫面的時代已為期不遠(yuǎn)。與此同時，發(fā)光二極管顯示器、有機(jī)

5、電致發(fā)光顯示器等也在急速發(fā)展之中。畫面對角線106cm的等離子壁掛彩電薄膜材料的簡單分類薄膜材料涂層或厚膜薄膜(<1um)材料保護(hù)涂層材料裝飾涂層光電子學(xué)薄膜微電子學(xué)薄膜其它功能薄膜(>1um)(力,熱,磁,生物等)薄膜材料的制備技術(shù)薄膜材料的制備技術(shù)真空技術(shù)噴涂電鍍物理氣相沉積技術(shù)(PVD)化學(xué)氣相沉積技術(shù)(CVD)蒸發(fā)-機(jī)械-化學(xué)方法大于1um薄膜材料的表征薄膜材料的表征結(jié)構(gòu)物性組份電子結(jié)構(gòu)光學(xué)性質(zhì)電學(xué)性質(zhì)力,熱,磁,生物等性質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)真空區(qū)域的劃分粗真空：1×105～1×102Pa。低真空：1×102～1×10－1Pa。高真空：1×10－1～1

6、×10－6Pa。超高真空：<1×10－6Pa。12/40半導(dǎo)體薄膜：Si介質(zhì)薄膜：SiO2，Si3N4,BPSG（硼磷硅玻璃），…金屬薄膜：Al，Cu，W，Ti，…在集成電路制備中，很多薄膜材料由淀積工藝形成.單晶薄膜：Si,SiGe（外延）多晶薄膜：poly-Si13/401）化學(xué)氣相淀積—ChemicalVaporDeposition(CVD)所需固體薄膜一種或數(shù)種物質(zhì)的氣體，以某種方式激活后，在襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并淀積出所需固體薄膜的生長技術(shù)。例如：APCVD,LPCVD,PECVD,HDPCVD2）物理氣相淀積—PhysicalVapor

7、Deposition(PVD)利用某種物理過程實現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，即將原子或分子轉(zhuǎn)移到襯底（硅）表面上，并淀積成薄膜的技術(shù)。例如：蒸發(fā)evaporation，濺射sputtering兩類主要的淀積方式14/40除了CVD和PVD外，制備薄膜的方法還有:銅互連是由電鍍工藝制作旋涂Spin-on鍍/電鍍electrolessplating/electroplating一、化學(xué)氣相沉積的基本原理化學(xué)氣相沉積:通過氣相化學(xué)反應(yīng)的方式將反應(yīng)物沉積在基片表面的一種薄膜制備技術(shù).三個基本過程化學(xué)反應(yīng)及沉積過程反應(yīng)物的輸運過程去除反應(yīng)副產(chǎn)物過程16/40化學(xué)氣相淀積（C

8、VD）單晶(外延）、多晶、非晶（無定型）薄膜半導(dǎo)體、介質(zhì)、金屬薄膜常壓化學(xué)氣相淀積（APCVD），低壓CVD