厚薄膜材料與器件 第一章 緒論課件

薄厚膜材料與器件

TheFilmsandtheDevices

材料科學(xué)與技術(shù)系引言問題的提出什么是薄膜、厚膜？為什么要發(fā)展薄膜、厚膜及其元器件？薄膜、厚膜是怎么制備的？薄膜和厚膜的定義薄膜（thinfilm)：指采用一定工藝在一定材料（又稱襯底、底材、基片）的表面涂覆厚度約為0.01至數(shù)m的一層或多層涂層材料。一般認(rèn)為，膜厚不超過1m左右時(shí)為薄膜。厚膜（thickfilm）：當(dāng)涂覆的膜厚大于5m時(shí)，稱厚膜。厚膜注意兩者的差異薄膜厚膜不同類型的材料及其器件大尺寸小尺寸微小尺寸（數(shù)毫米以上）（毫米級(jí)）（微米級(jí)）陶瓷元件厚膜元件薄膜元件一、引言薄膜材料由于其在微觀結(jié)構(gòu)、宏觀性能等方面所具有的特殊性,在科學(xué)技術(shù)發(fā)展和人們的日常生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。薄膜材料研究不僅吸引了為數(shù)眾多的科技工作者,而且受到各國高技術(shù)產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。薄膜材料研究已經(jīng)滲透到物理學(xué)、化學(xué)、材料科學(xué)、信息科學(xué)乃至生命科學(xué)等各個(gè)研究領(lǐng)域,薄膜科學(xué)已經(jīng)逐漸發(fā)展成為一門多學(xué)科交叉的邊緣學(xué)科。從人類開始制作陶瓷器皿的彩釉算起,薄膜的制備與應(yīng)用已經(jīng)有一千多年的發(fā)展歷史。從制備技術(shù)、分析方法、形成機(jī)理等方面系統(tǒng)地研究薄膜材料則起始于二十世紀(jì)五十年代。直到二十世紀(jì)80年代,薄膜科學(xué)才發(fā)展成為一門相對獨(dú)立的學(xué)科。促使薄膜科學(xué)迅速發(fā)展的重要原因是薄膜材料的強(qiáng)大的應(yīng)用背景、低維凝聚態(tài)理論的不斷發(fā)展和現(xiàn)代分析技術(shù)的出現(xiàn)及分析能力的不斷提高。在信息顯示技術(shù)中的應(yīng)用在計(jì)算機(jī)技術(shù)中的應(yīng)用在計(jì)算機(jī)技術(shù)中的應(yīng)用在信息存貯技術(shù)中的應(yīng)用薄膜科學(xué)的研究內(nèi)容：薄膜生長理論和薄膜制備技術(shù)；薄膜的結(jié)構(gòu)、成分和微觀狀態(tài)；薄膜的宏觀特性及其應(yīng)用。

薄膜研究是以薄膜制備為起點(diǎn)的,因此,薄膜生長理論和薄膜制備技術(shù)是薄膜材料研究的基礎(chǔ)。二、基本概念表面相氣固界面、液固界面

薄膜生長的本質(zhì)是氣體-固體或液體-固體相變氣固液氣固表面成核cos=’-”’”基片表面與吸附質(zhì)（生長原料）的親和性

表面能，表面自由能和界面自由能接觸角

薄膜生長的微觀特征

AdatomdiffusionDiffusionbarrierTemperatureeffectsBondenergy

h=exp(Eb/kT)薄膜生長初期的島薄膜的薄膜形貌Au/TiO2薄膜形貌與生長條件的關(guān)系Vanode=0.0VVanode=40.0VMorphologiesofAu/Au(001)filmsatvariousincidentenergy入射能量：小大薄膜生長與入射能量的關(guān)系入射原子動(dòng)能的變化EvolutionofkineticEnergyofanincidentAuatomduringdeposition不同溫度下薄膜的生長特征100K300K400K450KMorphologyofAuepitaxyfilmsatvarioustemperatureThecoverageis0.21.薄膜和厚膜材料研究現(xiàn)狀薄膜材料的研究現(xiàn)狀

三、薄厚膜的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢電子薄膜材料的研究發(fā)展與信息技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展緊密相關(guān)。目前，電子薄膜的研究正向多功能、高性能、新工藝等方向發(fā)展。其基礎(chǔ)研究也在向分子層次、原子層次、納米尺度、介觀結(jié)構(gòu)等方向深入。近十年來，研究最為活躍的薄膜材料主要有：（1）新型半導(dǎo)體薄膜以非晶硅氫化物（a-Si:H）和非晶硅基合金膜（a-SiGe:H、a-SiC:H、a-SiN:H）為代表。為太陽能電池、顯示、傳感、探測、發(fā)光材料等。（2）超硬寬帶隙薄膜金剛石、氮化物等。窗口材料、紫外探測等。（3）納米薄膜發(fā)光材料、光電存儲(chǔ)等。（4）超晶格和量子井薄膜發(fā)光元器件、激光、探測器等。（5）光電子薄膜

光致發(fā)光、電致發(fā)光器件。（6）介質(zhì)薄膜、超導(dǎo)薄膜、巨磁阻薄膜

探測、存儲(chǔ)、傳感等元器件。厚膜材料的研究現(xiàn)狀厚膜材料是技術(shù)性非常高的材料，材料的各種物理特性和材料的配方密切相關(guān)。目前研究開發(fā)的厚膜元器件主要有：（1）厚膜導(dǎo)體材料(ThickFilmConductors)（2）厚膜電阻(ThickFilmResistors)（3）厚膜電位計(jì)(ThickFilmPotentiometers)（4）厚膜壓敏電阻(ThickFilmVaristors)（5）厚膜熱敏電阻(ThickFilmPTC/NTCThermistors)（6）厚膜介電材料(ThickFilmDielectrics)（7）厚膜電感器(ThickFilmInductor)厚膜電阻

厚膜熱敏電阻

厚膜電感器

2.薄膜和厚膜材料的發(fā)展趨勢及前景薄膜材料的制備技術(shù)發(fā)展正朝著提高薄膜質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)薄膜沉積過程的監(jiān)控及原位檢測等方向發(fā)展。具有新的結(jié)構(gòu)或組分的薄膜將不斷出現(xiàn)，以滿足新的應(yīng)用需要。薄膜制備與微電子技術(shù)的發(fā)展相結(jié)合，促進(jìn)新型薄膜元器件的開發(fā)。厚膜材料的發(fā)展將以厚膜制備技術(shù)的不斷改進(jìn)而得到加強(qiáng)。以片式結(jié)構(gòu)為特征的厚膜元器件將成為電子元器件的主要