第一章 薄膜概述

1.0薄膜的定義1.1薄膜的例子1.2薄膜的特性1.3薄膜的分類1.4薄膜材料的研究進(jìn)展1.5薄膜的應(yīng)用舉例1.6薄膜中的缺陷

第一章緒論什么是“薄膜”（thinfilm）過去人們常用厚度來描述，把厚度為零點(diǎn)幾納米到幾個(gè)微米的一層材料定義為薄膜。新定義：通過原子、分子、離子的沉積過程，在基片上所得到的二維材料。

1.0薄膜的定義1.2薄膜的特性用料少，成本方面考慮新的效應(yīng)新的材料容易實(shí)現(xiàn)多層膜薄膜和基片的粘附性薄膜的內(nèi)應(yīng)力缺陷1.2薄膜的特性2.新的效應(yīng)同塊體材料相比，由于薄膜材料的厚度很薄，很容易產(chǎn)生尺寸效應(yīng)，就是說薄膜材料的物性會(huì)受到薄膜厚度的影響。某一維度很小、比表面積大例：表面和界面效應(yīng)、耦合效應(yīng)部分薄膜具有納米效應(yīng)1.2薄膜的特性3.可以獲得體態(tài)下不存在的異常結(jié)構(gòu)和非化學(xué)計(jì)量比結(jié)構(gòu)薄膜的制法多數(shù)屬于非平衡狀態(tài)的制取過程，薄膜的結(jié)構(gòu)不一定和相圖相符合。規(guī)定把與相圖不相符合的結(jié)構(gòu)稱為異常結(jié)構(gòu)，不過這是一種準(zhǔn)穩(wěn)（亞穩(wěn)）態(tài)結(jié)構(gòu)，但由于固體的粘性大，實(shí)際上把它看成穩(wěn)態(tài)也是可以的，通過加熱退火和長時(shí)間的放置還會(huì)慢慢地變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)。Diamond:工業(yè)合成,2000℃，5.5萬大氣壓,CVD生長薄膜:常壓，800度.1.2薄膜的特性

化合物的計(jì)量比，一般來說是完全確定的。但是多組元薄膜成分的計(jì)量比就未必如此了。當(dāng)Ta在N2的放電氣體中被濺射時(shí)，對應(yīng)于一定的N2分壓，其生成薄膜的成分卻是任意的。另外，若Si或SiO在O2的放電中真空蒸鍍或?yàn)R射，所得到的薄膜的計(jì)量比也可能是任意的。由于化合物薄膜的生長一般都包括化合與分解，所以按照薄膜的生長條件，其計(jì)量往往變化相當(dāng)大。如輝光放電法得到的a-等，其x可在很大范圍內(nèi)變化。因此，把這樣的成分偏離叫做非理想化學(xué)計(jì)量比。多層膜是將兩種以上的不同材料先后沉積在同一個(gè)襯底上（也稱為復(fù)合膜），以改善薄膜同襯底間的粘附性。如金剛石超硬刀具膜：金剛石膜/TiC/WC-鋼襯底歐姆接線膜：Au/Al/c-BN/Ni膜/WC-鋼襯底。

多功能薄膜：

各膜均有一定的電子功能，如非晶硅太陽電池:玻璃襯底/ITO（透明導(dǎo)電膜）/P-SiC/i-μc-Si/n-μc-Si/Al和a-Si/a-SiGe疊層太陽電池:玻璃/ITO/n-a-Si/i-a-Si/P-a-Si/n-a-Si/i-a-SiGe/P-a-Si/Al至少在8層以上，總膜厚在0.5微米左右。超晶格膜:

是將兩種以上不同晶態(tài)物質(zhì)薄膜按ABAB……排列相互重在一起，人為地制成周期性結(jié)構(gòu)后會(huì)顯示出一些不尋常的物理性質(zhì)。如勢阱層的寬度減小到和載流子的德布羅依波長相當(dāng)時(shí)，能帶中的電子能級將被量子化，會(huì)使光學(xué)帶隙變寬，這種一維超薄層周期結(jié)構(gòu)就稱為超晶格結(jié)構(gòu)。當(dāng)和不同組分或不同摻雜層的非晶態(tài)材料（如非晶態(tài)半導(dǎo)體）也能組成這樣的結(jié)構(gòu)，并具有類似的量子化特性，如a-Si

/a-Si1-xNx

/a-Si/a-Si1-xCx

。應(yīng)用薄膜制備方法，很容易獲得各種多層膜和超晶格。1.3薄膜的分類1.3薄膜的分類從功能上分：電學(xué)薄膜，光學(xué)薄膜，磁性薄膜，保護(hù)膜，裝飾用膜、包裝膜等從結(jié)構(gòu)上分：無機(jī)薄膜，有機(jī)分子膜，單晶薄膜，多晶薄膜，非晶薄膜，多孔膜等電學(xué)薄膜：（1）半導(dǎo)體器件與集成電路中的導(dǎo)電材料與介質(zhì)薄膜材料Al,Cr,Pt,Au,Cu,多晶硅，硅化物，SiO2,Si3N4,Al2O3（2）超導(dǎo)薄膜YBaCuO,BiSrCaCuO，

TlBaCuO等高溫超導(dǎo)材料（3）光電子器件中使用的功能薄膜

GaAs/GaAlAs、HgTe/CdTe、a-Si:Ha-SiGe:H,a-SiC:H等晶態(tài)和非晶態(tài)薄膜（4）薄膜傳感器可燃性氣體傳感器SnO2，氧敏傳感器ZrO2,

熱敏傳感器Pt,Ni,SiC,

離子敏傳感器Si3N4,Ta2O5（5）薄膜電阻、電容、阻容網(wǎng)絡(luò)與混合集成電路，低電阻率：Ni-Cr，高電阻率:Cr-SiO,

薄膜電容：Zn，Al（6）薄膜太陽能電池:非晶硅、CuInSe2,CdSe1.3薄膜的分類（7）平板顯示器件：液晶顯示、等離子體顯示、電致發(fā)光顯示ITO透明電極，ZnS:Mn發(fā)光膜（8）ZnO、Ta2O3、AlN表面聲波元件（9）磁記錄薄膜與薄膜磁頭，CoCrTa、

CoCrNi，F(xiàn)eSiAl、巨磁阻材料（10）靜電復(fù)印材料Se-Te、SeTeAs、a-Si1.3薄膜的分類光學(xué)薄膜：（1）減反射膜：相機(jī)、攝像機(jī)、投影儀、望遠(yuǎn)鏡等MgF2，SiO2，ZrO2，Al2O3

紅外設(shè)備鏡頭上的ZnS，CeO2，SiO（2）反射膜：太陽能接收器、鍍膜反射鏡、激光器用的高反射率膜（3）分光鏡和濾波片：如彩色擴(kuò)印設(shè)備上1.3薄膜的分類（4）鍍膜玻璃：建筑、汽車隔熱（5）光存儲(chǔ)薄膜：光盤、唱片

Te81Ge15S2Sb2，TbFeCo（6）集成光學(xué)元件與光波導(dǎo)中的介質(zhì)薄膜與半導(dǎo)體薄膜磁性薄膜：硬盤，內(nèi)存，磁帶……保護(hù)膜：（1）硬質(zhì)膜，刀具、磨具表面的TiN，TiC，金剛石、C3N4，c-BN（2）耐腐蝕膜，非晶鎳膜，不銹鋼膜，抗熱腐蝕的NiCrAlY等（3）潤滑膜MoS2，MoS2-Au，MoS2-Ni，

Au，Ag，Pb1.3薄膜的分類1.4薄膜材料研究進(jìn)展1.4薄膜材料研究進(jìn)展（1）新型半導(dǎo)體薄膜：GaN，SiC，

ZnO，Diamond，GeSi，a-Si:H

改進(jìn)工藝，降低成本，研究新的應(yīng)用（2）超硬薄膜：Diamond，c-BN，b-C3N4BCN（3）納米薄膜材料（4）超晶格和量子阱薄膜（5）無機(jī)光電薄膜材料：III-V，II-V（6）Spintronics薄膜、稀磁半導(dǎo)體薄膜

ZnO:Mn，GaN:Mn，GaAs:Mn（7）有機(jī)薄膜微電和光電材料（OLED)

需要提高效率和可靠性（8）High-K、Low-K材料更快的速度、更高的集成度、更低的能耗，含氟氧化硅、Hf02、Zr02

（9）高溫超導(dǎo)和巨磁阻（10）有機(jī)薄膜及有機(jī)-無機(jī)混合薄膜（11）新型薄膜…1.4薄膜材料研究進(jìn)展1.6薄膜通常存在大量的缺陷PhysicalVaporDeposi