第六章 薄膜基礎(chǔ)

第六章薄膜基礎(chǔ)薄膜分類（按功能及其應(yīng)用領(lǐng)域）：⑴電學(xué)薄膜①半導(dǎo)體器件與集成電路中使用的導(dǎo)電材料與介質(zhì)薄膜材料Al、Cr、Pt、Au、多晶硅、硅化物薄膜；

SiO2、Si3N4、Ta2O5、SiOF薄膜。②超導(dǎo)薄膜YbaCuO系高溫超導(dǎo)薄膜；

BiSrCaCuO系高溫超導(dǎo)薄膜；

TiBaCuO系高溫超導(dǎo)薄膜。YBa2Cu3O7-x

Film③光電子器件中使用的功能薄膜GaAs/GaAlAs、HgTe/CdTe、a-Si：H、A-SiGe：H、a-SiC：H、a-SiN：H、a-Si/a-SiC等一系列晶態(tài)與非晶態(tài)超晶格薄膜。C-VCharacteristics

of

GaAs/AlGaAs

SuperlatticeStructureshowingcapacitance

Oscillations

Associatwithchargeaccumulation

due

to

the

sequentialtunneling

of

electrons.④薄膜敏感元件與固態(tài)傳感器薄膜可燃?xì)怏w傳感器、薄膜氧敏傳感器、薄膜應(yīng)變電阻與壓力傳感器、薄膜熱敏電阻和薄膜離子敏傳感器等。Thin

Film

Pressure

SensorCopper-indium-diselenide

(CuInSe2,

or

CIS)Thin-film

material

with

efficiency

of

up

to

17%.The

material

is

promising,

yet

not

widely

useddue

to

production

specific

procedures.⑥薄膜太陽能電池非晶硅、CuInSe2和CdSe薄膜太陽電池。⑦

平板顯示器件液晶顯示、等離子體顯示和電致發(fā)光顯示三大類平板顯示器件所用的透明導(dǎo)電電極（ITO薄膜）。電致發(fā)光多層薄膜（包括ITO膜，ZnS：Mn等發(fā)光膜，Al電極膜等）組成的全固態(tài)平板顯示器件及OLED顯示器件。OLED

Displays:

Better

ThanPlasma

Or

LCD⑧

用ZnO、AlN等薄膜制成的聲表面波濾波器。⑨

磁記錄薄膜與薄膜磁頭高質(zhì)量和錄象的磁性材料薄膜錄音帶與錄象帶；

計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的CoCrTa、CoCrNi等的薄膜軟盤和硬盤；垂直磁記錄中FeSiAl薄膜磁頭等。⑩靜電復(fù)印鼓用Se-Te、SeTeAs合金薄膜及非晶硅薄膜。three

layers⑵光學(xué)薄膜減反射膜、反射膜、分光鏡、濾光片；照明光源所用的反熱鏡與冷光鏡薄膜；建筑物、汽車等交通工具所用的鍍膜玻璃；激光唱片與光盤中的光存儲(chǔ)薄膜；集成光學(xué)元件所用的介質(zhì)薄膜與半導(dǎo)體薄膜。ANTI-REFLECTION

CHART刀具表面氮化物、氧化物、碳化物鍍膜⑶硬質(zhì)膜、耐蝕膜、潤滑膜⑷有機(jī)分子薄膜⑸裝飾膜⑹包裝膜6.1薄膜基片6.1.1基片材料氧化鋁基片：1-5uin/in的氧化鋁（

99.5%）陶瓷基片。用途：微波電路、電阻網(wǎng)絡(luò)、A/D或D/A轉(zhuǎn)換器和其他各種模擬電路。滿足標(biāo)準(zhǔn)：良好的機(jī)械強(qiáng)度；原子級(jí)的光滑表面；對(duì)工藝中使用的化學(xué)材料不活潑；高熱導(dǎo)率；高體電阻率和面電阻率；與薄膜層有相似的熱膨脹系數(shù)；高機(jī)械強(qiáng)度；抗熱沖擊能力強(qiáng)；零孔性；基片波紋彎曲不超過1mil(25.4um)；低制造成本。制造方法：煅燒單晶基片：硅、鍺和藍(lán)寶石制造方法：CZ，火焰熔化法6.2.1基片的特性表面紋理表面平整度孔隙度體電阻率介電特性熱膨脹

熱導(dǎo)率6.2物理特性6.2.2金屬的特性電特性電導(dǎo)率 電遷移機(jī)械特性附著強(qiáng)度:兩種不同物體或材料接合的機(jī)械強(qiáng)度。附著失效：斷裂或變形引起的機(jī)械失效化學(xué)原因應(yīng)力：在膜生長(zhǎng)初期膜厚非常薄時(shí)產(chǎn)生。應(yīng)力—壓縮性，可導(dǎo)致起泡，---拉伸性，可導(dǎo)致微裂紋。若為各向同性壓縮性應(yīng)力，會(huì)變成蠕蟲爬

跡形，反之，若為各向同性拉伸性應(yīng)力，導(dǎo)致干

泥巴狀泡。6.3薄膜導(dǎo)體6.3.1導(dǎo)體材料和特性第四章講過6.4薄膜電阻6.4.1電阻特性接觸電阻：流經(jīng)兩個(gè)固體材料之間的電流路徑呈現(xiàn)的阻值。兩個(gè)導(dǎo)體間，一個(gè)半導(dǎo)體+一個(gè)導(dǎo)體，一個(gè)導(dǎo)體+一個(gè)絕緣體形成高接觸電阻原因：兩個(gè)相連固體總接觸面間不均勻的表面接觸；兩個(gè)互相接觸的固體間的電勢(shì)不同。接觸電阻組成：一部分：接觸界面下面的電流必須流過的薄膜的電阻；另一部分：因電阻表面和金屬焊盤接觸界面間形成合金混合物或化合物引起的界面電阻。

穩(wěn)定性：通常將電阻在高溫下（100-150℃）以額定電壓滿載加電1000-2000h，然后測(cè)量其阻抗的百分比變化。

可靠性：某物品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)所要求功能的概率。一個(gè)產(chǎn)品在規(guī)定時(shí)間內(nèi)和規(guī)定條件下無故障地實(shí)現(xiàn)規(guī)定功能的概率。表6.5可靠性的表征指標(biāo)表6.6

可靠性分析和預(yù)測(cè)的階段

p155平均失效時(shí)間（MTBF）：產(chǎn)品相繼故障間的平均時(shí)間MTBF=1/失效率注意：此定義假定所指產(chǎn)品可被修復(fù)且每次在失效后可重新投入使用?？煽啃裕篜S=Re-t/μ

=e-tλR：≥t無實(shí)效工作的概率；e=2.718；t:無失效工作時(shí)間；μ：平均失效時(shí)間；λ：失效率6.4.2電阻材料鎳-鉻沉積方法：真空沉積沉積問題：真空壓力不同；鉻膜的偏氧化

鎳-鉻膜的配比控制問題：閃蒸技術(shù)，濺射技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：電阻好，不發(fā)生調(diào)阻后阻值漂移。鉭：閥金屬家族成員特點(diǎn)：氧氣中熱處理或陽極氧化后，會(huì)形成自我保護(hù)的堅(jiān)硬的氧化層。表6.8鉭膜類型比較

氮化鉭：方法：濺射

鉻：真空沉積—電阻膜，鉻-金導(dǎo)體的鍵合材料。升華沉積---具有范圍很寬的TCR值。硅-鉻：濺射高電阻值。TCR=0表6.9濺射條件的硅鉻膜的電阻值

金屬陶瓷：一種金屬（鉻）+一種氧化物膜（一氧化硅）方法：閃蒸碳：由在基片的熱表面上裂化或高溫分解碳?xì)浠衔镄纬伞?.5薄膜電容6.5.1電容特性薄的絕緣膜用作兩個(gè)導(dǎo)電極板間的夾層材料，形成電容；重要特性：存儲(chǔ)電荷即存儲(chǔ)電能的能力。常見薄膜電容介質(zhì)材料：蒸發(fā)的SiO2和陽極化的Ta2O5介電強(qiáng)度6.5.2電容材料一氧化硅二氧化硅氮化硅氧化鉭鈦酸鋇二氧化鈦氧化鋯工藝流程示意圖金屬化電容器卷繞壓扁噴金賦能包封標(biāo)志點(diǎn)焊工藝流程示意圖金屬化電容器卷繞工藝流程示意圖金屬化電容器壓扁工藝流程示意圖編圈噴金工藝流程示意圖焊接賦能工藝流程示