电子科大薄膜物理介绍PPT课件

1、 课程介绍课程介绍 上课时间： 周二 3、4节 周四 1、2节 总共32学时 实验课1次 上课地点： 二教 108 课程介绍课程介绍 课程任务： 掌握固体薄膜的主要制备技术及相关知识，为从事固体电子薄膜的研究、设计和制备打下基础。 教材及参考书教材及参考书 薄膜材料制备原理、技术及应用 唐伟忠， 冶金工业出版社，2003 薄膜物理与技术 杨邦朝， 电子科大出版社，1994 薄膜科学与技术手册 田民波，机工版，1991 Material Science of Thin FilmsDeposition & Structure M. Ohring，世图影印版，2006 电子薄膜材料 曲喜新，科学出版

2、社，1996 主要内容主要内容 第一章 真空技术基础 第二章 物理气相沉积蒸发 第三章 物理气相沉积溅射 第四章 化学气相沉积 第五章 化学溶液沉积 第六章 薄膜生长过程和结构 第七章 薄膜材料的表征方法 课件课件 课件是提纲 课本是主要内容 讲述是重点 U盘拷贝 考试考试 1.考试形式：闭卷 2.考试内容：所有讲述内容 3.成绩构成： 平时成绩：30%（作业，出勤，实验报告） 考试成绩：70% 什么是薄膜？什么是薄膜？ 定义定义1（狭义狭义）：）： 由单个的原子、离子、由单个的原子、离子、 原子团无规则地入射到基板原子团无规则地入射到基板 表面，经表面附着、迁徙、表面，经表面附着、迁徙、 凝

3、结、成核、核生长等过程凝结、成核、核生长等过程 而形成的一薄层固态物质。而形成的一薄层固态物质。 Vacuum Substrate surface Atom Thin Film 一、薄膜的定义一、薄膜的定义 定义定义1的特点：的特点： 强调了薄膜生长的机理与过程强调了薄膜生长的机理与过程 仅仅适用于气相生长方法，而不适用于液相法仅仅适用于气相生长方法，而不适用于液相法 也不能描述扩散、注入方法也不能描述扩散、注入方法 强调了薄膜的生长必须依附基板强调了薄膜的生长必须依附基板 上平面：空气上平面：空气 固体膜、液体膜固体膜、液体膜 下平面：固体表面、液体表面、空气下平面：固体表面、液体表面、空气

4、 夹在两个平行平面间的薄层。夹在两个平行平面间的薄层。 定义定义2（广义广义）：）： 缺点：不能区分缺点：不能区分薄膜薄膜、厚膜厚膜、涂层涂层、金属箔金属箔、层层等概念。等概念。 thick film coating foil layer 定义定义3： 采用特定的制备方法在基板表面上生长得到的采用特定的制备方法在基板表面上生长得到的 一薄层固态物质一薄层固态物质 。 强调基板必不可少；强调基板必不可少； 区分薄膜与金属箔、塑料薄膜区分薄膜与金属箔、塑料薄膜 强调制备方法；强调制备方法； 区分薄膜与厚膜，厚度不是区分的关键区分薄膜与厚膜，厚度不是区分的关键 通常：通常： 薄膜薄膜 10m 薄膜薄

5、膜(thin film)：由物理气相沉积：由物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积、化学气相沉积(CVD)、溶、溶 液镀膜等薄膜技术制备的薄层。液镀膜等薄膜技术制备的薄层。 厚膜厚膜(thick film)：由涂覆在基板表面的悬浮液、膏状物经干燥、煅：由涂覆在基板表面的悬浮液、膏状物经干燥、煅 烧而形成。烧而形成。 主要方法：丝网印刷、热喷涂主要方法：丝网印刷、热喷涂 如：陶瓷表面上釉如：陶瓷表面上釉 二、二、薄膜与厚膜薄膜与厚膜 涂层涂层coating 薄膜薄膜 thin film 厚膜厚膜 thick film 说明说明: 溶胶凝胶溶胶凝胶(Sol-Gel)、金属有机沉积、金属有机沉积(MO

6、D)、喷雾热解和喷、喷雾热解和喷 雾水解等属于薄膜方法，但从原理上更接近厚膜方法。雾水解等属于薄膜方法，但从原理上更接近厚膜方法。 三、基板三、基板 名称： 衬底、基板、基片， substrate，wafer 材料： 半导体、玻璃、陶瓷、金属、塑料、纸张等 作用： 支撑、绝缘、提供生长模板等 1900195020002010 1971,4004, 2300 2008, QX9650, 8.2亿亿 更小，更快，更强更小，更快，更强 立体战争立体战争 物联网探测传感物联网探测传感 挑战带来机遇挑战带来机遇 怎样才能实现？怎样才能实现？ Lets do it with thin films. 如何制

7、备薄膜？如何制备薄膜？ 淀积法淀积法渗入法渗入法 化合法、扩散法、离子注入法化合法、扩散法、离子注入法 气相法气相法液相法液相法 化学镀、电镀、化学镀、电镀、Sol-Gel、MOD、液相外延、水热法、喷雾热、液相外延、水热法、喷雾热 解、喷雾水解、解、喷雾水解、LB膜及自组装膜及自组装 PVD CVD 常压常压CVD、低压、低压CVD、 金属有机物金属有机物CVD、 等离子体等离子体CVD、 光光CVD、热丝、热丝CVD 真空蒸发真空蒸发 Evaperation 溅射溅射 Sputtering 离子镀离子镀 Ion plating 薄膜制备方法分类薄膜制备方法分类 1.物理气相沉积技术(PVD

8、)是利用热蒸发、离子溅射或辉光放电 等物理过程，在基体表面沉积所需薄膜的技术 2.化学气相沉积技术(CVD)是利用化学反应，将气相中的物质转 移到基体表面形成所需薄膜的技术 3.物理与化学相结合，以技术方法区分。氧化物、氮化物的制备。 Evaporation e-beam evaporation system Sputtering Pulsed Laser Deposition 薄膜的应用薄膜的应用 电学超导、导电、半导体、电阻、绝缘、电介质 功能薄膜 光学增透、反射、减反、光存储、红外 磁学磁记录和磁头薄膜 热学导热、隔热、耐热 声学声表面波滤波器，如ZnO、Ta 机械硬质、润滑、耐蚀、应变

9、 化学、 生物 薄膜的分类薄膜的分类 传感器：压力，温度，湿度，加速度，气体 光电子器件：薄膜电致发光器件，代替CRT作显示器 信息及计算机：磁性薄膜，光盘，磁光盘 光学：反射膜，增透膜 机械工业：耐磨涂层，硬质镀层，固体润滑膜，耐腐蚀装饰、包装，镀金， 锡箔纸，塑料薄膜上镀铝 太阳能电池，超导薄膜，铁电薄膜，金刚石薄膜 集成电路：集成电路： 1. P-N结、绝缘层、导线，并由此构成二极管、三极管、电阻、结、绝缘层、导线，并由此构成二极管、三极管、电阻、 电容等电子元件电容等电子元件 2. 是薄膜技术的最主要推动力是薄膜技术的最主要推动力 3. 莫尔定律：每莫尔定律：每1.5年，更新年，更新1

10、代：线宽缩小为上一代的代：线宽缩小为上一代的0.7倍倍 薄膜传感器的制作薄膜传感器的制作 磁性薄膜磁性薄膜 Coil for writing 巨磁阻磁头的薄膜断面巨磁阻磁头的薄膜断面 Top magnetic layer 100 Carbon overcoat 70 Lubricant 20 Spacer layer 0 - 20 Substrate Seed layer 100 Under layer 100 Bottom magnetic layer 100 Intermediate layer 50 晶体太阳能电池晶体太阳能电池 YBCO/CeO2/YSZ/CeO2/Ni YBCOYBC

11、O超导样品超导样品 YBCO YBCO 薄膜形貌薄膜形貌 作业作业 1.什么是薄膜？ 2.薄膜制备方法分类。 3.薄膜应用领域举例。 人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。 课程介绍课程介绍 上课时间： 周二 3、4节 周四 1、2节 总共32学时 实验课1次 上课地点： 二教 108 考试考试 1.考试形式：闭卷 2.考试内容：所有讲述内容 3.成绩构成： 平时成绩：30%（作业，出勤，实验报告） 考试成绩：70% 上平面：空气上平面：空气 固体膜、液体膜固体膜、液体膜 下平面：固体表面、液体表面、空气下平面：固体表面、液体表面、空气 夹在两个平行平面间的薄层。夹在两个平行平面间的薄层。 定义定义2（广义广义）：）： 缺点：不能区分缺点：不能区分薄膜薄膜、厚膜厚膜、涂层涂层、金属箔金属箔、层层等概念。等概念。 thick film coating foil layer 上平面：空气上平面：空气 固体膜、液体膜固体膜、液体膜 下平面：固体表面、液体表