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1、薄膜物理与技术薄膜物理与技术赵晓辉赵晓辉课程介绍课程介绍 赵晓辉赵晓辉 办公室：微固楼办公室：微固楼 335 电电 话：话：83200866 Email：课程介绍课程介绍上课时间：上课时间： 周二周二 3、4节节 周四周四 1、2节节 总共总共32学时学时 实验课实验课1次次上课地点：上课地点： 二教二教 108课程介绍课程介绍课程任务：课程任务： 掌握掌握固体薄膜的主要制备技术及相关知固体薄膜的主要制备技术及相关知识识，为从事固体电子薄膜的研究、设计和，为从事固体电子薄膜的研究、设计和制备打下基础。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、技术及应用薄膜材料制备原理、技术及应
2、用 唐伟忠，唐伟忠， 冶金工业出版社，冶金工业出版社，2003薄膜物理与技术薄膜物理与技术 杨邦朝，杨邦朝， 电子科大出版社，电子科大出版社，1994薄膜科学与技术手册薄膜科学与技术手册 田民波，机工版，田民波，机工版，1991 Material Science of Thin FilmsDeposition & Structure M. Ohring，世图影印版，世图影印版，2006电子薄膜材料电子薄膜材料 曲喜新，曲喜新，科学出版社，科学出版社，1996主要内容主要内容第一章第一章 真空技术基础真空技术基础第二章第二章 物理气相沉积蒸发物理气相沉积蒸发第三章第三章 物理气相沉积溅射物理气相
3、沉积溅射第四章第四章 化学气相沉积化学气相沉积第五章第五章 化学溶液沉积化学溶液沉积第六章第六章 薄膜生长过程和结构薄膜生长过程和结构第七章第七章 薄膜材料的表征方法薄膜材料的表征方法课件课件 课件是提纲课件是提纲 课本是主要内容课本是主要内容 讲述是重点讲述是重点 U盘拷贝盘拷贝考试考试1.考试形式：闭卷考试形式：闭卷2.考试内容：所有讲述内容考试内容：所有讲述内容3.成绩构成：成绩构成：平时成绩：平时成绩：30%（作业，出勤，实验报告）（作业，出勤，实验报告）考试成绩：考试成绩：70%什么是薄膜？什么是薄膜？定定义1（狭狭义）：）： 由由单个的原子、个的原子、离子、原子离子、原子团无无规则
4、地入射到基板表面，地入射到基板表面，经表面附着、迁徙、表面附着、迁徙、凝凝结、成核、核生、成核、核生长等等过程而形成的一薄程而形成的一薄层固固态物物质。 VacuumSubstratesurfaceAtomThin Film 一、薄膜的定义一、薄膜的定义定定义1的特点：的特点： 强调了薄膜生了薄膜生长的机理与的机理与过程程 仅仅适用于气相生适用于气相生长方法，而不适用于液相法方法，而不适用于液相法 也不能描述也不能描述扩散、注入方法散、注入方法 强调了薄膜的生了薄膜的生长必必须依附基板依附基板 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
5、、液体表面、空气夹在两个平行平面在两个平行平面间的薄的薄层。定定义2（广广义）：）：缺点：不能区分缺点：不能区分薄膜薄膜、厚膜厚膜、涂涂层、金属箔金属箔、层等概念。等概念。thick film coating foil layer 定定义3： 采用特定的制采用特定的制备方法在基板表面上生方法在基板表面上生长得到的得到的一薄一薄层固固态物物质 。 强调基板必不可少；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 强调制制备方法；方法； 区分薄膜与厚膜，厚度不是区分的关区分薄膜与厚膜，厚度不是区分的关键 通常：通常： 薄膜薄膜 10m 薄膜薄膜(thin film)：由物理气
6、相沉：由物理气相沉积(PVD)、化学气、化学气相沉相沉积(CVD)、溶液、溶液镀膜等薄膜技膜等薄膜技术制制备的薄的薄层。厚膜厚膜(thick film)：由涂覆在基板表面的：由涂覆在基板表面的悬浮液、膏浮液、膏状物状物经干燥、煅干燥、煅烧而形成。而形成。主要方法：主要方法：丝网印刷、网印刷、热喷涂涂如：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涂层coating薄膜薄膜 thin film厚膜厚膜 thick film说明明: 溶胶凝胶溶胶凝胶(Sol-Gel)、金属有机沉、金属有机沉积(MOD)、喷雾热解和解和喷雾水解等属于薄膜方法，但从原理水解等属于薄膜方法，但从原理上更
7、接近厚膜方法。上更接近厚膜方法。 三、基板三、基板名称：名称： 衬底、基板、基片，衬底、基板、基片， substrate，wafer材料：材料： 半导体、玻璃、陶瓷、金属、塑料、纸张等半导体、玻璃、陶瓷、金属、塑料、纸张等作用：作用： 支撑、绝缘、提供生长模板等支撑、绝缘、提供生长模板等世界日新月异世界日新月异19001950200020101971,4004, 23002008, QX9650, 8.2亿更小，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.如何制备
8、薄膜？如何制备薄膜？淀淀积法法渗渗入入法法化合法、化合法、扩散法、离子注入法散法、离子注入法气气相相法法液液相相法法化学化学镀、电镀、Sol-Gel、MOD、液相外延、液相外延、水水热法、法、喷雾热解、解、喷雾水解、水解、LB膜及自膜及自组装装PVDCVD常常压CVD、低、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CVD真空蒸真空蒸发 Evaperation溅射射 Sputtering离子离子镀 Ion plating薄膜制备方法分类薄膜制备方法分类1.物理气相沉积技术物理气相沉积技术(PVD)是利用热蒸发、离子溅是利用热蒸发、离子溅射或辉光放电等物理过程
9、，在基体表面沉积所需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薄膜的技术 2.化学气相沉积技术化学气相沉积技术(CVD)是利用化学反应，将气是利用化学反应，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、物理与化学相结合，以技术方法区分。氧化物、氮化物的制备。氮化物的制备。Evaporatione-beam evaporation systemSputteringPulsed Laser Deposition薄膜的应用薄膜的应用电学电学超导、导电、半导体、电阻、绝缘、电介质超导、导电、半导体、电阻
10、、绝缘、电介质 功能薄膜功能薄膜光学光学增透、反射、减反、光存储、红外增透、反射、减反、光存储、红外磁学磁学磁记录和磁头薄膜磁记录和磁头薄膜热学热学导热、隔热、耐热导热、隔热、耐热声学声学声表面波滤波器，如声表面波滤波器，如ZnOZnO、TaTa机械机械硬质、润滑、耐蚀、应变硬质、润滑、耐蚀、应变化学、化学、 生物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，代替光电子器件：薄膜电致发光器件，代替CRT作显示器作显示器信息及计算机：磁性薄膜，光盘，磁光盘信息及计算机：磁性薄膜，光盘，磁光盘光学：反射膜，增透膜光
11、学：反射膜，增透膜机机械械工工业业：耐耐磨磨涂涂层层，硬硬质质镀镀层层，固固体体润润滑滑膜膜，耐耐腐腐蚀蚀装装饰、包装，镀金，锡箔纸，塑料薄膜上镀铝饰、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，金刚石薄膜太阳能电池，超导薄膜，铁电薄膜，金刚石薄膜集成集成电路：路：1.P-N结、绝缘层、导线，并由此构成二极管、，并由此构成二极管、三极管、三极管、电阻、阻、电容等容等电子元件子元件2.是薄膜技是薄膜技术的最主要推的最主要推动力力3.莫莫尔定律：每定律：每1.5年，更新年，更新1代：代：线宽缩小小为上一代的上一代的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Co
12、il 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 SubstrateSeed 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 YBCOYBCO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？什么是薄膜？2.薄膜制备方法分类。薄膜制备方法分类。3.薄膜应用领域举例。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。
