世界日新月异
1900 1950 2000 2010
更小，更快，更强
2008, QX9650, 8.2亿 1971,4004, 2300
立体战争
物联网探测传感
挑战带来机遇
怎样才能实现？
Let’s do it with thin films.
如何制备薄膜？
薄膜制备方法分类
真空蒸发 Evaperation
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 Films－Deposition & Structure》 M. Ohring，世图影印版，2006
PVD 溅射 Sputtering
气
相
淀法
积
CVD
法
离子镀 Ion plating
常压CVD、低压CVD、 金属有机物CVD、 等离子体CVD、 光CVD、热丝CVD
液 相
化学镀、电镀、Sol-Gel、MOD、液相外延、
法 水热法、喷雾热解、喷雾水解、LB膜及自组装
渗
入
化合法、扩散法、离子注入法
法
1. 物理气相沉积技术(PVD)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
薄膜的应用
薄膜的分类
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
声学——声表面波滤波器，如ZnO、Ta 热学——导热、隔热、耐热 机械——硬质、润滑、耐蚀、应变 化学、 生物
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
二、薄膜与厚膜
薄膜(thin film)：由物理气相沉积(PVD)、化学气 相沉积(CVD)、溶液镀膜等薄膜技术制备的薄层。
厚膜(thick film)：由涂覆在基板表面的悬浮液、膏 状物经干燥、煅烧而形成。 主要方法：丝网印刷、热喷涂 如：陶瓷表面上釉
涂层 coating
薄膜 thin film
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
Coil for writing
巨磁阻磁头的薄膜断面
Lubricant ~ 20 Å Carbon overcoat ~ 70 Å Top magnetic layer ~ 100 Å Spacer layer ~ 0 - 20 Å Bottom magnetic layer ~ 100 Å Intermediate layer ~ 50 Å
《电子薄膜材料》 曲喜新，科学出版社，1996
主要内容
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章
真空技术基础 物理气相沉积－－蒸发 物理气相沉积－－溅射 化学气相沉积 化学溶液沉积 薄膜生长过程和结构 薄膜材料的表征方法
课件
➢ 课件是提纲 ➢ 课本是主要内容 ➢ 讲述是重点 ➢ U盘拷贝
厚膜 thick film
说明: 溶胶－凝胶(Sol-Gel)、金属有机沉积(MOD)、 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。
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
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：
1. P-N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
2. 是薄膜技术的最主要推动力
3. 莫尔定律：每1.5年，更新1代：线宽缩小为 上一代的0.7倍
薄膜传感器的制作
磁性薄膜
薄膜物理与技术
赵晓辉
课程介绍
赵晓辉 办公室：微固楼 335 电 话：83200866 Email：xhzhao@
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。
Vacuum Thin Fce
定义1的特点：
• 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 • 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
定义2（广义）：
夹在两个平行平面间的薄层。
上平面：空气 固体膜、液体膜
下平面：固体表面、液体表面、空气
缺点：不能区分薄膜、厚膜、涂层、金属箔、层等概念。 thick film coating foil layer
定义3：
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 。
强调基板必不可少；
——区分薄膜与金属箔、塑料薄膜
强调制备方法；
——区分薄膜与厚膜，厚度不是区分的关键 通常： 薄膜 < 1μm 厚膜>10μm
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？
一、薄膜的定义
定义1（狭义）：
由单个的原子、 离子、原子团无规则 地入射到基板表面， 经表面附着、迁徙、 凝结、成核、核生长 等过程而形成的一薄 层固态物质。
Under layer ~ 100 Å Seed layer ~ 100 Å
Substrate
晶体太阳能电池
YBCO/CeO2/YSZ/CeO2/Ni
YBCO超导样品
YBCO 薄膜形貌
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。