采用薄膜技术材料在世界范围内所占的市场
市场份额由2004年的71亿美元增长到2009年的135亿美元 年平均增长幅度达到13.7%。
薄膜与工作、生活的联系
互联网与薄膜技术 等离子壁挂电视 发展迅猛的TFT-LCD 生物计算机与薄膜技术 正在进展中的人造大脑 微机械使重症患者起死回生 加速度传感器 实现MEMS的薄膜与微细加工技术 原子的人工组装 碳纳米管和富勒烯
通过互联网可以按计划、远距离、随心所 欲地操作自宅家电
可代替人工作的机器人将出现在我们面前
等离子壁挂电视
以等离子体平板显示器、液晶 显示器为代表的平板显示器。画面 对角线超过2.5ｍ，厚度仅有几厘 米，图像清晰、逼真的壁挂式PDP 已在机场、车站、会议室乃至家庭
中广泛采用。
目前，可折叠卷曲的显示器正 在研究中，而且人们欣赏立体画面 的时代已为期不远。与此同时，发 光二极管显示器、有机电致发光显 示器等也在急速发展之中。
CVD反应必须满足三个挥发性标准
✓ 在淀积温度下,反应剂必须具备足够高的蒸汽压 ✓ 除淀积物质外,反应产物必须是挥发性的 ✓ 淀积物本身必须具有足够低的蒸气压
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化学气相沉积中的基本化学反应
1.热分解反应 SiH4 (气) Si (固) + 2H2 (气)
2.还原反应 SiCl2(气) + 2H2 (气)
第8章薄膜材料与薄膜技术3
薄膜与高新技术
材料、信息技术与能源称为现代人类文明的三大支柱。国民经济 的各部门和高技术领域的发展都不可避免地受到材料发展的制约或 推动。新材料的发展水平成为了衡量国家技术水平和综合实力的重 要标志。
何谓“新材料”？简单地说，就是那些新出现或已在发展中的， 在成分、组织、结构、形态等方面不同于普通材料，具有传统材料 所不具备的优异性能和特殊功能的材料。
积 方 式
）表面上，并淀积成薄膜的技术。 例如：蒸发 evaporation，溅射sputtering
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除了CVD和PVD外，制备薄膜的方法还有:
✓旋涂Spin-on
✓镀/电镀 electroless plating/electroplati ng
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铜互连是由电镀工艺制作
一、化学气相沉积的基本原理
互联网与薄膜技术
当今信息社会，人们通过电视机、收音机、手机、互联网等，可即 时看到或听到世界上所发生的“鲜”、“活”新闻，如同人们长上了千 里眼、顺风耳。完成这一切，需要许多采集、处理信息及通信网络设备 ，而这些设备都需要数量巨大的元器件、电子回路、集成电路等。薄膜 技术是制作这些元器件、电子回路、集成电路的基础。
Si (固) + 4HCl (气)
3.氧化反应-制备氧化物
SiH4(气) + O2(气)
SiO2(固) + 2H2(气)
4.氮化或碳化反应-制备氮化物和碳化物
3SiH4(气) + 4NH3(气) 3TiCl4(气) + CH4(气)
Si3N4(固) + 12H2(气) TiC(固) + 4HCl(气)
在集成电路制 备中，很多薄 膜材料由淀积 工艺形成.
✓半导体薄膜：Si
单晶薄膜：Si, SiGe（外延）
✓✓介金质属薄薄膜膜：：SAilO，2C，uS，i3WN4，, BTPi，SG…（硼磷硅玻璃）多，晶…薄膜：poly-Si
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1）化学气相淀积 — Chemical Vapor Deposition (CVD)所需固体薄膜
两 一种或数种物质的气体，以某种方式激活后，在衬底表面发生化学反
类 应，并淀积出所需固体薄膜的生长技术。
主 例如：APCVD, LPCVD, PECVD, HDPCVD 要
的 2）物理气相淀积 — Physical Vapor Deposition (PVD)
淀 利用某种物理过程实现物质的转移，即将原子或分子转移到衬底（硅
化学气相沉积: 通过气相化学反应的方式将 反应物沉积在基片表面的一 种薄膜制备技术.
三个基本过程
反应物的输运过程 化学反应及沉积过程 去除反应副产物过程
化学气相淀积（CVD）
✓ 单晶 (外延）、多晶、非晶（无定型）薄膜
✓ 半导体、介质、金属薄膜
✓ 常压化学气相淀积（APCVD），低压CVD (LPCVD)，等离子体增强淀积（PECVD）等
画面对角线106cm的等离子壁挂彩电
薄膜材料的简单分类
材料保护涂层
涂层或厚膜
薄膜材料
ห้องสมุดไป่ตู้
(>1um)
材料装饰涂层 光电子学薄膜
薄膜(<1um) 微电子学薄膜
其它功能薄膜
(力,热,磁,生物等)
薄膜材料的制备技术
薄膜材料的制备技术
喷涂
-机械
大于
电镀
-化学方法
1um
蒸发
物理气相沉积技术(PVD)
真 空
技 化学气相沉积技术(CVD) 术
5.化合反应-化合物制备 Ga(CH3)2(气) + AsH3(气)
薄膜材料的表征
结构 薄膜材料的表征
物性
组份 晶体结构 电子结构 光学性质
电学性质 力,热,磁,生物等性质
真空区域的划分
粗真空：1×105～ 1×102 Pa。 低真空： 1×102～ 1×10－1 Pa。 高真空： 1×10－1 ～ 1×10－6 Pa。 超高真空：< 1×10－6 Pa。
何谓“高技术”？简单地说，就是采用新材料、新工艺，产生更 高效益，能促进人类物质文明和精神文明更快进步的技术。
而薄膜，正是一种新型的材料，薄膜技术是一种新型的高技术。
薄膜材料受到关注的理由：
(1) 薄膜技术是实现器件轻薄短小化和系统集成化的有效手段。 (2) 随着器件的尺寸减小乃至粒子量子化运动的尺度，薄膜材料或其器件
将显示出许多全新的物理现象。薄膜技术是制备这类新型功能器件的 有效手段。 (3) 薄膜气相沉积涉及从气相到固相的超急冷过程，易于形成非稳态物质 及非化学计量的化合物膜层。 (4) 由于镀料的气化方式很多，通过控制气氛还可以进行反应沉积，因此 ，可以得到各种材料的膜层；可以较方便地采用光、等离子体等激发 手段，在一般条件下，即可获得在高温、高压、高能量密度下才能获 得的物质。 (5) 通过基板、镀料、反应气氛、沉积条件的选择，可对界面结构、结晶 状态，膜厚等进行控制；表面精细，便于光刻制电路图形；有成熟经 验，易于在其他应用领域中推广。