2.6 热分析技术 Thermal Analysis
4. 热重分析曲线 TG曲线：
一次微分
微商热重曲线DTG曲线：
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பைடு நூலகம்
2.6 热分析技术 Thermal Analysis
三、热重法 (Thermo-gravimetry，TG)
列出了利用TG/DTA 同步测量所能检测出的主要现象和TG 曲线及DTA 曲线的模型。
热分析是在程序控制温度下测量物质的物理性质与 温度关系的一类技术。
指线性升温、线性降 温、恒温等 指试样本身，也可指 试样的反应产物
热分析法的核心就是研究物质在受 热或冷却时产生的物理和化学的变迁速 率、温度以及所涉及的能量和质量变化。
指物质的质量、温度、 热量、尺寸、机械特 征、声学特征、光学 特征、电学特征及磁 学特征的任何一种
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第三章 薄膜工艺
概述
薄膜材料是采用特殊的方法，在体材料的表面沉积或制备的一 层性质与体块材料性质完全不同的物质层。 薄膜材料往往具有特殊的材料性能或性能组合。 当固体或液体的一维线性尺度远远小于它的其它二维尺度时， 我们将这样的固体或液体称为膜。 通常把膜层无基片而能独立成形的厚度作为薄膜厚度的一 个大致的标准，约在1µm左右。 厚膜：厚度大于1μm ，薄膜：厚度小于1μm 薄膜材料的特殊性 ：
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第三章 薄膜工艺
电子薄膜材料的类别
①半导体器件与集成电路中使用 的 导 电 材料 与 介 质薄 膜 材 料 （ Al 、 Cr 、 Pt 、 Au 、多晶硅、 硅化物、SiO2、Si3N4、Al2O3 等的薄膜）。 ②超导薄膜 YBaCuO系稀土元素氧化物超 导薄膜； BiSrCaCuO 系 和 TlBaCuO 系 非稀土元素氧化物超导薄膜。
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2.6 热分析技术 Thermal Analysis
四、热机械法TMA（Thermo Mechanical Analysis）
基本原理
TMA 是指按照一定程序控制样品 的温度变化，并向样品施加非振动型 载荷，将该物质的形变作为温度的关 系进行测量的技术。 在一定的静态负载作用下，边加 热(或冷却)边检测样品所发生的膨胀 ，收缩，或针入等的形变及其形变量 的方法。

气体分压
气体、蒸汽 ?
取决于压力增加时是否能够凝聚成为液体。 例如：200oC 时水为蒸汽，但是在 500oC, 水就是气体。 当压力较低时，气体和蒸汽特性相同。
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第三章 薄膜工艺
空气是多种气体混合物
PARTIAL PRESSURES OF GASES CORRESPOND TO THEIR RELATIVE VOLUMES PERCENT BY VOLUME GAS SYMBOL
薄膜压力传感器
金刚石薄膜UV传感器
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第三章 薄膜工艺
电子薄膜材料的类别
⑤薄膜电阻、薄膜电容、薄膜阻容网络与混合集成电路
⑥ 薄膜太阳能电池 非晶硅、CuInSe2和CdSe薄膜太阳电池。
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第三章 薄膜工艺
电子薄膜材料的类别
⑦ 平板显示器件 液晶显示、等离子体显示和电致发光显示三大类平板显示器件 所用的透明导电电极（ITO薄膜）。 电致发光多层薄膜（包括ITO膜，ZnS：Mn等发光膜，Al电极 膜等）组成的全固态平板显示器件及OLED显示器件。
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2.6 热分析技术 Thermal Analysis
四、热机械法TMA（Thermo Mechanical Analysis）
主 要 探 针 的 示 意 图
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第三章 薄膜工艺
概述
随着电子器件的小型化、集成化、低功耗发展，电 子薄膜材料也越来越受到重视。电子薄膜材料涵盖了 几乎所有的电子功能材料：
式控制温度的高温炉中，上端被悬挂在一个具有高灵敏度及精确 度的天平上。在加热或冷却的过程中，由于待测物会因为反应导 致重量的变化，这个因温度变化造成的重量变化可以由天平测量 获得。 由传感器检测并 输出天平失衡信号， 这一信号经测重系统 天平 放大后，用以自动改 高 变平衡复位器电流， 温 使天平恢复平衡。复 温控单元 炉 位器中的电流与样品 热 质量变化成正比，因 电 此记录电流的变化就 偶 能得到试样的质量变 14 化。
2. 提供一个洁净的表面（供薄膜沉积）。
空气气氛 污染严重 (经常是水)
高真空 洁净表面
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第三章 薄膜工艺
气体与真空
空气作为一种气体，由气体
分子组成（可以想象为弹性 小球）。气体分子沿直线运 动，直到与邻近分子或者器 壁发生碰撞为止。
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第三章 薄膜工艺
气压

P = F / A=nMvrms2/3NA 气压来 源于 气 体分子 对 器 壁的不断碰撞。
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化合法、扩散法、离子注入法
第三章 薄膜工艺
如果存在微米级的尘埃，薄膜很可能穿孔，对环境清洁度要 求高，许多薄膜技术是在真空下实现的，“真空”是许多薄膜 制备的必要条件，因此，掌握一定的真空知识是必需的。
为什么需要真空?
1. 需要粒子在较长的距离做直线运动。
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第三章 薄膜工艺
为什么需要真空?
4
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2.6 热分析技术 Thermal Analysis
9类17种
国 际 热 分 析 协 会 确 认 的 热 分 析 技 术
(ICTA)
热分析的四 大支柱
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2.6 热分析技术 Thermal Analysis
热分析曲线的概念 下图中以高分子样品为例，表示了利用各种典型的热分析方 法获得的曲线。
在程序控温下，测量物质的质量与温度或时间的关系的 方法，通常是测量试样的质量变化与温度的关系。 控温方法：升温法、恒温法
根据天平与加热炉的位置关系， TG 在结构上大致可分为上盘型，悬 吊型及水平型三大类。
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2.6 热分析技术 Thermal Analysis
基本原理:待测物置于耐高温容器中，此容器被置于一具有可程
2.6 热分析技术 Thermal Analysis
二、示差扫描量热法 (DSC,(Differential Scaning Calarmeutry)
CuSO4· 5H2O的DSC和DTA曲线比较
DTA
DSC
DSC与DTA曲线相同，但更准确
2.6 热分析技术 Thermal Analysis
三、 热重法 (Thermo-gravimetry，TG) 1.定义
PARTIAL PRESSURE PASCAL TORR
氮气 氧气 氩气 二氧化碳 氖气 氦气 氪气 氢气 氙气 水
N2 O2 Ar CO2 Ne He Kr H2 Xe H2O
78 21 0.93 0.03 0.0018 0.0005 0.0001 0.00005 0.0000087 Variable
定性分析
差热分析中产生吸热、放热的物理化学反应
现象 吸热 结构转变 熔化 汽化 升华 吸附 脱附 吸收 放热 现象 吸热 放热
物 理 原 因

化 学 原 因
化学脱附 析出 脱水 分解 氧化度降低 还原反应 氧化反应


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2.6 热分析技术 Thermal Analysis
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第三章 薄膜工艺
电子薄膜材料的类别
⑧ 用ZnO、AlN等薄膜制成的声表面波滤波器。 ⑨ 磁记录薄膜与薄膜磁头 高质量和录象的磁性材料薄膜录音带与录象带； 计算机数据存储的CoCrTa、CoCrNi等的薄膜软盘和 硬盘； 垂直磁记录中FeSiAl薄膜磁头等。 ⑩ 静电复印鼓用Se-Te、SeTeAs合金薄膜及非晶硅薄膜。
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2.6 热分析技术 Thermal Analysis
一、差热分析(Differential Thermal Analysis，DTA)
DTA 是指按照一定程序控制样品和参比物的温度 变化，并将两种物质间的温度差作为温度的关系进行 测量的方法。 DTA 装置的结构图
正如图所示那样， DTA 所采用的测量方 法是把样品和参比物放 入炉内，检测其在升温 (或降温)过程中两者间 的温差。
二、差示扫描量热法 (DSC,(Differential Scaning Calarmeutry) DTA面临的问题
定性分析，灵敏度不高
1、DSC定义
是在程序控制温度下，保持试样与参比物之间温度始终相同，
测量输给试样和参比物的能量差随温度或时间变化的一种技术。
优势：试样和参比间无 温差、无热传递，使热 损失小，检测信号大。 灵敏度和精度大有提高 ，可进行定量分析。
从导电性最好的超导薄膜到绝缘性的电介质薄膜； 从金属到无机化合物薄膜； 甚至有机高分子薄膜。
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第三章 薄膜工艺
概述
薄膜的定义： 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。 Vacuum Atom Thin Film Substrate surface
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2.6 热分析技术 Thermal Analysis
一、差热分析(Differential Thermal Analysis，DTA)
将此时的温差与时间的关系表示出来，便可按照各种热反 应记录下吸热峰，放热峰或阶梯线。
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2.6 热分析技术 Thermal Analysis
DTA曲线提供的信息
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第三章 薄膜工艺
薄膜制备方法的分类
PVD 气 相 法 CVD 液 相 法 真空蒸发 Evaperation 溅射 Sputtering 离子镀 Ion plating
淀 积 法
渗 入 法
常压CVD、低压CVD、 金属有机物CVD、 等离子体CVD、 光CVD、热丝CVD 化学镀、电镀、Sol-Gel、MOD、液相 外延、水热法、喷雾热解、喷雾水解、 LB膜