厚薄膜材料与器件绪论课件

厚薄膜材料与器件绪论课件厚薄膜材料与器件绪论课件问题的提出问题的提出l什么是薄膜、厚膜？什么是薄膜、厚膜？l为什么要发展薄膜、厚膜及其元器件？为什么要发展薄膜、厚膜及其元器件？l薄膜、厚膜是怎么制备的？薄膜、厚膜是怎么制备的？厚薄膜材料与器件绪论课件q薄膜和厚膜的定义薄膜和厚膜的定义指采用一定工艺在一定材料（又称衬底、底材、指采用一定工艺在一定材料（又称衬底、底材、基片）的表面涂覆厚度约为基片）的表面涂覆厚度约为0.01至数至数 m的一层或多的一层或多层涂层材料。一般认为，膜厚不超过层涂层材料。一般认为，膜厚不超过1 m左右时为左右时为薄膜。薄膜。当涂覆的膜厚大于当涂覆的膜厚大于5 m时，称厚膜。时，称厚膜。厚薄膜材料与器件绪论课件厚薄膜材料与器件绪论课件厚薄膜材料与器件绪论课件注意两者的差异注意两者的差异薄膜薄膜厚膜厚膜厚薄膜材料与器件绪论课件 大尺寸大尺寸 小尺寸小尺寸 微小尺寸微小尺寸（数毫米以上）（数毫米以上）（毫米级）（毫米级）（微米级）（微米级）陶瓷元件陶瓷元件厚膜元件厚膜元件薄膜元件薄膜元件厚薄膜材料与器件绪论课件在信息技术发展突飞猛进的今天，作为特殊在信息技术发展突飞猛进的今天，作为特殊形态材料的薄膜已经成为微电子学、光电子学、形态材料的薄膜已经成为微电子学、光电子学、磁电子学等新兴交叉学科的材料基础，已广泛渗磁电子学等新兴交叉学科的材料基础，已广泛渗透到当代科技的各个领域。透到当代科技的各个领域。电子薄膜技术与电子薄膜材料的发展涉及几电子薄膜技术与电子薄膜材料的发展涉及几乎所有前缘科学，其应用领域包括：电子、计算乎所有前缘科学，其应用领域包括：电子、计算机、磁记录、信息、传感、能源、机械、光学、机、磁记录、信息、传感、能源、机械、光学、航空、航天、核工业等部门。因而受到各国的高航空、航天、核工业等部门。因而受到各国的高度重视。度重视。厚薄膜材料与器件绪论课件v薄膜材料由于其在微观结构、宏观性能等方面所具有薄膜材料由于其在微观结构、宏观性能等方面所具有的特殊性的特殊性,在科学技术发展和人们的日常生活中发挥在科学技术发展和人们的日常生活中发挥着越来越重要的作用。着越来越重要的作用。v薄膜材料研究不仅吸引了为数众多的科技工作者薄膜材料研究不仅吸引了为数众多的科技工作者,而而且受到各国高技术产业界的广泛关注。且受到各国高技术产业界的广泛关注。v薄膜材料研究已经渗透到物理学、化学、材料科学、薄膜材料研究已经渗透到物理学、化学、材料科学、信息科学乃至生命科学等各个研究领域信息科学乃至生命科学等各个研究领域,薄膜科学已薄膜科学已经逐渐发展成为一门多学科交叉的边缘学科。经逐渐发展成为一门多学科交叉的边缘学科。厚薄膜材料与器件绪论课件v从人类开始制作陶瓷器皿的彩釉算起从人类开始制作陶瓷器皿的彩釉算起,薄膜的制备薄膜的制备与应用已经有一千多年的发展历史。与应用已经有一千多年的发展历史。v从制备技术、分析方法、形成机理等方面系统地研从制备技术、分析方法、形成机理等方面系统地研究薄膜材料则起始于二十世纪五十年代。究薄膜材料则起始于二十世纪五十年代。v直到二十世纪直到二十世纪8080年代年代,薄膜科学才发展成为一门相薄膜科学才发展成为一门相对独立的学科。对独立的学科。v促使薄膜科学迅速发展的重要原因是薄膜材料的强促使薄膜科学迅速发展的重要原因是薄膜材料的强大的应用背景、低维凝聚态理论的不断发展和现代大的应用背景、低维凝聚态理论的不断发展和现代分析技术的出现及分析能力的不断提高。分析技术的出现及分析能力的不断提高。厚薄膜材料与器件绪论课件厚薄膜材料与器件绪论课件厚薄膜材料与器件绪论课件厚薄膜材料与器件绪论课件厚薄膜材料与器件绪论课件厚薄膜材料与器件绪论课件厚薄膜材料与器件绪论课件薄膜生长理论和薄膜制备技术；薄膜生长理论和薄膜制备技术；薄膜的结构、成分和微观状态；薄膜的结构、成分和微观状态；薄膜的宏观特性及其应用。薄膜的宏观特性及其应用。薄膜研究是以薄膜制备为起点的薄膜研究是以薄膜制备为起点的,因此因此,薄膜生长理论和薄膜制备技术是薄膜材料研薄膜生长理论和薄膜制备技术是薄膜材料研究的基础。究的基础。厚薄膜材料与器件绪论课件v表面相表面相 气固界面、液固界面气固界面、液固界面 薄膜生长的本质是气体薄膜生长的本质是气体-固体或液体固体或液体-固体相变固体相变气气固固液液气气固固厚薄膜材料与器件绪论课件 ”cos厚薄膜材料与器件绪论课件厚薄膜材料与器件绪论课件 Adatom diffusion Diffusion barrier Temperature effects Bond energy h=exp(Eb/kT)厚薄膜材料与器件绪论课件厚薄膜材料与器件绪论课件Au/TiO2厚薄膜材料与器件绪论课件厚薄膜材料与器件绪论课件Vanode=0.0 VVanode=40.0 V厚薄膜材料与器件绪论课件Morphologies of Au/Au(001)films at various incident energy入射能量：入射能量：小小 大大厚薄膜材料与器件绪论课件0.01.02.03.04.00.01.02.03.04.05.0time(ps)kinetic energy(eV)1.0 eV0.01.02.03.00.01.02.03.04.05.0time(ps)kinetic energy(eV)0.1 eV0.03.06.09.012.015.00.01.02.03.04.05.0time(ps)kinetic energy(eV)10.0 eVEvolution of kinetic Energy of an incident Au atom during deposition厚薄膜材料与器件绪论课件020040060080010000.01.02.03.04.05.0time(ps)temperature(K)0.1 eV020040060080010000.01.02.03.04.05.0time(ps)temperature(K)1.0 eV050010001500200025000.01.02.03.04.05.0time(ps)temperature(K)10.0 eVEvolution of substrate temperatures at various incident energy厚薄膜材料与器件绪论课件100K300K400K450KvMorphology of Au epitaxy films at various temperature vThe coverage is 0.2厚薄膜材料与器件绪论课件 l电子薄膜材料的研究发展与信息技术、微电子技电子薄膜材料的研究发展与信息技术、微电子技术和计算机科学的发展紧密相关。术和计算机科学的发展紧密相关。l目前，电子薄膜的研究正向多功能、高性能、新目前，电子薄膜的研究正向多功能、高性能、新工艺等方向发展。其基础研究也在向分子层次、工艺等方向发展。其基础研究也在向分子层次、原子层次、纳米尺度、介观结构等方向深入。原子层次、纳米尺度、介观结构等方向深入。l近十年来，研究最为活跃的薄膜材料主要有：近十年来，研究最为活跃的薄膜材料主要有：厚薄膜材料与器件绪论课件 以非晶硅氢化物（以非晶硅氢化物（a-Si:H）和非晶硅基合金膜）和非晶硅基合金膜 （a-SiGe:H、a-SiC:H、a-SiN:H）为代表。为）为代表。为 太阳能电池、显示、传感、探测、发光材料等。太阳能电池、显示、传感、探测、发光材料等。金刚石、氮化物等。窗口材料、紫外探测等。金刚石、氮化物等。窗口材料、紫外探测等。发光材料、光电存储等。发光材料、光电存储等。发光元器件、激光、探测器等。发光元器件、激光、探测器等。光致发光、电致发光器件。光致发光、电致发光器件。探测、存储、传感等元器件。探测、存储、传感等元器件。厚薄膜材料与器件绪论课件厚膜材料是技术性非常高的材料，材料的各种物理特性厚膜材料是技术性非常高的材料，材料的各种物理特性和材料的配方密切相关。目前研究开发的厚膜元器件主要和材料的配方密切相关。目前研究开发的厚膜元器件主要有：有：（1）厚膜导体材料）厚膜导体材料(Thick Film Conductors)（2）厚膜电阻）厚膜电阻(Thick Film Resistors)（3）厚膜电位计）厚膜电位计(Thick Film Potentiometers)（4）厚膜压敏电阻）厚膜压敏电阻(Thick Film Varistors)（5）厚膜热敏电阻厚膜热敏电阻(Thick Film PTC/NTC Thermistors)（6）厚膜介电材料厚膜介电材料(Thick Film Dielectrics)（7）厚膜电感器）厚膜电感器(Thick Film Inductor)厚薄膜材料与器件绪论课件厚薄膜材料与器件绪论课件v薄膜材料的制备技术发展正朝着提高薄膜质量、实现薄膜材料的制备技术发展正朝着提高薄膜质量、实现薄膜沉积过程的监控及原位检测等方向发展。薄膜沉积过程的监控及原位检测等方向发展。v具有新的结构或组分的薄膜将不断出现，以满足新的具有新的结构或组分的薄膜将不断出现，以满足新的应用需要。应用需要。v薄膜制备与微电子技术的发展相结合，促进新型薄膜薄膜制备与微电子技术的发展相结合，促进新型薄膜元器件的开发。元器件的开发。v厚膜材料的发展将以厚膜制备技术的不断改进而得到厚膜材料的发展将以厚膜制备技术的不断改进而得到加强。以片式结构为特征的厚膜元器件将成为电子元加强。以片式结构为特征的厚膜元器件将成为电子元器件的主要形式，在未来十年得到高速度发展。器件的主要形式，在未来十年得到高速度发展。v厚膜元器件的发展正向小型化、多功能化、集成化和厚膜元器件的发展正向小型化、多功能化、集成化和阵列化方向发展。阵列化方向发展。厚薄膜材料与器件绪论课件l参考资料参考资料 新型电子薄膜材料，陈光华等编著，化学工业出版社。薄膜物理，曲喜新编著，上海科学技术出版社。丝网印刷工艺，郑德海等编著，印刷工业出版社。