《薄膜材料与薄膜技术》教学配套课件

功能薄膜技术FunctionalThinFilmTechnology参考书1.薄膜材料与薄膜技术，郑伟涛，化学工业出版社2.纳米光电薄膜材料，吴锦雷，北京大学出版社3.铁电薄膜材料及其应用，符春林，科学出版社课程安排1 11111周三周三讲课：薄膜：薄膜简介介212周一讲课：真空技术312周三学术报告：无铅压电厚膜及器件（张海波）413周一讲课：薄膜的形核与生长513周三讲课：物理气相沉积614周一学术报告：量子点显示技术（张建兵）714周三讲课：化学气相沉积815周一讲课：等离子体技术、电镀和化学镀9 91515周三周三学学术报告：太阳能告：太阳能薄膜材料（唐江）薄膜材料（唐江）1016周一讲课：薄膜表征11116周三讲课：薄膜表征21216周五学术报告：忆阻器薄膜材料（杨蕊）1317周一讲课：典型的功能薄膜材料1417周三分组报告讨论1-5组1517周五分组报告讨论6-10组课程考试闭卷考试：分值50-70%平时成绩：分组报告+点名分值30-50%课堂纪律1.不要迟到2.手机调成静音3.不要讲话第一讲 薄膜材料简介u 薄膜材料的历史u 薄膜材料的应用u 薄膜技术的研究内容u 表面效应u 薄膜的结构和缺陷薄膜材料的定义薄膜材料的定义 利用特殊的技术手段,人为制得的、其一维尺度显著小于显著小于另外两维尺度的、具有特定性能与用途的材料.薄膜的定义 什么是“薄膜”（thin film），多“薄”的膜才算薄膜？薄膜是一种二维材料其厚度与另外两维的尺寸相比要小得多，一般将其厚度约在微米甚至纳米量级的膜称为薄膜，而超过1m的膜习惯上称为厚膜。1-100微米薄膜材料的历史3000多年前，中国古代在陶瓷中已开始采用釉涂层釉涂层。19世纪初，发现辉光放电辉光放电过程可沉积固体薄膜。20世纪后，光光学学薄薄膜膜最先得到研究和应用，成功地制备了各种增透膜、高反膜、滤光膜、分光膜等光学薄膜。20世纪50年代以后，微微电电子子技技术术的进步极大地推动了薄膜技术的进步。Cu(InGa)Se2太阳能薄膜电池构成薄膜的材料薄膜材料的分类按化学组成分为：无机膜、有机膜、复合膜；按相组成分为：固体薄膜、液体薄膜、气体薄膜、胶体薄膜；按晶体形态分为：单晶膜、多晶膜、微晶膜、纳米晶膜、超晶格膜等。按薄膜的功能及其应用功能及其应用分为：光学薄膜：高反/减反涂层、光记录介质、光波导电学薄膜：绝缘薄膜、导电薄膜、半导体器件磁学薄膜：磁记录介质机械薄膜：耐磨涂层（硬质膜、润滑膜）化学薄膜：防氧化或防腐蚀涂层、扩散阻挡层薄膜材料的特点n 一般并不是单独存在的（需要衬底）n 结合了不同材料的不同特性n 种类繁多n 需要使用特殊的制备与研究方法薄膜材料的特点尺寸效应：同块体材料相比，由于薄膜材料的厚度很薄，很容易产生尺寸效应。表面效应：由于薄膜材料的表面积同体积之比很大，所以表面效应很显著。在薄膜材料中还包含有大量的表面晶粒间界和缺陷态，对电子输运性能也影响较大。在基片和薄膜之间还存在有一定的相互作用，因而就会出现薄膜与基片之间的粘附性和附着力问题，以及内应力的问题。表面效应-电导率降低可见，随着厚度d的减小，其电导率将明显地降低而偏离块体材料的电导率。薄膜表面散射效应还会影响其电阻温度系数、霍尔系数、热电系数等。根据电流密度在膜厚方向的平均值和电场的关系求得薄膜的电导率为:材料热点：拓扑绝缘体特点：1.内部绝缘，表面导电2.电导能量损耗低一种新的量子材料-拓扑绝缘体张首晟介绍薄膜的薄膜的结构结构和和缺陷缺陷 薄膜的的形成包括成核、长大、凝结等过程，其结构与制备工艺条件有关，如气压、流量、功率、温度等参数，薄膜的结构和缺陷远比块体材料复杂。薄膜结构包括三种类型：组织结构晶体结构表面结构薄膜的薄膜的组织结构组织结构薄膜的组织结构是指其结晶形态。包括：1）非晶：也称无定形态或玻璃态，从原子排列情况看，为无序结构。如：基片温度较低时形成的硫化物和卤化物薄膜。2）多晶：薄膜形成过程中会生成许多岛状小晶粒，这些小晶粒聚结形成的薄膜即为多晶薄膜。晶粒往往有择优取向。3）单晶：适当条件下，薄膜沿单晶基片的结晶轴方向呈单晶生长。薄膜的表面结构在薄膜形成过程中，入射的原子沉积到基片后会作横向扩散，占据表面空位，导致薄膜表面积缩小，从而降低表面能。原子横向扩散运动的能量的大小与基片的温度密切相关。基片温度较高时，吸附原子的表面迁移率增加，凝结优先发生在表面凹处（表面台阶），易形成光滑表面。基片温度较低时，因原子迁移率很小，表面粗糙，面积较大，容易形成多孔结构。薄膜的缺陷薄膜中原子不完善排列形成缺陷。1）点缺陷：发生在一个或几个晶格常数线度范围内。2）线缺陷：发生在晶体内部一条线的周围。主要是位错。薄膜中的位错在力学和热力学上较稳定，难以通过退火来消除。3）面缺陷：单晶中主要有孪晶界和堆垛层错。多晶薄膜中还有晶（粒间）界线缺陷位错：晶体中某处一列或若干列原子有规律的错排。位错是晶体中普遍存在的线缺陷线缺陷，它的特点是在一维方向的尺寸较长，另外二维方向上尺寸很小，从宏观看位错是线状的。从微观角度看，位错是管状的。位错对晶体的生长、扩散、相变、塑性变形、断裂等许多物理、化学性质及力学性质都有很大影响。电子显微镜下观察到的位错线 面缺陷面缺陷：晶体偏离周期性点阵结构的二维缺陷类型：表面（surface)内界面（interface）：晶界、亚晶界、孪晶界、相界、堆垛层错异常结构和非理想化学计量比特性薄膜的制法多数属于非平衡状态的制取过程，薄膜的结构不一定和相图相符合。规定把与相图不相符合的结构称为异常结构，不过这是一种准稳（亚稳）态结构，但由于固体的粘性大，实际上把它看成稳态也是可以的，通过加热退火和长时间的放置还会慢慢地变为稳定状态。化合物的计量比：一般来说是完全确定的。但是多组元薄膜成分的计量比就未必如此了。通常随着原子比不同，其物性差异很大，即成分偏析。薄膜和基片（衬底）薄膜大多是沉积在某种基片上，薄膜和基片构成一个复合体系，存在着相互作用。附着、扩散和内应力是薄膜的固有特征。薄膜的附着力与内应力是首先要研究的问题。为什么要发展薄膜材料三个理由：u 不同材料特性的优势互补u 微电子技术、光电子技术的发展u 功能性结构的微小型化薄膜材料的应用n 耐磨、防腐与装饰涂层n 光学涂层n 光电薄膜n 微电子技术n 磁存储技术n 微机电系统 耐磨、防腐与装饰涂层光学涂层材料薄膜太阳电池P-type Substrate微电子技术中的薄膜材料微电子技术中的薄膜材料:MOSFETN+N+PolysiliconThin gate oxideThick oxidesInterconnect metalHeavily doped region磁存储技术中的薄膜材料磁存储技术中的薄膜材料:磁头与磁记录介质磁头与磁记录介质Materials today,JAN-FEB 2007|VOLUME 10|NUMBER 1-2 47Diamond-like carbon for data and beer storage REVIEW微机电系统中的薄膜材料微机电系统中的薄膜材料:微型反射镜组微型反射镜组u Metals:Al,Cu,Au u Glass:SiOx,SiNx u Ceramics:YBCO,PZT u Semiconductors:Si,GaAs u Polymers:PE,PMMA Thin films materials may include:薄膜材料技术的研究内容n 薄膜材料的制备技术手段；n 薄膜材料的结构理论；n 薄膜材料的表征技术；n 薄膜材料的体系、性能与应用 Example:A coater for tool coatingsA coater line for CDs and DVDsA coating system for hard disksA clustered coating system for ICA coater for flat panel displaysA commercial CVD equipment for film deposition on Si wafers in semiconductor industryK.L.Choy/Progress in Materials Science 48(2003)57170An in-line PECVD machine for solar cellsA.G.Aberle/Solar Energy Materials&Solar Cells 65(2001)239248PlasmaEnhancedChemicalVaporDepositionPECVD system at RWE-Schott Solar,Germany with a-Si solar cells production capacity of 3 MWp/yrW.Diehl et al./Surface&Coatings Technology 193(2005)329334 331a-Si absorber layer will be produced2024/5/548第二讲 真空技术 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。P1atm的气体空间都属于真空真空的区分(单位：Pa)：低真空中真空高真空超高真空10510210210-110-110-510-5不同的薄膜制备设备对真空度的要求不同：溅射CVD蒸发MBE1010-210010-310-3 50m，每个空气分子每秒钟内只经历10次碰撞；气体分子间的碰撞几率已很小，气体分子的碰撞将主要是其与容器器壁之间的碰撞。2.1.3 真空度单位真空度单位59国际单位制：压强 压强高，真空度低，压强低，真空度高几种单位间换算：米千克秒制：1Pa=1N/m2=1Kg/ms2=10达因/cm2=7.510-3Torr1毫米汞柱（mmHg）=1/760 atm=133.3Pa=1.00000014Torr 1Torr1巴（bar）=105Pa 巴与大气压强相当，所以被广泛用于描述压强2.1.4 2.1.4 区域划区域划分分60 为了便于讨论和实际应用，常根据各压强范围内不同的物理特点把真空划分为粗真空、低真空、高真空和超高真空四个区域。u低真空 102 Pau中真空 102 10-1 Pau高真空 10-1 10-5 Pau超高真空 r2-r1(r2玻管半径)，由于压强很低，Q310-1Pa，饱和 P 薄膜表面能f 形成新相表面可 系统界面能；湿润性差 s Pe 或 J Jv 时 Gv 0 时，Gv 0，新相才具有自发形核的驱动力；而 Sg 0 时，新相不可能形核！气固相变的自发形核理论3、形核势垒及临界核心半径：对式(4-1)中的 G 求极值，可得：此处：r*临界核心半径；G*形核势垒。分析：分析：如右图曲线 2 和 曲线 1的比较所示：气相过饱和度 Sg(曲线2)需克服的形核势垒 G*；如右图曲线 2 和 曲线 1的比较所示：气相过饱和度 Sg 新相的临界核心半径 r*；新相尺寸 r r*时，新相核心长大 系统自由能 倾向于继续长大(稳定化)！气固相变的自发形核理论4、临界核心的面密度：1 1）可逆反应假设：）可逆反应假设：r 原子间距3）沉积物质原子的直径为 a0，且表面已吸附原子只能通过高度为 a0 的环状面积进入核心；4）核心尺寸很小，既可能吸收外来原子而长大，也可能失去已拥有的原子而消失。5）新相(薄膜)基片 气相 三者界面上不但作用着“气相凝聚相”间的表面张力 vf，还存在“气相基片”间表面张力 sv 和“新相基片”间表面张力 fs，且三个表面张力处于平衡状态；6）球冠状核心最外侧边缘处切向与膜基界面间的夹角为 。2、形核自由能及表面张力作用分析：形成这样一个原子团时，系统的自由能变化可写作：式中：Gv 单位体积相变能(形核驱动力)；表面张力(下标 v、s、f 分别表示气相、基片和薄膜)；a1、a2、a3 与核心形状相关的几何常数。薄膜的非自发形核理论一、非自发形核的热力学分析：2、形核自由能及表面张力作用分析：核心为图示球冠状时，成立：说明：a1 实际上就是核心体积与边长为 r 的立方体体积之比；a2、a3 实际上分别是球冠底面和顶面的面积与边长为 r 的正方形面积之比；球冠底面实际上就是表面张力sv 和 fs 的作用面积、而其顶面则是 vf 的作用面积；0 时，完全湿润：a1、a2、a3 均0 新相核心体积0 几乎不需要形核过程 层状生长模式！180o时，完全不湿润：a14/3、a20、a34 球状自发形核情形、sv 和 fs 不起作用！三个表面张力之间的平衡关系满足：也可知：取决于表面张力的相互平衡关系，可表征湿润性：膜基浸润性 0时，成立：sv Re 时，Gv 0 固相凝结开始具有热力学驱动力。三、沉积速率(R)和基片温度(T)对形核过程的影响：2、沉积速率 R 的影响：在 Gv 0 的前提下，可由式(4-5)和式(4-22)得到：同理，可由式(4-6)和式(4-22)得到：可见：可见：1）沉积速率 R时，临界核心的半径 r*和形核势垒 G*都；2）结果：提高沉积速率 可获得高的形核率 细密的薄膜组织！3、沉积温度 T 的影响：在Gv r2。二、吞并过程的热力学分析：1）核心的表面能都满足：2）核心包含的原子个数可写作：3）核心的化学势：在核心中增加一个原子所需能量，即：可见：可见：r r 时时 (无限大原子团无限大原子团)：0 0 增加原子几乎不需要能量增加原子几乎不需要能量 具备极大吞并能力！具备极大吞并能力！4）核心的原子活度(a)满足：因此：图示的大小不等两相邻核心间的化学势差满足：设核心 1 趋于无限大，则 r1、a1a Gibbs-Thomson Gibbs-Thomson 公式：公式：此处：a 无限大原子团中的原子活度；表征不同曲率半径的表征不同曲率半径的固相原子团的原子活度大小！固相原子团的原子活度大小！连续薄膜的形成 奥斯瓦尔德（Ostwald）吞并机制三、讨论分析：1）原子团直径 r 团内原子 a a 平衡蒸气压 Pe 自发蒸发倾向2）大小不同核心相邻时：小核心内原子活度高 Pe2 蒸发倾向 大核心内原子活度低 Pe1 凝聚倾向3）结果：大核心吸收原子 不断长大，小核心失去原子 逐渐消失！4）奥斯瓦尔德吞并何时可以终止？！核心尺寸接近时：活度相近、达到平衡！核心尺寸接近时：活度相近、达到平衡 吞并结束、和平共处！吞并结束、和平共处！5）奥斯瓦尔德吞并过程的特征：各种大小不同的核心形成后，大核心吞并小核心，从而不断长大的过程。各种大小不同的核心形成后，大核心吞并小核心，从而不断长大的过程。6）奥斯瓦尔德吞并机制的驱动力：岛状核心降低其自身表面能的倾向所驱动。奥斯瓦尔德（Ostwald）吞并机制一、过程：两个相互接触核心互相吞并的过程。二、特征：极短时间内，两相邻核心形成接触，随后很快相互吞并。三、驱动力与机制：1、表面原子扩散有 体扩散 和 表面扩散两种机制；2、接触点附近界面能 原子扩散激活能 表面扩散优先进行 表面原子扩散通量 体扩散通量！连续薄膜的形成 熔结机制熔结过程的实验现象4.3.3 原子团迁移机制一、实验现象：T 较高时，含有数个数十个原子的凝聚态原子团仍有相当的活动能力，在基片表面以类似液滴的形式迁移运动，并不断碰撞合并。二、驱动力：热激活 迁移激活能 Ec=f(rc)(直径 rc 的函数)三、规律：rc Ec 原子团迁移能力 碰撞几率 合并小结：小结：形核初期孤立核心逐渐长大，既涉及核心对气相和表面吸附原子的吸纳，也涉及核心间的合并；核心间的相互吞并，可能有三种机制：奥斯瓦尔德吞并机制、熔结机制、原子团迁移机制；薄膜形成过程中，很难界定上述三种机制哪种为主，但可以明确的是：在三种机制的联合作用下，原子团不断完成合并，并逐渐形成连续薄膜。连续薄膜的形成 熔结机制原子团迁移机制一、Thornton的SZM模型：1、气相原子的沉积过程主要包括：吸附 表面扩散 沉积/脱附 内扩散(Ts 较高时)2、形成新相薄膜的驱动力：相变驱动力 Gv 取决于 T：可用无量纲温度 Ts/Tm 表征：Ts/Tm T、Ts/Tm1 T 0 粒子能量 Ek 取决于激发方式/气压 P 溅射：P 真空度 碰撞 Ek；蒸发：与 P 较高时溅射类似。3、SZM模型(如右图所示)：基于大量实验，Thornton提出：溅射薄膜的结构取决于 溅射气压 P 和 无量纲温度 Ts/Tm：Ts/Tm 0.5之后：高温热激活型生长 Ek 影响可忽略、Ts/Tm影响显著。薄膜结构(非外延式薄膜生长)薄膜的典型组织结构与出现条件Thornton的SZM模型(Structure Zone model)二、低温抑制型生长组织：1 1、I I 型组织：倒锥状纤维束型组织：倒锥状纤维束 +大量束间疏松孔隙大量束间疏松孔隙1 1）形成条件：）形成条件：基片温度 Ts/Tm 很低、溅射气压 P 较高2 2）形成特点：）形成特点：P Ek；Ts/Tm T、Ts 扩散能力、r*、n*3 3）组织特点：）组织特点：直径数十 nm的倒锥状细纤维束状结构；纤维内部缺陷密度很高，甚至呈非晶态；纤维(束)间结构疏松，有大量 nm尺度孔洞。4 4）性能特点：）性能特点：薄膜强度较低，但金属膜硬度较高(缺陷数量)5 5）表面形貌特点：）表面形貌特点：达到一定厚度后，细纤维束 倒锥状束，孔洞尺寸进一步 表面呈现拱形隆起形貌(纤维束顶部圆钝化！)4.4 薄膜结构(非外延式薄膜生长)4.4.1 薄膜的典型组织结构与出现条件Thornton的SZM模型(Structure Zone model)二、低温抑制型生长组织：2 2、T T型组织型组织 (Transition)(Transition)：致密纤维状微晶：致密纤维状微晶1 1）形成条件：）形成条件：Ts/Tm 仍较低(0.10.3)、气压 P 较低2 2）形成特点：）形成特点：介于 I 型和 II 型之间的过渡型生长；Ts/Tm仍较低 r*、n*P Ek 沉积粒子表面扩散能力 规律：P Ek IT 的转变温度 原因：Ek 表面扩散能力 纤维边界致密化 抑制I型、促进 T型组织产生3 3）组织特点：）组织特点：仍为直径数十 nm的细纤维束状结构；纤维内部缺陷密度仍然较高；纤维边界致密化，纤维间孔洞基本消失。4 4）性能特点：）性能特点：薄膜强度较 I型显著5 5）表面形貌特点：）表面形貌特点：表面基本平直、起伏很小。4.4 薄膜结构(非外延式薄膜生长)4.4.1 薄膜的典型组织结构与出现条件Thornton的SZM模型(Structure Zone model)三、高温热激活型生长组织：1 1、II II 型组织：柱状晶特征型组织：柱状晶特征1 1）形成条件：）形成条件：Ts/Tm 较高(0.3-0.5 0.7-0.8)2 2）形成特点：）形成特点：Ts/Tm 较高、热激活作用 Ek作用(可忽略)；T r*、n*有所降低 晶粒粗大化；表面扩散充分。3 3）组织特点：）组织特点：各个晶粒分别生长获得均匀柱状晶，且 Ts/Tm 柱状晶的直径；柱状晶晶粒内缺陷密度较低；晶界致密度高。4 4）性能特点：）性能特点：薄膜结晶较完整、强度较高5 5）表面形貌特点：）表面形貌特点：呈现出晶体学平面特征。4.4 薄膜结构(非外延式薄膜生长)4.4.1 薄膜的典型组织结构与出现条件Thornton的SZM模型(Structure Zone model)三、高温热激活型生长组织：2 2、III III 型组织：再结晶形成的粗大等轴晶型组织：再结晶形成的粗大等轴晶1 1）形成条件：）形成条件：Ts/Tm 很高(0.7-0.8)2 2）形成特点：）形成特点：沉积温度很高，Ek 影响可完全忽略；T r*、n*晶粒更粗大；表面扩散充分、体扩散活跃、充分再结晶。3 3）组织特点：）组织特点：经历充分再结晶的粗大等轴晶；晶内缺陷密度很低。4 4）性能特点：）性能特点：薄膜结晶非常完整、强度较高。5 5）表面形貌特点：）表面形貌特点：呈现出粗大的晶体学平面特征。4.4 薄膜结构(非外延式薄膜生长)4.4.1 薄膜的典型组织结构与出现条件Thornton的SZM模型(Structure Zone model)四、关于Thornton SZM模型的讨论：1、在形成在形成 I I、T T型组织时：型组织时：T Ts s 较低较低 热扩散不足；热扩散不足；E Ek k 是沉积粒子表面扩散的主要驱动力；是沉积粒子表面扩散的主要驱动力；形成形成 II II、IIIIII型组织时：型组织时：T Ts s 较高较高 热扩散占优；热扩散占优；P P、E Ek k 对扩散和组织的影响较小。对扩散和组织的影响较小。2、类似地，蒸发/离子镀方法沉积的薄膜也可能 获得这 4 种类型的组织，区别在于：蒸发时 Ek 不易形成 T型 组织；蒸发获得同类型薄膜组织需更高 Ts；离子镀时气相粒子的 Ek 更高 更易形成 T 型组织 T 型区扩大！与蒸发/溅射相比，离子镀获得同型薄膜 组织所需的 Ts 更低。3、I I 型型 和和 T T型型 薄膜组织在沉积形成过程中，薄膜组织在沉积形成过程中，原子热扩散能力不足原子热扩散能力不足 称为低温抑制型生长；称为低温抑制型生长；II II 型和型和 IIIIII型薄膜组织在沉积形成过程中，型薄膜组织在沉积形成过程中，原子热扩散充分激活原子热扩散充分激活 称为高温热激活型生长。称为高温热激活型生长。薄膜结构(非外延式薄膜生长)薄膜的典型组织结构与出现条件Thornton的SZM模型(Structure Zone model)一、纤维状薄膜结构的形成特点及形貌特征：1、形成特点：1）SZM模型：Ts 较低 不同方法制备的薄膜多呈纤维状结构；2）沉积原子在入射到基片表面后，未及发生充分的表面扩散，就被后续沉积原子不断覆盖；3）“大量晶核竞争生长”+“原子扩散能力有限”共同作用结果。2、形貌特点：1）薄膜由相互平行生长的较致密纤维组织组成，纤维间被相对 较疏松的边界所包围；2）纤维组织边界致密度低，结合强度低，薄弱而易于开裂；3）断面形貌因上一个特点而表现出明显的束状纤维特征；4）纤维生长的方向角 与粒子入射方向角 满足正切关系：因此成立：(纤维生长角)(沉积粒子入射角)；纤维截面形状由 可见：可见：纤维的形状、尺寸、生长角纤维的形状、尺寸、生长角 均均 与沉积粒子入射角相关！与沉积粒子入射角相关！薄膜结构(非外延式薄膜生长)低温抑制型薄膜的生长形成机制与特点蒸发沉积纯Al膜时纤维生长方向与入射粒子流方向间的关系(课本 P182 图5.10)二、沉积堆叠过程的数值模拟结果分析：1）薄膜致密度，且始终成立 ；2）Ts 薄膜致密度；3）“沉积原子入射方向被屏蔽”+“入射原子扩散能力不足”，是薄膜中孔洞数量、致密度 的主要原因。4）原子表面扩散能力较低 沉积位置即入射粒子着陆位置；5）入射原子能量较低时，决定薄膜结构的最主要因素是；6）入射原子到达基片的统计涨落+沉积过程的阴影遮挡效应 使具有纤维状结构的薄膜内部多缺陷、孔洞，表面粗糙化。三、一维统计涨落模型：设入射原子到达基片表面几率成随机分布，则膜厚的均方差满足：式中：a 每层原子形成的膜厚；薄膜平均原子层数。可见：可见：统计性涨落与原子扩散的作用相反：前者 薄膜粗糙度、后者 薄膜粗糙度 薄膜厚度 薄膜粗糙度。薄膜结构(非外延式薄膜生长)低温抑制型薄膜的生长形成机制与特点=45o，Ts=350 K =45o，Ts=420 KNi薄膜沉积过程数值模拟结果四、阴影效应的作用：1）对垂直入射粒子的遮档作用(图1)；2）对倾斜入射粒子的遮挡作用(图2)；遮挡作用在沉积粒子具有一定入射角分布时更严重！结果：T型组织出现在更高温度！3）入射原子的凝聚系数较低时，部分抵消阴影效应(图3)：入射原子迁移(表面扩散)后才形成沉积 相当于提高基片温度 有助于消除孔洞4）入射粒子能量较高(图4)：发射类似再溅射的现象！入射粒子自身可迁移 与表面原子碰撞传递动能 造成其它表面原子迁移 相当于提高基片温度 薄膜致密化！5）基片形状复杂度的影响(图5)：孔外及孔壁处：可形成沉积的 分布宽 阴影效应严重 获得疏松 I 型结构几率大！孔底部：入射粒子流方向集中 更易得到致密 T 型结构 但沉积速率、膜厚！薄膜结构(非外延式薄膜生长)低温抑制型薄膜的生长形成机制与特点阴影效应的作用机制示意图12345五、关于低温抑制型薄膜生长的小结：1、沉积粒子入射能量、入射角分布 有助于获得 T 型组织 薄膜孔洞率、致密度；2、此类薄膜的内部孔洞一般不可避免 薄膜中有大量空位和孔洞；3、薄膜厚度 薄膜致密度、且趋近于一极限值(该极限值 df 时成立：式中：膜、基材料热膨胀系数之差(f-s)；T 沉积过程温差(沉积温度-环境温度)；Ef 膜材料的弹性模量；f 膜材料的泊松比。3、讨论：1 1）形成热应力的条件：）形成热应力的条件：薄膜与基片材料不同 0；沉积过程温度变化 T 0。均不可避免 膜内一定存在热应力！2 2）热应力为压应力的条件）热应力为压应力的条件 (压应力下，薄膜具有更高的疲劳抗力压应力下，薄膜具有更高的疲劳抗力)：由于一般制备薄膜时，沉积温度均高于环境温度 T 0 始终成立；这就要求 0时，热应力才处于压应力状态 f-s 0 要求薄膜热膨胀系数 0.1A/cm2,Uj（弧光放电）气压P太低，两极间距太小：没有足够的气体分子被碰撞产生离子和二次电子，辉光放电熄灭气压P太高：二次电子因多次被碰撞而得不到加速，也不能产生辉光放电179溅射过程的机理解释：（1）离子轰击局部瞬时加热而蒸发 （因与实验观察不符而被否定）（2）动量理论(级联碰撞理论)离子撞击在靶上，把一部分动量传递给靶原子，如果原子获得的动能大于升华热，那么它就脱离点阵而射出。（研究溅射的基础）180溅射阈和溅射率 溅射阈：入射离子使阴极靶产生溅射所需的最小能量 溅射阈与离子质量之间并无明显的依赖关系主要取决于靶材料周期中随着原子序数增加而减小 对大多数金属来说：溅射阈为10-40eV，约为4-5倍升华热181一些金属的溅射阈（eV）182溅射率（又称溅射产额）：正离子撞击阴极时，平均每个正离子能从阴极上打出的原子数影响因素：入射粒子的类型（离化气体）、能量、角度、靶材的类型、晶格结构、表面状态、升华热等 单晶材料的溅射率还与表面晶向有关，在最密排方向上的溅射率最高E：入射粒子能量E0：升华热（eV）mI：入射粒子质量mA：靶材原子的质量r：mA/mI函数 4mImA/(mI+mA)2称为传递系数，表示入射离子和靶原子质量对动量传递的贡献当mI=mA时，传递系数为1，入射能量全部传递给靶原子183溅射率与入射离子能量的关系溅射率与离子入射角的典型关系溅射率与入射离子的能量成正比，还与入射离子的入射角有关104eV：下降（注入增加）060o：单调增加7080o：最大90o：0184溅射率与靶材原子序数的关系同周期元素：溅射率随原子序数增大而增加Ag、Au、Cu溅射率大；C、Si、Ti等的溅射率较小185Xe+轰击靶材时溅射率与温度的关系温度低时：几乎不变化超过一定温度时：急剧增加（高温，靶原子本身热动能大）不同能量的不同能量的ArAr+对几种化合物的溅射率对几种化合物的溅射率186溅射合金和化合物时，溅射率一般不能直接从组成金属的溅射率值来确定，存在较大的差异性。多组分靶：组成元素溅射率不同，溅射前后，靶表面组分发生很大变化选择溅射。合金靶：一般能溅射得到与合金成分基本一致的薄膜；但靶温度较高时，由于合金各成分热扩散不同，膜靶组分会变化。187溅射粒子的速度和能量溅射Cu原子速度分布图He+：平均速度=4105 cm/s 平均能量 E=1/2m2=4.5 eVAr+：平均速度=36105 cm/s 平均能量 E=3040 eV轻金属元素10eV左右，重金属元素U，E=44eV溅射速率和淀积速率溅射速率和淀积速率188（1）溅射速率：N：单位时间碰撞在单位靶面积上的粒子数，S：溅射率，M：靶材原子量，NA：阿佛伽德罗常数。（2）扩散速率：D：扩散系数，R：气体普适系数，T：绝对温度，P2：靶附近蒸气压，P1：基板附近蒸气压，d：靶至基板的距离。（3）淀积速率：1：基板表面凝结系数，T1：基板温度。（1 1 1 1）阴极（二极）溅射和三极（四极）溅射）阴极（二极）溅射和三极（四极）溅射189溅射的种类阴极溅射原理图三极（四极）溅射原理图 无栅极时为三极溅射 有栅极时为四极溅射（2 2 2 2）射频（高频）溅射）射频（高频）溅射190射频溅射原理图可溅射绝缘体。高频范围：530MHz（一般rf13.56MHz）191（3 3）磁控溅射 磁控原理与普通溅射技术相结合，利用磁场的特殊分布控制电场中电子的运动轨迹，改进溅射的工艺电子在正交电磁场中的作用力：采用正交电磁场能够提高离化率离化率：0.30.5%56%电子在正交电磁场中的运动轨迹磁控溅射主要有三种形式：平面型、圆柱型、S枪衬底：“近冷”态192磁控溅射电极类型反应溅射反应溅射193应用溅射技术制备介质膜通常有两种方法：高频溅射 反应溅射，特别是磁控反应溅射例如：在O2气氛中产生反应而获得氧化物 在N2或NH3中获得氮化物 在O2+N2混合气体中得到氮氧化物 在C2H2或CH4中 得到碳化物和由HF或CF4得到氟化物等反应物之间产生反应的必要条件：反应物分子必须有足够高的能量以克服分子间的势垒194195势垒与能量关系为：Ea=NAEa为反应活化能，NA为阿佛伽德罗常数。根据过渡态模型理论，两种反应物的分子进行反应时，首先经过过渡态以活化络合物，然后再生成反应物，如上图所示。可见，反应物要进行反应，必须有足够高的能量去克服反应活化能。Ea和Ea分别为正、逆向反应活化能x：反应物初态能量W：终态能量T：活化络合物能量E：反应物与生成物能量之差 热蒸发粒子的平均能量只有热蒸发粒子的平均能量只有0.10.2eV0.10.2eV，而溅射粒子，而溅射粒子可达可达1020eV1020eV，比热蒸发高出二个数量级。，比热蒸发高出二个数量级。196蒸发与溅射粒子的能量分布图4.4.4.4.离子镀（离子镀（Ion platingIon plating）197 在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物质部分离化，在气体离子或被蒸发物质粒子轰击作用的同时，把蒸发物或其反应物沉积在衬底上。1963年马托克（Mattox）首先使用,真空热蒸发与溅射相结合一种新工艺。直流法离子镀真空离子镀大型离子真空镀膜设备http:/ 蒸发 2）蒸发源与基板间加一直流电场 3）抽真空10-3-10-5Pa 1Pa 辉光放电蒸发材料暂时电离 高能到达基板（1-100eV）基板升温（300）沉积成膜优点：（1）膜层附着力强。因溅射清洗衬底表面，产生高温；使附着力差的分子解脱；促进表面扩散。（2）膜层致密。克服阴影效应。（3）沉积速率快，Max=50m/min。（4）膜厚均匀性好。基板前、后表面均能沉积薄膜。2002.4.2 射频离子镀在玻璃或塑料等绝缘体上制备介质膜在直流法的基板和蒸发源之间装上一个高频线圈，f=13.56MHz，Pw=1kW，产生高频振荡场。基板0.5-1kV负高压。因高频电场电子运动路径增加，离化率提高。较高真空度（10-110-2Pa）较低放电电压（1Pa 3kV）能维持放电离化率有所提高 201 带有小孔的坩埚使蒸发材料加热，由于坩埚内部压力较高，蒸集成团从小孔喷出，在另一离化室发生离化，向基板加速。2.4.3 簇聚团离子束沉积簇团离子镀与射频离子镀一样：在较高真空度下成膜衬底温度低装置复杂，价格贵一些202（1）在高硬度机械刀具上沉积耐磨、高硬度的膜（2）沉积耐磨的固体润滑膜（3）金属、塑料制品上沉积一层耐久的装饰膜 离子镀的主要用途：PVD总结2031、热蒸发 A、电阻加热蒸发 B、电子束加热蒸发 C、高频感应蒸发 D、激光蒸发 E、反应蒸发（1）饱和蒸气压（2）蒸发粒子的速度和能量 105cm/s，0.10.2eV （3）蒸发速率和沉积速率2042、脉冲激光沉积 （1）PLD的基本原理 激光与靶的作用 烧蚀物的传输 烧蚀粒子在衬底上的沉积 （2）颗粒物的抑制 优点：（1）无污染且易于控制 （2）能量高，靶膜成分接近一致 （3）易于掺杂 （4）适合超薄薄膜的生长 （5）沉积速率高2053、溅射 A、直流溅射，即阴极（二极）溅射 B、三极（四极）溅射 C、射频（高频）溅射 D、磁控溅射 （1）溅射的基本原理，动量理论 （2）溅射阈和溅射率（cos定律）（3）溅射粒子的速度和能量 （4）溅射速率和淀积速率2064、离子镀热蒸发+溅射 （1）直流法 （2）射频法 （3）簇团离子束法优点：（1）膜层附着力强 （2）膜层密度高 （3）膜层均匀 （4）膜层淀积速率快207http:/ Preparation of thin films by CVD methods提提 要要 u CVD 过程中典型的化学反应u CVD 过程的热力学u CVD 过程的动力学u CVD 过程的数值模拟技术u CVD 薄膜沉积装置化学气相沉积化学气相沉积化学气相沉积（chemical vapor deposition,CVD）是经由气态的先驱物，通过气相原子、分子间的化学反应，生成薄膜的技术手段211 n型重掺杂的n+材料上（低阻）外延几个到十几个微米厚的轻掺杂的n型层（高阻），晶体管作在外延层上，就解决了高击穿电压所要求的高电阻率与低集成电极串联电阻所要求的低衬底电阻率之间的矛盾。实例：PECVD工艺制备薄膜晶体管（TFT）212213概念：利用气相态物质在固体表面进行化学反应，生成固态沉积物的过程种类：根据气源不同：卤素输运法 金属有机化学气相沉积(MOCVD)根据反应室压力不同：常压CVD(APCVD)低压CVD(LPCVD)超高真空CVD(UHV/CVD)根据能量增强方式的不同：等离子增强CVD(PECVD)光增强CVD(PCVD)特色CVD技术：选择外延CVD 原子层外延(ALE或ALD)化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD)214 有机金属化合物又称金属有机化合物(metallo-organic compound)。烷基（包括甲基、乙基、丙基、丁基等）和芳香基（苯基等）的烃基与金属原子结合形成的化合物，以及碳元素与金属原子直接结合的物质之总称。与锂、钠、镁、钙、锌、镉、汞、铍、铝、锡、铅等金属能形成较稳定的有机金属化合物。大体上可分为烷基金属化合物(alkylmetalic compounds)和芳香基金属化合物(arymetalic compounds)两类.215216217CVD容易工业化：获得所需的掺杂类型和外延厚度，是很通用技术，这一技术仍在不断发展，不断完善中。CVD外延的优点：1）外延片常有一个或多个埋层。即用扩散或离子注入控制器件结构的掺杂分布。2）外延层的物理特性与体材料不同。外延层一般不含氧和碳，或氧和碳含量不会比衬底太高。缺点：外延层易形成自掺杂，限制了硅外延的电阻率。CVD的特点的特点化学气相沉积的化学气相沉积的气压环气压环境境 与 PVD 时不同，CVD 过程的气压一般比气压一般比较高较高（随需求不同而不同），因为较高的气压有助于提高薄膜的沉积速率。此时u气体的流动状态多处于粘滞流状态u气体分子的运动路径不再是直线u气体分子在衬底上的沉积几率不再是接近100%，而是取决于气压、温度、气体组成、气体激发状态、薄膜表面状态等多个因素u这也决定了 CVD 薄膜可被均匀均匀地涂覆在复杂零件的表面，而较少受到 PVD 时阴影效应阴影效应的影响化学气相沉积的化学气相沉积的温度温度范围范围 与 PVD 时不同，CVD 过程的温度一般也温度一般也比较高比较高（随需求不同而不同），因为较高的温度有助于提高薄膜的沉积速率。此时u高温可提供化学反应所需要的激活能u化学反应不仅发生在薄膜表面,而且发生在所有温度条件合适的地方u即使是在高温下,化学反应所涉及的过程也很复杂：化学反应方向、化学平衡、可逆反应等都是需要考虑的因素化学气相沉积反应的化学气相沉积反应的类型类型热解反应热解反应 如由 SiH4 热解沉积多晶 Si 和非晶 Si 的反应 SiH4(g)Si(s)+2H2(g)(650C)和由羟基镍热解生成金属 Ni 薄膜的反应 Ni(CO)4(g)Ni(s)+4CO(g)(180C)还原反应还原反应 如利用 H2 还原 SiCl4 外延制备单晶硅薄膜的反应 SiCl4(g)+2H2(g)Si(s)+4HCl(g)(1200C)和由六氟化物制备难熔金属 W、Mo 薄膜的反应 WF6(g)+3H2(g)W(s)+6HF(g)(300C)化学气相沉积反应的化学气相沉积反应的类型类型氧化反应氧化反应 如利用 O2 作为氧化剂制备 SiO2 薄膜的氧化反应 SiH4(g)+O2(g)SiO2(s)+2H2(g)(450C)和由 H2O 作为氧化剂制备 SiO2 薄膜的氧化反应 SiCl4(g)+2H2O(g)SiO2(s)+4HCl(g)(1500C)岐化反应岐化反应 如 GeI2 变价变价为另一种更稳定的化合物和 Ge 的反应 2GeI2(g)Ge(s)+GeI4(g)(300600C)置换反应置换反应 如不同化合物中的元素改变结合对象得到 SiC 的反应 SiCl4(g)+CH4(g)SiC(s)+4HCl(g)(1400C)气相输运气相输运 如将某一物质先在高温处升华 2CdTe(s)2Cd(g)+Te2(g)(T1,T2)然后使其在低温处冷凝的可逆反应 这实际上是一种利用物理现象的 PVD 过程，但它在设备、物质传输及反应的热力学、动力学分析方面却完全与 CVD 过程相类似化学气相沉积反应的类型类似于沉积太阳能电池CdTe薄膜的密闭容器升华技术 (Close-Spaced Sublimation，CSS)制备(Ga,In)(As,P)半导体薄膜的CVD装置的示意图CVD沉积室CVD固态源CVD气体原料废气处理搀杂气体原料载气压力控制部分压力控制部分温度控制部分CVD薄膜的种类薄膜的种类利用 CVD 方法制备的薄膜可以是：u单质（包括金属、半导体，但多数金属宜采用蒸发、溅射方法制备）u化合物（如氧化物、硼化物、碳化物、硫化物、氮化物、III-V、II-VI 化合物等）薄膜的微观结构可以是：u多晶的薄膜u单晶的薄膜u非晶态的薄膜CVD 过程热力学分析的作用过程热力学分析的作用 CVD 过程热力学分析的局限性过程热力学分析的局限性n反应的可能性并不能保证反应过程一定会高效率地发生，即它不能代替动力学方面的考虑n但即使存在着局限性，热力学分析对于选择、确定、优化一个实际的 CVD 过程仍具有重要的意义CVD 过程热力学分析的作用过程热力学分析的作用n预测薄膜 CVD 反应的可能性、限度n提供优化高温、可逆的 CVD 反应环境的途径CVD过程热力学分析的依据：物质的标准生标准生成自由能成自由能 G 随温度的变化 G0，反应可沿反方向自发进行 相应的元素更活泼CVD 过程的热力学过程的热力学其自由能的变化为 ai 为物质的活度，它相当于其有效浓度。G是反应的标准自由能变化。其中，a、b、c 是反应物、反应产物的摩尔数。由此 CVD 过程的化学反应总可以简单地表达为由G，可确定 CVD 反应进行的方向。例例:CVD 过程的热力学过程的热力学考虑考虑 例如，考虑下述的薄膜沉积反应的可能性 (4/3)Al+O2(2/3)Al2O3 可据此对 Al 在 1000C 时的 PVD 蒸发过程中被氧化的可能性予以估计。由于 Al2O3 和 Al 都是纯物质，其活度为 1。同时，令 p0 表示氧的平衡分压，则有由G=-846kJ/mol，可得 O2 的平衡分压为 p0=210-30Pa由于O2的活度值就等于其分压 p，pp0 时,G 0,Al 就可能氧化。因此:u在技术上，尚不可能获得这样高的真空度。因而根据热力学的计算结果，Al 在 1000C 蒸发时一定要被氧化u但这不意味着实际蒸发沉积 Al 时，只能获得氧化物薄膜G=RT ln(p/p0)n在 700K 时，下列反应 WF6(g)+3/2SiO2(s)W(s)+3/2SiF4(g)+3/2O2(g)WF6(g)+3/2Si(s)W(s)+3/2SiF4(g)的自由能变化 G=+420kJ/mol、707kJ/moln上述两个反应合在一起，构成了利用 WF6 在 Si衬底上选择性沉积 W 薄膜的一种可能的途径例例:CVD 过程的热力过程的热力学考虑学考虑再考虑 W 薄膜沉积的可能性，以及可供选择的反应路径u设想，我们想在 Si 或 SiO2 衬底上由 WF6 经化学反应沉积出 W 薄膜u为此，需要有相应 CVD 反应的 G400C时，形成规则的 ZnO纳米柱衬底温度对ZnO纳米柱尺寸的影响J.Y.Parketal./Composites:PartB37(2006)408412J.Y.Parketal./JournalofCrystalGrowth282356(2005)353358温度越高，纳米柱的长度增大，直径减小温度越高，纳米柱的长度增大，直径减小不同衬底温度下制备的ZnO纳米柱的X-射线衍射曲线J.Y.Parketal./Composites:PartB37(2006)408412J.Y.Parketal./JournalofCrystalGrowth282356(2005)353358温度上升，(0001)取向性提高不同衬底温度下制备的ZnO纳米柱的X-射线衍射曲线J.Y.Parketal./Composites:PartB37(2006)408412J.Y.Parketal./JournalofCrystalGrowth282356(2005)353358纳米柱的对称性从较低对称性变化至高度六重对称：ZnO纳米柱呈现出外延生长的特性CVD方法制备的ZnO纳米柱J.Y.Parketal./Composites:PartB37(2006)408412500C时，Al2O3(0001)衬底上纳米ZnO柱的表面和断面形貌（插图为表面形貌的高倍图象和示意图）ZnO纳米柱体的TEM象J.Y.Parketal./Composites:PartB37(2006)408412ZnO纳米柱体的(a)低倍和(b)高倍显微象（插图为电子衍射图）：晶体完整性很好 u将ZnO纳米柱分散于酒精中，涂敷在230nm厚度SiO2覆盖的n-Si表面u在选定的ZnO纳米柱上，利用电子束光刻方法制备电极的图形u真空蒸发法制备相应图形的Ni(100nm)-Au(50nm)源、漏电极（S、D）u以n-Si衬底作为门电极（G）使用ZnO纳米柱制备场效应管J.Y.Parketal./Composites:PartB37(2006)408412ZnO纳米柱制备的场效应管场效应管的示意图和实物图S,D,G分别为场效应管的源、漏、门电极由ZnO纳米柱制备场效应管SDGSi 半导体场效应管及其特性曲线控制了G电极的电位，即可控制S-D电极间的阻抗和电流J.Y.Parketal./Composites:PartB37(2006)408412(a)不同门电压下测量得到的IsdVsd曲线(b)不同源-漏电压降条件下得到的IsdVg曲线ZnO纳米柱场效应管的特性曲线 on/offratio105Off On 例二:FIB-和EB-CVD方法制备C纳米线u象激光束时一样，离子束（FIB）和电子束（EB）也可被用来辅助实现物质的CVD沉积过程uFIB和EB-CVD过程各在5kV0.4-1pA和5kV160-2000pA，5nm束斑直径的条件下进行u使用C14H10作为沉积碳的源物质，将其采用喷管喂入沉积所需的位置u沉积室压力保持为110-4Pa，沉积时间为5minFIB-CVD 方法沉积的碳柱体的直径方法沉积的碳柱体的直径 290nm,高度高度 7.96 m;EB-CVD 方法沉积的碳柱体的直径方法沉积的碳柱体的直径 160nm,高高度度 4.15 m(a)FIB-和(b)EB-CVD沉积的纳米碳柱体J.-y.Igakietal./MicroelectronicEngineering83(2006)12251228沉积条件：沉积条件：5kV 1pA.FIB-和和 EB-CVD 方法的沉积速方法的沉积速率分别为率分别为 2.4 10-1 和和 2.3 10-3 cm3/min，即两者的沉，即两者的沉积速率相差积速率相差100倍。倍。FIB-和EB-CVD方法沉积纳米碳柱体时的沉积速度Linear growth rate(m/min)FIB-CVD方法沉积的纳米碳弹簧J.-y.Igakietal./MicroelectronicEngineering83(2006)12251228u沉积条件：5kV0.4pAu直径：280nmFIB-CVD碳导线及其导电性能J.-y.Igakietal./MicroelectronicEngineering83(2006)12251228FIB-CVD方法沉积的碳导线是导体，其电阻值为1.9G.EB-CVD 碳导线及其导电性能J.-y.Igakietal./MicroelectronicEngineering83(2006)12251228EB-CVD方法沉积的碳导线却是绝缘体。FIB-和EB-CVD碳导线及其导电性能沉积物导电性的差别可能与其成分有关。FIB-CVD 导线 EB-CVD 导线 沉积条件 5kV1pA 5kV 160pA线长度(m)11.7 11.7线 径(nm)180 310沉积时间(s)200 200导电性 导体 绝缘体成 分(%)97%C 100%C 3%Ga -小结小结n薄膜材料可以使用在适当高的温度、一定的压力下进行的CVD过程加以制备。CVD方法是由气相源物质开始，经过化学反应制备薄膜的方法n在CVD制备薄膜的情况下，需要考虑过程的热力学，更要考虑其复杂的动力学因素。n各种动力学因素都可能成为制约CVD方法薄膜制备过程的主要因素。等离子体技术基础7.1等离子体的基本概念7.2等离子体的分类7.3低温等离子体的产生7.1 等离子体的基本概念物质四态物质四态：固体、液体、气体和等离子体 多种薄膜制备方法中涉及等离子体，如溅射、等离子体化学气相沉积（PECVD）、脉冲激光沉积（PLD）等都是在等离子体中实现薄膜沉积的。等离子体的概念等离子体的概念：等离子体可以利用气体放电来形成。等离子体是由大量带电粒子和中性粒子所组成的准电中性的宏观体系。等离子体的温度等离子体的温度：等离子体中包含有电子、离子和大量的多种中性粒子或基团。体系常处于非平衡态，因此电子、离子和粒子的温度各不相同。电子温度Te、离子温度Ti、中性粒子温度Tn等离子体的密度等离子体的密度等离子体由电子、离子和中性粒子组成，其中带电粒子是电子和离子。除了氧气和氯气等电子亲和力大的气体等离子体外，离子通常带正电荷。准中性条件准中性条件：ne=ni=n其中ni为离子密度，ne为电子密度，n为等离子体密度。因而，虽然等离子体由带电的电子和离子组成，但是其整体呈电中性，所以叫等离子体。等离子体振荡等离子体振荡由于粒子密度的起伏，在等离子体空间形成电场，导致电子以某个特定的频率围绕着平衡位置振荡，这就是等离子体振荡。角频率：频率：电子振荡角频率：离子振荡角频率：电子质量me很小，所以频率很高。例如在ne=1010/cm3的等离子体中fpe=898MHz，在微波频段。德拜长度德拜长度 等离子体是导体，在一定的空间范围内可以屏蔽电场，等离子体中带电粒子的库仑力的作用范围是有限的，可用德拜长度表示：德拜长度随电子密度的增加而减少。当系统的几何线度即 时，系统内包含的电离气体才能被看成等离子体。德拜长度表示了维持等离子体宏观电中性的空间特征尺度。等离子体的分类在薄膜材料制备中所采用的主要是通过低气压辉光放电产生的低温等离子体低温等离子体低温等离子体在化学气相沉积、溅射镀膜等薄膜制备技术中，主要使用的是低气压辉光放电