(精品)二氧化硅薄膜制备

无忧,PPT,整理发布,Textmasterformate durch Klicken bearbeiten,Zweite Ebene,Dritte Ebene,Vierte Ebene,Fnfte Ebene,Klicken Sie,um das Titelformat zu bearbeiten,Textmasterformate durch Klicken bearbeiten,Zweite Ebene,Dritte Ebene,Vierte Ebene,Fnfte Ebene,Klicken Sie,um das Titelformat zu bearbeiten,Page,*,无忧,PPT,整理发布,无忧,PPT,整理发布,Textmasterformate durch Klicken bearbeiten,Zweite Ebene,Dritte Ebene,Vierte Ebene,Fnfte Ebene,Klicken Sie,um das Titelformat zu bearbeiten,二氧化硅薄膜的制备及应用,班级,:08,微电子一班 姓名,:,袁峰 学号,:087305136,摘要,:,二氧化硅薄膜具有良好的硬度、光学、介电性质及耐磨、抗蚀等特性,在光学、微电子等领域有着广泛的应用前景,是目前国际上广泛关注的功能材料。论述了有关二氧化硅薄膜的制备方法,相应性质及其应用前景。,二氧化硅具有硬度高、耐磨性好、绝热性好、光透过率高、抗侵蚀能力强以及良好的介电性质。通过对各种制备方法、制备工艺的开发和不同组分配比对二氧化硅薄膜的影响研究,制备具有优良性能的透明二氧化硅薄膜的工作已经取得了很大进展。薄膜在诸多领域得到了很好的应用,如用于电子器件和集成器件、光学薄膜器件等相关器件中。利用纳米二氧化硅的多孔性质可应用于过滤薄膜、薄膜反应和相关的吸收剂以及分离技术、分子工程和生物工程等,从而在光催化、微电子和透明绝热等领域具有很好的发展前景。,1,二氧化硅薄膜的制备方法,化学气相淀积法,物理气相淀积,热氧化法,溶胶凝胶法,液相沉积法,1.1,化学气相淀积（,CVD,）,化学气相淀积是利用化学反应的方式，在反应室内，将反应物（通常是气体）生成固态生成物，并淀积在硅片表面是的一种薄膜淀积技术。因为它涉及化学反应，所以又称,CVD,（,Chemical Vapour Deposition,）。,CVD,法又分为,常压化学气相沉积,(APCVD),、,低压化学气相沉积,(LPCVD),、,等离子增强化学气相沉积,(PECVD),和,光化学气相沉积,等,1.1.1,等离子体增强化学气相沉积法,利用辉光放电,在高频电场下使稀薄气体电离产生等离子体,这些离子在电场中被加速而获得能量,可在较低温度下实现,SiO2,薄膜的沉积。这种方法的特点是沉积温度可以降低,一般可从,LPCVD,中的,700,下降至,200,且生长速率快,可准确控制沉积速率,(,约,1nm,樸,s),生成的薄膜结构致密,;,缺点是真空度低,从而使薄膜中的杂质含量,(Cl,、,O),较高,薄膜硬度低,沉积速率过快而导致薄膜内柱状晶严重,并存在空洞等。,1.1.2,光化学气相沉积法,使用紫外汞灯,(UV2Hg),作为辐射源,利用,Hg,敏化原理,在,SiH4+N2O,混合气体中进行光化学反应。,SiH4,和,O2,分,2,路进入反应室,在紫外光垂直照射下,反应方程式如下,3O 2 2O 3(195 nm),O 3 O+O 2(200,300 nm),总反应式为,SiH4+2O 2 SiO 2+,气体副产物,(,通,N 2,排出,),2.1,物理气相沉积,(PVD),物理气相沉积主要分为,蒸发镀膜,、,离子镀膜,和,溅射镀膜,三大类。其中真空蒸发镀膜技术出现较早,但此法沉积的膜与基体的结合力不强。在,1963,年,美国,Sandia,公司的,D.M.Mattox,首先提出离子镀,(IonPlating),技术,1965,年,美国,IBM,公司研制出射频溅射法,从而构成了,PVD,技术的三大系列,蒸发镀,溅射镀和离子镀。,3.1,热氧化法,干氧氧化,湿氧氧化,水汽氧化。,3.2,溶胶凝胶法,溶胶凝胶法是一种低温合成材料的方法,是材料研究领域的热点。早在,19,世纪中期,Ebelman,和,Graham,就发现了硅酸乙酯在酸性条件下水解可以得到“玻璃状透明的”,SiO 2,材料,并且从此在黏性的凝胶中可制备出纤维及光学透镜片。这种方法的制作费用低、镀膜简单、便于大面积采用、且光学性能好,适用于立体器件。过去,10,年中,人们在此方面已取得了较大进展。通常,多孔,SiO 2,薄膜的特性依赖溶胶,2,凝胶的制备条件、控制实验条件,(,如溶胶组分、,pH,值、老化温度及时间、回流等,),可获得折射率在,1.009,1.440,、连续可调、结构可控的,SiO 2,纳米网络。但是,SiO 2,减反射膜,(,即增透膜,),往往不具有疏水的性能,受空气中潮气的影响,使用寿命较短。经过改进,以正硅酸乙酯,(TEO S),和二甲基二乙氧基硅烷,(DDS)2,种常见的物质为原料,通过二者的共水解,2,缩聚反应向,SiO 2,网络中引入疏水的有机基团,CH3,由此增加膜层的疏水性能。同时,通过对体系溶胶,2,凝胶过程的有效控制,使膜层同时具有良好的增透性能及韧性。此外,在制备多孔,SiO 2,膜时添加聚乙二醇,(PEG),可加强溶胶颗粒之间的交联,改善,SiO 2,膜层的机械强度,有利于提高抗激光损伤强度。,3.3,液相沉积法,在化学沉积法中,使用溶液的湿化学法因需要能量较小,对环境影响较小,在如今环境和能源成为世人瞩目的问题之时备受欢迎,被称为,sof t2p rocess(,柔性过程,),。近年来在湿化学法中发展起一种液相沉积法,(L PD),SiO 2,薄膜是用,L PD,法最早制备成功的氧化物薄膜。通常使用,H2SiF6,的水溶液为反应液,在溶液中溶入过饱和的,SiO 2(,以,SiO 2,、硅胶或硅酸的形式,),溶液中的反应为,:H2SiF6+2H2O SiO 2+6HF,。目前可在相当低的温度,(,40),成功地在,GaA s,基底上生长,SiO 2,薄膜,其折射率约为,1.423,。,PLD,成膜过程不需热处理,不需昂贵的设备,操作简单,可以在形状复杂的基片上制膜,因此使用广泛。,4,二氧化硅（,SiO2,）薄膜的应用,微电子领域,光学领域,其他方面,微电子领域：,在微电子工艺中,SiO 2,薄膜因其优越的电绝缘性和工艺的可行性而被广泛采用。在半导体器件中,利用,SiO 2,禁带宽度可变的特性,可作为非晶硅太阳电池的薄膜光吸收层,以提高光吸收效率,;,还可作为金属,2,氮化物,2,氧化物,2,半导体,(MN SO),存储器件中的电荷存储层,集成电路中,CMO S,器件和,SiGeMO S,器件以及薄膜晶体管,(TFT),中的栅介质层等。此外,随着大规模集成电路器件集成度的提高,多层布线技术变得愈加重要,如逻辑器件的中间介质层将增加到,4,5,层,这就要求减小介质层带来的寄生电容。鉴于此,现在很多研究者都对低介电常数介质膜的种类、制备方法和性能进行了深入研究。对新型低介电常数介质材料的要求是,:,在电性能方面具有低损耗,和低耗电,;,在机械性能方面具有高附着力和高硬度,;,在化学性能方面要求耐腐蚀和低吸水性,;,在热性能方面有高稳定性和低收缩性。目前普遍采用的制备介质层的,SiO 2,其介电常数约为,4.0,并具有良好的机械性能。如用于硅大功率双极晶体管管芯平面和台面钝化,提高或保持了管芯的击穿电压,并提高了晶体管的稳定性。这种技术,完全达到了保护钝化器件的目的,使得器件的性能稳定、可靠,减少了外界对芯片沾污、干扰,提高了器件的可靠性能。,光学领域：,20,世纪,80,年代末期,Si,基,SiO 2,光波导无源和有源器件的研究取得了长足的发展,使这类器件不仅具有优良的传导特性,还将具备光放大、发光和电光调制等基本功能,在光学集成和光电集成器件方面很有应用前景,可作为波导膜、减反膜和增透膜。随着光通信及集成光学研究的飞速发展,玻璃薄膜光波导被广泛应用于光无源器件及集成光路中。制备性能良好的用作光波导的薄膜显得至关重要。集成光路中光波导的一般要求,:,单模传输、低传输损耗、同光纤耦合效率高等。波导损耗来源主要分为材料吸收、基片损耗、散射损耗三部分。通过选用表面粗糙度高、平整的光学用玻璃片或预先溅射足够厚的,SiO 2,薄膜的普通玻璃基片,使波导模瞬间场分布远离粗糙表面,以减少基底损耗。,激光器用减反膜的研究也取得了很大的进展。,中国工程物理研究院与化学所用溶胶凝胶法成功地研制出紫外激光,SiO 2,减反膜。结果表明,浸入涂膜法制备的多孔,SiO 2,薄膜比早期的真空蒸发和旋转涂膜法制备的,SiO 2,薄膜有更好的减反射效果。在波长,350 nm,处的透过率达到,98%,以上,紫外区的最高透过率达到,99%,以上。该,SiO 2,薄膜有望用于惯性约束聚变,(ICF),和,X,光激光研究的透光元件的减反射膜。目前在溶胶凝胶工艺制备保护膜、增透膜方面也取得了一些进展。此法制备的,SiO 2,光学薄膜在惯性约束聚变的激光装置中已成为一种重要的手段,广泛地应用于增透光学元件上,如空间滤波器、窗口、靶室窗口或打靶透镜。在谐波转换元件,KDP,晶体上用溶胶工艺镀制保护、增透膜,能改善,KDP,晶体的工作条件,提高谐波光束的质量与可聚焦功率。,Thomas,用溶胶,2,凝胶工艺制备的增透膜和保护膜在美国洛仑兹,利弗莫尔国家实验室已使用多年。,其他方面：,非晶态,SiO 2,薄膜由于具有十分优良的负电荷充电和存储能力,在,20,世纪,80,年代初、中期成为无机驻极体的代表性材料,与已经得到广泛应用的传统有机高分子聚合物驻极体相比,以单晶硅为基片的,SiO 2,薄膜驻极体无疑具有不可比拟的优势。除了电荷储存寿命长,(,可达,200,500,年,),、抗高温恶劣环境能力强,(,可在近,200,温度区内工作,),外,还可以和现代硅半导体工艺相结合,实现微型化甚至集成电路化。在驻极体电声器件与传感器件、驻极体太阳能电池板、驻极体马达与发电机等方面获得更广泛的应用。此外,在研究中还发现,在氧化气氛中进行后处理能够改善各种沉积方法制备的,SiO 2,薄膜的性能,34,。在,ITO,透明导电玻璃中,SiO 2,可作为钠离子阻挡层。目前双靶反应磁控溅射沉积,SiO 2,膜的设备已成功地应用在,ITO,透明导电玻璃生产线上。两年多的连续运行表明,设备和工艺稳定可靠,产品特性和质量符合有关技术标准。,谢谢观看,