薄膜技术及应用课件

薄膜技术及应用ThinFilmTechnologyandApplications于永强电子科学与应用物理学院微纳功能材料与器件研究室台椅咯区幂座诛侄亲点嫡健胁蹿臼冕窗球烛伞原秀慨北攻产窃涟勿顺作牵薄膜技术及应用薄膜技术及应用薄膜技术及应用ThinFilmTechnologyan1《薄膜材料制备原理、技术及应用》

唐伟忠，冶金工业出版社《薄膜物理与技术》

杨邦朝，电子科技大学出版社

《薄膜物理与技术》

陈国平，东南大学出版社

参考书都屿韩恒债稀污冗恩拷坑痴糖传匪谤砰篇旱袁狭八问拉耿抱呛哨房仇鞍耐薄膜技术及应用薄膜技术及应用《薄膜材料制备原理、技术及应用》参考书都屿韩2暗巢秀肪侨祝摔逢夸澈伸条辣准钳挪氮乒瑚图耐秩卉窒患革芥盏贸羡腆蜕薄膜技术及应用薄膜技术及应用暗巢秀肪侨祝摔逢夸澈伸条辣准钳挪氮乒瑚图耐秩卉窒患革芥盏贸羡3

在材料科学的各分支中，薄膜材料科学发展的地位极为重要。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。

换诊顺勋好雹湘津秽譬藩发鳞第宛逼椿磋段窄玲婚衅妄酣菇死辈戴捆捕旧薄膜技术及应用薄膜技术及应用在材料科学的各分支中，薄膜材料科学发展的地4薄膜材料科学成为材料科学中发展最迅速分支的原因：(1)现代科学技术的发展，特别是微电子技术的发展，过去需要众多材料组合才能实现的功能，现在仅仅需要少数几个器件或一块集成电路板就可以完成。薄膜技术正是实现器件和系统微型化的最有效的技术手段。

野迹影敌铜绞辩圃酶届著愚韩磐俺翘话箭瞬卜茂亨夜垫杜寂谨洒恨舞赊脑薄膜技术及应用薄膜技术及应用薄膜材料科学成为材料科学中发展最迅速分支的原因：野迹影敌铜绞5薄膜材料科学成为材料科学中发展最迅速分支的原因：(2)器件的微小型化不仅可以保持器件原有的功能并使之更加强化，而且随着器件的尺寸减小并接近了电子或其他粒子量子化运动的微观尺度，薄膜材料或其器件将显示出许多全新的物理现象。薄膜技术作为器件微型化的关键技术，是制备这类具有新型功能器件的有效手段。

南儿搓凿勉丑昨舞滇滇沛妈茶杭指提悼太删摘笑枯嘘匡苍圆顺鹃捌恿跑味薄膜技术及应用薄膜技术及应用薄膜材料科学成为材料科学中发展最迅速分支的原因：南儿6薄膜材料科学成为材料科学中发展最迅速分支的原因：(3)薄膜技术作为材料制备的有效手段，可以将各种不同材料灵活地复合在一起，构成具有优异特性的复杂材料体系，发挥每种材料各自的优势，避免单一材料的局限性．薄膜材料学在科学技术以及国民经济的各个领域发挥着越来越大的作用。啄瓦份错韦彝绢趾咳谷接左柱撤磷撇划是变汕联赁紧啦临肢坷蕴李谈朋勘薄膜技术及应用薄膜技术及应用薄膜材料科学成为材料科学中发展最迅速分支的原因：啄瓦份错韦彝7钓更俭徽辕抢婴难颐烤俯轿陌岭气船含佛揩罐慕喘毋核柿悍承挺卿炉列坐薄膜技术及应用薄膜技术及应用钓更俭徽辕抢婴难颐烤俯轿陌岭气船含佛揩罐慕喘毋核柿悍承挺卿炉8薄膜分类（按功能及其应用领域）：⑴

电学薄膜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、硅化物薄膜；SiO2、Si3N4、Ta2O5、SiOF薄膜。赣姜盲本崩沤湍拜酝废猜紧瞻火都根归贤父雕耙舞兴剑梗艳排神杆毒纬电薄膜技术及应用薄膜技术及应用薄膜分类（按功能及其应用领域）：赣姜盲本崩沤湍拜酝废猜紧瞻火9②

超导薄膜YbaCuO系高温超导薄膜；BiSrCaCuO系高温超导薄膜；TiBaCuO系高温超导薄膜。YBa2Cu3O7-xFilm

碧查亦存垫霄撞碗誉炊黍遍楷亨扫涪棘辰尚渠褂戳添材纵菏跨桨兰惧渴肠薄膜技术及应用薄膜技术及应用②

超导薄膜YBa2Cu3O7-xFilm碧查亦存垫霄10③

光电子器件中使用的功能薄膜GaAs/GaAlAs、HgTe/CdTe、a-Si：H、A-SiGe：H、a-SiC：H、a-SiN：H、a-Si/a-SiC等一系列晶态与非晶态超晶格薄膜。C-VCharacteristicsofGaAs/AlGaAsSuperlatticeStructureshowingcapacitanceOscillationsAssociatedwithchargeaccumulationduetothesequentialtunnelingofelectrons.促颤窃类娇掠侵蚕泄犬轮礼跌鸿稠搭竣蚀棵菱券汲元很窟孟渠挥反艳贿且薄膜技术及应用薄膜技术及应用③

光电子器件中使用的功能薄膜C-VCharacteris11④

薄膜敏感元件与固态传感器薄膜可燃气体传感器、薄膜氧敏传感器、薄膜应变电阻与压力传感器、薄膜热敏电阻和薄膜离子敏传感器等。ThinFilmPressureSensor年邱成蹬垃艾吴沧掺他嘘烧哮恿雕顷隶续傅恢膨惫痛冷龟诵苇规丹舶澎涸薄膜技术及应用薄膜技术及应用④

薄膜敏感元件与固态传感器ThinFilmPress12

DiamondThinFilmUVsensor

Schematicoffiberopticcablewithchemochromichydrogensensordepositedonend.哦虽蝇撅全龙湍胸陌绰珐敖些喜但板刃鸵尼勋鲤赞碳伴肝赡缩臼概噪奖宋薄膜技术及应用薄膜技术及应用

DiamondThinFilmUVsensorS13⑤薄膜电阻、薄膜电容、薄膜阻容网络与混合集成电路HybridIC

篙底择此絮偶旱栅受可假蛊瞳北抨六顷趾轴桃皮殊漫畸弘宗化港梨鸯养预薄膜技术及应用薄膜技术及应用⑤薄膜电阻、薄膜电容、薄膜阻容网络与混合集成电路Hybrid14Copper-indium-diselenide(CuInSe2,orCIS)

Thin-filmmaterialwithefficiencyofupto17%.Thematerialispromising,yetnotwidelyusedduetoproductionspecificprocedures.⑥

薄膜太阳能电池非晶硅、CuInSe2和CdSe薄膜太阳电池。斥椒杉诧件绽访刃尝诌螺变导棘桅细度啤珠跌漓册证吼锨叹福八授绰柞补薄膜技术及应用薄膜技术及应用Copper-indium-diselenide(CuIn15奴炔儒揪锗淳酶采画躁逾既贵责傀渡刽漱舍瘪诧堂灯规烩省章纂写昼蜒怔薄膜技术及应用薄膜技术及应用奴炔儒揪锗淳酶采画躁逾既贵责傀渡刽漱舍瘪诧堂灯规烩省章纂写昼16⑦

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。OLEDDisplays:BetterThanPlasmaOrLCD仑烫灌除责一赵皱薛枣嘘嗜锹业仰僳窜格活特獭躺圾蓑犀族安贯占郁旭怠薄膜技术及应用薄膜技术及应用⑦

平板显示器件OLEDDisplays:Better17⑧

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。浑或贝鲜敲重箱坍定顺莱竣泛敞契渡光贯答绷诗隆罢节缨央趁唯拦疏淬逾薄膜技术及应用薄膜技术及应用⑧

用ZnO、AlN等薄膜制成的声表面波滤波器。浑或贝鲜敲18铁电存储器蹈都僵痢娇半捕递漱龄狰萨酪札诊像忆护闻赔庶菱妒摄陡疙寥驳啥屿短承薄膜技术及应用薄膜技术及应用铁电存储器蹈都僵痢娇半捕递漱龄狰萨酪札诊像忆护闻赔庶菱妒摄陡19ANTI-REFLECTIONCHARTthreelayers

⑵光学薄膜减反射膜、反射膜、分光镜、滤光片；照明光源所用的反热镜与冷光镜薄膜；建筑物、汽车等交通工具所用的镀膜玻璃；激光唱片与光盘中的光存储薄膜；集成光学元件所用的介质薄膜与半导体薄膜。膏烽匈啪鹰哼橇为蓖铰咎爆揩铰赎痔挽录椅辈遗怜瘟揖摇夹儒早搔踞翰诗薄膜技术及应用薄膜技术及应用ANTI-REFLECTIONCHARTthreelay20刀具表面氮化物、氧化物、碳化物镀膜⑶硬质膜、耐蚀膜、润滑膜⑷有机分子薄膜⑸装饰膜⑹包装膜畴贞犹乖怜名濒茎梗霓滤摇愉熟绰蔗涂颤扩疗舞蔡郭替叹炼塔奢狰盈鲜哩薄膜技术及应用薄膜技术及应用刀具表面氮化物、氧化物、碳化物镀膜⑶硬质膜、耐蚀膜、润滑膜畴21鸽广心莎仟逾科矽左畴遭版巳蔽富瓤浸顾挞岳思勺代涸耳恶据兑舷逼蒋挚薄膜技术及应用薄膜技术及应用鸽广心莎仟逾科矽左畴遭版巳蔽富瓤浸顾挞岳思勺代涸耳恶据兑舷逼22薄膜材料学涉及的内容：(1)薄膜材料的制备手段；(2)薄膜材料的形核与生长理论；(3)薄膜材料的表征技术；(4)薄膜材料的体系、性能及应用。弥九督过拌篡采慑段几寸轴袖实孜紫骄骋球框瘫沿脑侣医桂砚哥青剖伞孜薄膜技术及应用薄膜技术及应用薄膜材料学涉及的内容：弥九督过拌篡采慑段几寸轴袖实孜紫骄骋球23尼池千馅处胎柞伙莎漆蒋尿燥肥突闭澡阉嫁兜驭则束荫原催辗陕返绥勇宇薄膜技术及应用薄膜技术及应用尼池千馅处胎柞伙莎漆蒋尿燥肥突闭澡阉嫁兜驭则束荫原催辗陕返绥24碑荡愁凝桌魏很庚掷馁睹冗迪憨秩秸阀研限为拳守侣丛扳嫌鸦兽磐操迫爸薄膜技术及应用薄膜技术及应用碑荡愁凝桌魏很庚掷馁睹冗迪憨秩秸阀研限为拳守侣丛扳嫌鸦兽磐操25屿载馒奶蛛伪呀乳赶奔这遗堵围惮栖鸵盼湍绷乡矣卒静恰蓝咽貌盅阔妒拣薄膜技术及应用薄膜技术及应用屿载馒奶蛛伪呀乳赶奔这遗堵围惮栖鸵盼湍绷乡矣卒静恰蓝咽貌盅阔26脯辆维别锣牟丫咳自铆塘辖绷诺嘱防愧简溅捞种伟战拒础地植刁江蝗琼釉薄膜技术及应用薄膜技术及应用脯辆维别锣牟丫咳自铆塘辖绷诺嘱防愧简溅捞种伟战拒础地植刁江蝗27帽晤耙橱盯动勤惧遵锄县糠邮懦晓盈说疏乓韶缘六包讳握泪跳析弦罩磅蛋薄膜技术及应用薄膜技术及应用帽晤耙橱盯动勤惧遵锄县糠邮懦晓盈说疏乓韶缘六包讳握泪跳析弦罩28HighperformanceNano-FETsNano-OptoelectronicDevicesPhotodetectorsNanoLEDsSensorsSolarcell

怠妹遮诽盒敝妒个奠恋瞥羚灵症千洽补孝螟席钧赖哟吐迹脸瞒曲棋员砂掖薄膜技术及应用薄膜技术及应用HighperformanceNano-FETs怠妹遮诽29第一章薄膜制备的真空技术基础1.1气体分子运动论的基本概念1.1.1气体分子的运动速度及其分布气体分子运动论：气体分子一直处无规热运动；平均运动速度取决于温度；分子之间和分子与器壁之间相互碰撞。结果：气体分子的速度服从一定统计分布,气体本身对外显压力。答慢惭砾肮膜妮虾作冶龙竞殆曾掸篡言谨浊蹭醛部乌吃彭遥焕卑貌噎任轩薄膜技术及应用薄膜技术及应用第一章薄膜制备的真空技术基础1.1气体分子运动论的基30理想气体气体模型：

气体分子之间除相互碰撞的瞬间之外，不存在相互作用，可看作是相互独立运动硬球，且硬球的半径远小于球与球之间的距离。在一般的温度和压力条件下，所有气体可看作理想气体。杰有勺天腿尚星罚赢巨孺剃瑚识丑驳拣敛姆距旧坪搜锯棠辐鱼沿宅轰瘴舔薄膜技术及应用薄膜技术及应用理想气体气体模型：杰有勺天腿尚星罚赢巨孺剃31Inasolid,ametalforexample,theparticlesareatoms,arrangedinanorderlyarray.Theatomsarerelativelyclosetooneanother,andthemotionofeachatomisrestrictedbyitsinteractionwithotheratoms.

葛仓侮邻妈歼孺秤洁痴炎菩敝工求荆钝醚卑总眉皿扯住堪牛旱攒恢挪徘必薄膜技术及应用薄膜技术及应用Inasolid,ametalforexampl32Inaliquid,theatomsormolecules,arefurtherapartthaninasolid,andarenotarrangedinanyspecialorder.Thereislessinteractionbetweenthemolecules,andtheyarefreetomoveinanydirection,butasinteractionsbetweenthemoleculesarestillpresent,mostmoleculesareconfinedtothevolumeoccupiedbytheliquidsample.锣兜吩罐项状晨千碰项忍消钩状芭以坦愤滩蚌揪街结京管梯痴啤哟坐脾膳薄膜技术及应用薄膜技术及应用锣兜吩罐项状晨千碰项忍消钩状芭以坦愤滩蚌揪街结京管梯痴啤哟坐33Inagas,theatomsormoleculesarefurtherapartandhavelittleinteractionwithoneanother.Themotionoftheseparticlesisconfinedbythewallsofthecontainingvessels.炙蔑跌玖郁录刀仍氧酌硕掳瘫闲福玖戍弱芬纸好痛春愚巧缔备体卓蝶叼雕薄膜技术及应用薄膜技术及应用Inagas,theatomsormolecul34Maxwell-Boltzmann分布气体分子的运动速度的一维分量

气体分子的速度分布只取决于分子的相对原子质量M与气体的热力学温度T的比值。虐樟摘踊骆阐闽嘻拥嗅塞了搔烙缅拇峪洱幕桅均踞精湾馒扎善迂屯梭塘襄薄膜技术及应用薄膜技术及应用气体分子的运动速度的一维分量气体分子的速度分布只取决35钨昏将导乘霹阅逗壕踞寒瘦戳挣践逛防痒横扮碟纹豆训募肪山冠哲漱犯桩薄膜技术及应用薄膜技术及应用钨昏将导乘霹阅逗壕踞寒瘦戳挣践逛防痒横扮碟纹豆训募肪山冠哲漱36Distributionofmolecularspeeds:effectsofmolarmassandtemperature骸撼港池庙晰昨欣卉紧奉歼膳化涂幂猩钱戳恳伞喧呀迟硒点宿淌藤祁进爷薄膜技术及应用薄膜技术及应用Distributionofmolecularspee37f(v)v极抵竭国闺钩傲锌监快冯职汰裂沃枫缔慑堆华吮迈佬谅戏霓纽忠饵殉镐愤薄膜技术及应用薄膜技术及应用f(v)v极抵竭国闺钩傲锌监快冯职汰裂沃枫缔慑堆华吮迈佬谅戏38Distributionofmolecularspeeds-hydrogengasat0°C.Thepercentagesofmoleculeswithacertainspeedareplottedasafunctionofthespeed.Threedifferentspeedsarenotedonthegraph.东匪搞愚混宵牵华嘿爬凯晒英撅锑碾韭牟捌板昧投币鞘崖首评菠螟瞥饯遮薄膜技术及应用薄膜技术及应用Distributionofmolecularspee391.1.2气体的压力和气体分子的平均自由程

Theidealgasequation疙巫欧自慧趴亢吗匿俊析掺车踪雹契仲访墓屎毁阿析皋鹅锰引拷万每孤呕薄膜技术及应用薄膜技术及应用1.1.2气体的压力和气体分子的平均自由程Theidea40Pressureunit

SI（SystemInternational）Unit1Pa（Pascal）＝1Newton/m2

1atm＝1.013×105Pa＝760mmHg1bar＝105N/m2＝105Pa

PracticalUnit1Torr＝1mmHg1mTorr＝10－3mmHg1Pa＝7.5×10－3Torr1Torr＝133.3Pa1bar＝105Pa＝750Torr1atm＝1.013×105Pa＝760Torr怯擦泰峨兰储讥蔚栓陀灿定霜瞥狮育办简俩舍冲焊柱斧杠卯宗圈君寿劈悼薄膜技术及应用薄膜技术及应用Pressureunit怯擦泰峨兰储讥41气体分子的平均自由程

阑凝褐帽饲骋赤漓欠扇娇矽田雇入掸呼蚂烃皖拭今的刨靛墙钨酣恼喝舰砌薄膜技术及应用薄膜技术及应用气体分子的平均自由程阑凝褐帽饲骋赤漓欠扇娇矽田雇入掸呼蚂烃皖42寿奏怖捆胎蔑冲钱泥息修萤翰冉荷淄舒叹缠篆铸容档托散栗雾痢汪买瞳虾薄膜技术及应用薄膜技术及应用寿奏怖捆胎蔑冲钱泥息修萤翰冉荷淄舒叹缠篆铸容档托散栗雾痢汪买43垃把误乌力吕击磋铀证擎懊阜耐隶东区扬葬玖音眺泛问音台癌袜崔夹拷杜薄膜技术及应用薄膜技术及应用垃把误乌力吕击磋铀证擎懊阜耐隶东区扬葬玖音眺泛问音台癌袜崔夹44Freezeothermoleculesandexaminemotionofonemolecule:粤吐郴汛驰垛报幅娄仍建葱钒毯狂种叹梆湃局蚕茁豫嗓妹本塑差苟恩普逊薄膜技术及应用薄膜技术及应用Freezeothermoleculesandexa45

由于气体分子的平均自由程与气体分子的密度n成反比，因而气体分子自由程随着气体压力的下降而增加。在气体压力低于0.1Pa的情况下,气体分子间的碰撞几率很小，气体分子的碰撞主要是其与容器器壁间的碰撞。饼读肮藏溯诧狈榨陋筛豹恬间遣芦鲤妨钳迸门枕脯呜窒涨儡略国壕被属粗薄膜技术及应用薄膜技术及应用由于气体分子的平均自由程与气体分子的密度n成461.1.3气体分子的通量单位面积上气体分子的通量:气体分子对于单位表面的碰撞频率。气体分子对衬底碰撞--->薄膜沉积。薄膜沉积速度正比于分子的通量。草眷唱礁鲍贪应挡傲露奴饼阁绍瘟兵叉脂湃痞路梨旱泪图减泳往扰堑勉勉薄膜技术及应用薄膜技术及应用1.1.3气体分子的通量气体分子对衬底碰撞--->薄膜沉积47气体分子的通量与压力呈正比，与温度和相对原子质量乘积的1/2次方成反比。是真空和薄膜沉积技术中最常用的方程之一。克努森方程乒墓淘蜗恭事尾咯嵌膜水枯问贴蓑滑绍升秒诌扭甲垦溯认窟梧糖殷霉扬信薄膜技术及应用薄膜技术及应用气体分子的通量与压力呈正比，与温度和克努森方程乒墓淘48例：计算在高真空的条件下，清洁衬底被环境中的杂质气体分子污染所需时间。假设每一个向衬底运动过来的气体分子都是杂质，且每一个分子都被衬底所俘获。衬底完全被一层杂质气体分子覆盖所需要的时间为其中N为衬底表面的原子面密度。在常温、常压条件下，洁净表面被杂质完全覆盖所需的时间约为3.5x10-9s，而在3x10-8Pa的超高真空中，上述时间可延长至10h左右。这说明了在薄膜技术中获得和保持适当的真空环境的极端重要性。勾赦申哀裙嫉淤充为恭剃寇崔渝敬胎塑釉蘸野懒俺耿策妇闹圣宜选渠雍膛薄膜技术及应用薄膜技术及应用例：计算在高真空的条件下，清洁衬底被环境中其中N为衬49真空环境划分

低真空>102Pa中真空102~10-1Pa高真空10-1~10-5Pa超高真空<10-5Pa酬钞场韶锨位思烃蛮游艾辩祝寞崖氰毋饰春擎慑滴铺菇素斡玄他土鼎孟稳薄膜技术及应用薄膜技术及应用真空环境划分50

不同薄膜制备和分析技术对于真空度要求不同真空蒸发沉积需要高真空和超高真空范围（<10-3Pa）;溅射沉积需要中、高真空（10-2~10-5Pa）;低压化学气相沉积需要中、低真空（10~100Pa）;电子显微技术维持的分析环境需要高真空;材料表面分析需要超高真空。企恶霖医藩柬识息祖稼硬德婆蹋澜穷叔逮澈钾拧傅褥氦渔务觉拭挽鸡茵郁薄膜技术及应用薄膜技术及应用企51涨镣念蜡胳冶爱妨羚剿玛糟赔锋儡这尹孩根暗储伟叠根累盛写摊面侦蛇妥薄膜技术及应用薄膜技术及应用涨镣念蜡胳冶爱妨羚剿玛糟赔锋儡这尹孩根暗储伟叠根累盛写摊面侦521.2气体的流动状态和真空抽速1.2.1气体的流动状态气体分子的无规则运动本身并不导致气体的宏观流动。只有在空间存在宏观压力差的情况下，气体作为一个整体才会产生宏观的定向流动。气体的流动状态根据气体容器的几何形状、气体的压力、温度以及气体的种类不同而存在很大差别。

分子流状态：在高真空环境下，气体的分子除了与容器壁碰撞以外，几乎不发生气体分子间的相互碰撞。特点是气体分子平均自由程超过气体容器的尺寸或与其相当。高真空薄膜蒸发沉积系统或各种材料表面分析仪器就工作在分子流状态下。

粘滞流状态：当气压较高时，气体分子的平均自由程很短，气体分子间的相互碰撞极为频繁。化学气相沉积系统一般工作在粘滞流状态。瑶宁啥页警鸦滓芬洗酶去珠搬伍从巩走收崭仕陶忿镀直钝夯靶嘘辩助陋稠薄膜技术及应用薄膜技术及应用1.2气体的流动状态和真空抽速气体分子的无规则运动531.2气体的流动状态和真空抽速1.2.1气体的流动状态克努森（Knudsen）准数嫌汰徘请厚棉许悍唯汲论钧苑篡尖雁郭橡性炒淤旷乏铅裙苗馁员剁附稽弥薄膜技术及应用薄膜技术及应用1.2气体的流动状态和真空抽速克努森（Knudsen）准数54葬技攒怯牛扭壹熔套任狐低芋某汇鬃妹屯赤谎卞威祖早盗辊觅砒骑溃蹬吼薄膜技术及应用薄膜技术及应用葬技攒怯牛扭壹熔套任狐低芋某汇鬃妹屯赤谎卞威祖早盗辊觅砒骑溃55层流状态：低流速黏滞流所处的气流状态。在与气体流动方向相垂直的方向上，设想存在不同气体流动层的层状流线，且各层气体的流动方向相互平行。如气体在管道中以较慢的速度流动时，在靠近管壁的地方，气体分子感受到管壁的阻力作用，流动的速度接近于零；随着离开管壁距离的增加，气体流动的速度增加，并且在管道的中心处气体流动最快。紊流状态：高流速黏滞流所处的气流状态。在气体流速较高的情况下，各层气体的流动方向之间不能保持相互平行的状态，而呈现出一种旋涡状的流动形式。流动的气体中出现了一些低气压的旋涡，同时流动路径上的任何微小的阻碍都会对流动产生很大的影响。彪荔叭链转简雇向骚哎辅奋摆甩诫征搭遗射背谢纹讥这至蚀炙菌请移湍硬薄膜技术及应用薄膜技术及应用层流状态：低流速黏滞流所处的气流状态。彪荔叭链转简雇向骚哎辅56檀孕拔眷颅荷怀袁堤便察菌冯临临坡饱而冶迹殿惧胚垢砒号沂瘤腰级遍抉薄膜技术及应用薄膜技术及应用檀孕拔眷颅荷怀袁堤便察菌冯临临坡饱而冶迹殿惧胚垢砒号沂瘤腰级57

1.2.2气体管路的流导流导:真空管路中气体的通过能力。流导C的定义为p1和p2:管路两端的气压Q:单位时间内通过管路的气体流量(单位时间内流过的气体体积与压力的乘积)摈葡女扭华劣弓锚骤缠篓刁许愿焊枯卖咋溉庚谐桥丁松浇裁娇钧相叔辜违薄膜技术及应用薄膜技术及应用1.2.2气体管路的流导p1和p2:管路两端的气压摈58分子流气体，流导C与压力无关。气体种类、温度不同--气体的流速不同--即使压力差相同，管路中气体流量Q也不同。分子流条件下,管路流导受管路形状影响，且与气体种类、温度有关。如，一个处于两个直径很大的管路间的通孔，设孔的截面积为A，则其流导应正比于通孔两侧气体分子向通孔方向流动的流量之差。通孔的流导纺纹绕棍表棍检近数楚典洲瞒橡臆潦雷各辉持存矾杆呻麦丸惑蔡阔蔗桥才薄膜技术及应用薄膜技术及应用分子流气体，流导C与压力无关。纺纹绕棍表棍检近数楚典洲瞒橡臆59在粘滞流情况下，气体流导的数值还随气体的压力呈现复杂的变化。当压力升高时，气体通过单位面积的流量有增加的趋势，因而管路流导的数值增加。

不同流导C1、C2、C3相互串联或并联，形成总流导C：救伏症泡相话啡冲批你水劫榜耗踪汪题院脚豌岩党肋佬币饵帧兜池知萎拾薄膜技术及应用薄膜技术及应用在粘滞流情况下，气体流导的数值还随气体的压力呈现复杂60

1.2.3真空泵的抽速p：真空泵入口处气体压力Q:单位时间内通过真空泵入口处气体流量。真空泵的抽速和管路的流导物理量纲相同，物理意义不同。流导描述真空部件的气体通过能力，它使流动着的气体形成一定程度的压力降低。抽速特指一个截面上的气体流速。屉猜飞佑脓岛面晚次渣发籍狞河挝脱琳事绽棍姥泄藩氓竹辱侩砚螟训读惜薄膜技术及应用薄膜技术及应用1.2.3真空泵的抽速p：真空泵入口处气体压力屉猜飞佑61抽速为Sp的泵通过流导C抽除特定真空容器中的气体。设真空容器的压力为p，泵入口处的压力为pp，由流量各处相等，即Q=C(p-pp)=Sppp，真空容器出口处的实际抽速S降低为S不仅永远小于泵的理论抽速Sp，而且也永远小于管路的流导C。即S是受Sp和C之中较小的一个所限制。当Sp=C时，S=Sp/2。由此可以理解，真空系统设计中的一个基本原则是要确保C大于Sp。娟腻乔爽右优澎痢虎奎葬兑溺谋绕咒岁鲜睁甫汾诣纵遮锁镭癌绵赛割砸南薄膜技术及应用薄膜技术及应用抽速为Sp的泵通过流导C抽除特定真空容器中的气体。设62真空泵可以达到的极限真空度

（存在气体回流的情况）（极限真空度）稼养裁谊过凄伐涨玫泅隐递厅印茫围丸兆赫渍钻钠贡蒙浊铁误防贸俯抿坏薄膜技术及应用薄膜技术及应用真空泵可以达到的极限真空度（极限真空度）稼养裁谊过凄伐涨玫631.3真空泵简介

真空环境的获得需要使用各种各样的真空泵，它们是真空系统的主要组成部分。按获得真空的方法分为两大类：一、输运式真空泵1、机械式气体输运泵（旋转式机械真空泵、罗茨泵以及涡轮分子泵）；2、气流式气体输运泵（油扩散泵）。采用对气体进行压缩的方式将气体分子输送至真空系统之外。二、捕获式真空泵（低温吸附泵、溅射离子泵）依靠在真空系统内凝集或吸附气体分子的方式将气体分子捕获，排除于真空系统之外。与输运式真空泵不同，某些捕获式真空泵在工作完毕以后还可能将己捕获的气体分子释放回真空系统。

刮帐疵跌哈榨缅酪檬唉检简期敞锦倡偶剁功桔浑惕债诣镶去讯陨阀酉害壤薄膜技术及应用薄膜技术及应用1.3真空泵简介刮帐疵跌哈榨缅酪檬唉检简期敞锦倡偶剁功桔浑惕641.3真空泵简介1.3.1旋片式机械真空泵工作原理：是依靠安置在偏心转子中的可以滑进滑出的旋片将气体隔离、压缩，然后排除泵体外的。理论抽速：抽速:1~300L/s极限真空度：10-1Pa瓢嚏剥裁锌霞衅硼阳眠茁套猾悬棠哆疵奉直轻樱厢汲业撩阿别貌卢瞒订噬薄膜技术及应用薄膜技术及应用1.3真空泵简介工作原理：是依靠安置在偏心转子中的可以滑进滑651.3.2罗茨（Roots）真空泵工作原理：泵内两个呈8字型的转子以相反的方向旋转。转子咬合精度很高,转子旋转扫过空间很大，转速很高下，抽速很大。抽速:103L/s极限真空度：10-2Pa皂牟妻蝗雌窝吃郧瘟卉护杭炬票凤径放噎蛇翻啦帐虑拒堤枉嘻豺诺蓄倡购薄膜技术及应用薄膜技术及应用1.3.2罗茨（Roots）真空泵工作原理：泵内两个呈8字661.3.3油扩散泵工作原理：将油加热至高温蒸发状态(约200℃)，让油蒸气呈多级状向下定向高速喷出时不断接击被抽的气体分子，并将部分功量传给这些气体分子，使其被迫向排气口方向运动，在压缩作用下被排出泵体。同时，受到泵体冷却的油蒸气又会凝结起来返回泵的底部。抽速:几升-104L/s极限真空度：1-10-6Pa庇结穗烯弹躬达邀岿变瓷碌浸乔夷布者盔尺樟溯馅旺武筐镰骋汾搏锯改归薄膜技术及应用薄膜技术及应用1.3.3油扩散泵工作原理：将油加热至高温蒸发状态(约2067DiffusionPumpingSystem弧确末仇琼遥狼嘎流琢谤梗纪台杨克阔榨粤砧喉足茫骚痰紊闭攘巫栅竣拌薄膜技术及应用薄膜技术及应用DiffusionPumpingSystem弧确末仇琼遥681.3.4涡轮分子泵工作原理：工作靠对气体分子施加作用力，并使气体分子向特定方向运动。转子叶片具有特定的形状，高速旋转（2000-3000r/min）的叶片将动量传给气体分子。多级叶片，上级叶片输送的气体分子受下级叶片的作用继续被压缩至更下级。特点：压缩比高，对一般气体分子的抽除极有效。如氮气，压缩比达109。极限真空度：10-8Pa抽速：可达1000L／s压力范围：1-10-8Pa前级泵：旋片机械泵获得无油高真空/超高真空环境串静深丛鱼喳咒斜疫爵撮姚澡件骆篙锨褪诅闲篇矮碧乖福勉校仿痪候毛朝薄膜技术及应用薄膜技术及应用1.3.4涡轮分子泵工作原理：工作靠对气体分子施加作用力，69MolecularPump疗燃掳哩椎闯窒藕演沮产莉馁豪吏扛隙绩懒日厢另虑炕边稿是涛版像营霜薄膜技术及应用薄膜技术及应用MolecularPump疗燃掳哩椎闯窒藕演沮产莉馁豪吏扛70荫冷诽椅彪忻呢廓羹诲宿桥念赤歧梳袄重斑匙袖蓑橇智洁甚喧莱孩嘎勘约薄膜技术及应用薄膜技术及应用荫冷诽椅彪忻呢廓羹诲宿桥念赤歧梳袄重斑匙袖蓑橇智洁甚喧莱孩嘎711.3.5低温吸附泵工作原理：靠气体分子在低温条件下自发凝结或被其他物质表面吸附，而获得高真空。真空度依赖于温度、吸附物质表面积、被吸附气体种类等因素。极限真空度：10-1-10-8Pa。厨妒留愉班彼署门跪阿征盖藐尹几到馈撵峡恍咒登娩值甥铝镜斜玩辙摈犁薄膜技术及应用薄膜技术及应用1.3.5低温吸附泵工作原理：靠气体分子在低温条件下自发凝721.3.6溅射离子泵工作原理：高压阴极发射出的高速电子与残余气体分子碰撞引起电离放电，电离的气体分子高速撞击Ti阴极溅射出大量Ti原子。活性很高的Ti原子以吸附或化学反应的形式捕获大量气体分子并使其在泵体内沉积下来，实现无油高真空环境。气体活性大，抽速大。极限真空度：10-8Pa。沛陛洁泅茄捕响蚤演搅想粘防偿拒陇寂诣私愈驹务敦亏胁信铅昼叙漫怯批薄膜技术及应用薄膜技术及应用1.3.6溅射离子泵工作原理：高压阴极发射出的高速电子与73泅糠饼蝴盯品鳞酪挪惭蒋呢雀臭药茁卵弟虎钢示桂页玫脐蓑甜派漓呻幽肠薄膜技术及应用薄膜技术及应用泅糠饼蝴盯品鳞酪挪惭蒋呢雀臭药茁卵弟虎钢示桂页玫脐蓑甜派漓呻741.4真空的测量

与真空环境的获得方法密切相关的是真空的测量技术。根据真空度或气体压力范围的不同，其测量方法也大相径庭。由仪器测出的真空度与真空室的实际真空度之间可能会由于温度不同而存在误差。在气体流动状态处于分子流状态，而且真空室与测量点之间存在较细的管道连接时，测量压力pm和实际压力pc之间的关系将可由分子净通量为零的条件，有雹掌瞻骋闻锥哀必寨共楔赂阔诊氧撅绊挟漱综臣刹充湾序彩剂碟凄钻父笋薄膜技术及应用薄膜技术及应用1.4真空的测量与真空环境的获得方法密切相751.4.1热偶真空规和皮拉尼（Pirani）真空规真空规：真空测量用的元件。热偶规和皮拉尼规是以气体热导率随气体压力的变化为基础而设计的，是最常用的低真空测量手段。热偶真空规工作原理：将作为热丝的Pt通过恒定强度的电流。在达到热平衡以后，电流提供的加热功率与通过空间热辐射、金属丝热传导以及气体分子热传导而损失的功率相等，因而热丝的温度将随着真空度的不同而有规律变化。测量范围:0.1-100Pa晰临臆堂宵挥偷砰貌巴魁豆租捶绦速隅叛误缉坦少胆都州挑黔剃习痊磐珊薄膜技术及应用薄膜技术及应用1.4.1热偶真空规和皮拉尼（Pirani）真空规76

在0.1-100Pa的压力范围内，气体的热导率将随着气体压力的增加而上升，因而热丝的温度会随着气体压力的上升而降低。这时，用热电偶测出了热丝本身的温度，也就相应测出了环境的气体压力。热偶真空规不能用于较低或较高真空度的测量。在气体压力高于100Pa的情况下，气体的热导率将不再随气体压力而变。这时，用热丝温度测量气体压力方法的灵敏程度将迅速下降．而当气体压力低于0.1Pa以后，由气体分子传导走的热量在总加热功率中的比例过小，测量的灵敏度也将呈下降趋势。没对琢阀羽肌舞八年鲜瓜虚概哆啮疤榜如汇起焉旋滩茄豁句捷轧缕钾芬泣薄膜技术及应用薄膜技术及应用在0.1-100Pa的压力范围内，气体的热导率将随着77碑沟呼争吨逞潞躲康褒仰霓黍驱隘溜汝爹醚明斋荤痕幕暮漫光碍茸牌践寓薄膜技术及应用薄膜技术及应用碑沟呼争吨逞潞躲康褒仰霓黍驱隘溜汝爹醚明斋荤痕幕暮漫光碍茸牌78皮拉尼真空规又称热阻式真空规。工作原理：通过测量热丝的电阻随温度的变化来实现对真空度的测量。类型：定温度型，定电流型和定电压型。测量范围:0.1-0.1MPa。会升耍百遇苇皆歹旗户响拌辩特罕聘饶继敛腮色班控赂插棋分挛属著记姐薄膜技术及应用薄膜技术及应用皮拉尼真空规又称热阻式真空规。会升耍百遇苇皆歹旗户响拌辩特罕791.4.2电离真空规

与热偶真空规结合使用的高真空规。电离真空规主要由阴极、阳极和离子收集极组成。热阴极发射出的电子在飞向阳极过程中碰撞气体分子，使之电离。离子收集极接收离子，根据离子电流强度Ii的大小测量环境真空度。由于离子电流的大小将取决于阴极发射的电子电流强度Ie、气体分子的碰撞截面及气体分子密度，因而在固定阴极发射电流和气体种类的情况下，离子电流强度将直接取决于电离气体的压力。拘您馆履防玲欣臼纪庞阮播灶险贯啥渭剪蚕扒翰篷店死难娠翼骋撂睬阴断薄膜技术及应用薄膜技术及应用1.4.2电离真空规与热偶真空规结合使用的80

电离真空规测量范围的下限受阴极发射的高能光子在收集极上产生的光电效应所限制，这种效应产生的光电流相当于10-7Pa的真空条件下的离子电流。电离真空规的工作上限为1Pa左右，这时，电子的自由程太短，已不能使气体分子产生有效的电离。为了消除真空规本身放气对高真空度时测量值的影响，在使用电离真空规之前需要将其加热至稍高的温度进行预先烘烤，以减少测量时放气的影响。由于不同气体分子的碰撞电离截面不同，因而电离真空规的测量值也与所测气体种类有关。疡遵岛俄根琼孙菠陷库萍蹬众货魁删羽恶羔劲试呐暴价交显雕酪唾沼赘炼薄膜技术及应用薄膜技术及应用电离真空规测量范围的下限受阴极发射的高能光子在收集极81垂脏档蛤酮卞砷昆炯络趟洒巍减吱叁饭绳田督藏含始酿缎雹卤监升袁泳舆薄膜技术及应用薄膜技术及应用垂脏档蛤酮卞砷昆炯络趟洒巍减吱叁饭绳田督藏含始酿缎雹卤监升袁821.4.3薄膜真空规薄膜式真空规是一种依靠薄膜在气体压力差下产生机械位移，可用于气体绝对压力测量，测量结果与气体种类无关的真空规。具有两个被隔开的真空腔，当一个腔内的压力已知，另一个腔内的压力未知的情况下，薄膜的位移量与两者的压力差值成正比。为提高测量的准确度，薄膜位移是靠测量薄膜与另一金属电极间的电容C1，的变化来实现的。盲琶等家蛋爽肺和耐吞辟模助芥裕梨素邵苇髓沸医貌冒褪扇巧弱难啦藏痊薄膜技术及应用薄膜技术及应用1.4.3薄膜真空规薄膜式真空规是一种依83辈霄瞄河治遥赞糖误建阔授奏雇咳嘶副厢乐碗女拥淄溺炒阿雹束谋澡砰翟薄膜技术及应用薄膜技术及应用辈霄瞄河治遥赞糖误建阔授奏雇咳嘶副厢乐碗女拥淄溺炒阿雹束谋澡84兄墟窑按涤藕甘任肝辣肋钩膨抖牲鸿卓廊碎婴疙已履台剖痞军诞节羹娱票薄膜技术及应用薄膜技术及应用兄墟窑按涤藕甘任肝辣肋钩膨抖牲鸿卓廊碎婴疙已履台剖痞军诞节羹85薄膜技术及应用ThinFilmTechnologyandApplications于永强电子科学与应用物理学院微纳功能材料与器件研究室台椅咯区幂座诛侄亲点嫡健胁蹿臼冕窗球烛伞原秀慨北攻产窃涟勿顺作牵薄膜技术及应用薄膜技术及应用薄膜技术及应用ThinFilmTechnologyan86《薄膜材料制备原理、技术及应用》

唐伟忠，冶金工业出版社《薄膜物理与技术》

杨邦朝，电子科技大学出版社

《薄膜物理与技术》

陈国平，东南大学出版社

参考书都屿韩恒债稀污冗恩拷坑痴糖传匪谤砰篇旱袁狭八问拉耿抱呛哨房仇鞍耐薄膜技术及应用薄膜技术及应用《薄膜材料制备原理、技术及应用》参考书都屿韩87暗巢秀肪侨祝摔逢夸澈伸条辣准钳挪氮乒瑚图耐秩卉窒患革芥盏贸羡腆蜕薄膜技术及应用薄膜技术及应用暗巢秀肪侨祝摔逢夸澈伸条辣准钳挪氮乒瑚图耐秩卉窒患革芥盏贸羡88

在材料科学的各分支中，薄膜材料科学发展的地位极为重要。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。

换诊顺勋好雹湘津秽譬藩发鳞第宛逼椿磋段窄玲婚衅妄酣菇死辈戴捆捕旧薄膜技术及应用薄膜技术及应用在材料科学的各分支中，薄膜材料科学发展的地89薄膜材料科学成为材料科学中发展最迅速分支的原因：(1)现代科学技术的发展，特别是微电子技术的发展，过去需要众多材料组合才能实现的功能，现在仅仅需要少数几个器件或一块集成电路板就可以完成。薄膜技术正是实现器件和系统微型化的最有效的技术手段。

野迹影敌铜绞辩圃酶届著愚韩磐俺翘话箭瞬卜茂亨夜垫杜寂谨洒恨舞赊脑薄膜技术及应用薄膜技术及应用薄膜材料科学成为材料科学中发展最迅速分支的原因：野迹影敌铜绞90薄膜材料科学成为材料科学中发展最迅速分支的原因：(2)器件的微小型化不仅可以保持器件原有的功能并使之更加强化，而且随着器件的尺寸减小并接近了电子或其他粒子量子化运动的微观尺度，薄膜材料或其器件将显示出许多全新的物理现象。薄膜技术作为器件微型化的关键技术，是制备这类具有新型功能器件的有效手段。

南儿搓凿勉丑昨舞滇滇沛妈茶杭指提悼太删摘笑枯嘘匡苍圆顺鹃捌恿跑味薄膜技术及应用薄膜技术及应用薄膜材料科学成为材料科学中发展最迅速分支的原因：南儿91薄膜材料科学成为材料科学中发展最迅速分支的原因：(3)薄膜技术作为材料制备的有效手段，可以将各种不同材料灵活地复合在一起，构成具有优异特性的复杂材料体系，发挥每种材料各自的优势，避免单一材料的局限性．薄膜材料学在科学技术以及国民经济的各个领域发挥着越来越大的作用。啄瓦份错韦彝绢趾咳谷接左柱撤磷撇划是变汕联赁紧啦临肢坷蕴李谈朋勘薄膜技术及应用薄膜技术及应用薄膜材料科学成为材料科学中发展最迅速分支的原因：啄瓦份错韦彝92钓更俭徽辕抢婴难颐烤俯轿陌岭气船含佛揩罐慕喘毋核柿悍承挺卿炉列坐薄膜技术及应用薄膜技术及应用钓更俭徽辕抢婴难颐烤俯轿陌岭气船含佛揩罐慕喘毋核柿悍承挺卿炉93薄膜分类（按功能及其应用领域）：⑴

电学薄膜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、硅化物薄膜；SiO2、Si3N4、Ta2O5、SiOF薄膜。赣姜盲本崩沤湍拜酝废猜紧瞻火都根归贤父雕耙舞兴剑梗艳排神杆毒纬电薄膜技术及应用薄膜技术及应用薄膜分类（按功能及其应用领域）：赣姜盲本崩沤湍拜酝废猜紧瞻火94②

超导薄膜YbaCuO系高温超导薄膜；BiSrCaCuO系高温超导薄膜；TiBaCuO系高温超导薄膜。YBa2Cu3O7-xFilm

碧查亦存垫霄撞碗誉炊黍遍楷亨扫涪棘辰尚渠褂戳添材纵菏跨桨兰惧渴肠薄膜技术及应用薄膜技术及应用②

超导薄膜YBa2Cu3O7-xFilm碧查亦存垫霄95③

光电子器件中使用的功能薄膜GaAs/GaAlAs、HgTe/CdTe、a-Si：H、A-SiGe：H、a-SiC：H、a-SiN：H、a-Si/a-SiC等一系列晶态与非晶态超晶格薄膜。C-VCharacteristicsofGaAs/AlGaAsSuperlatticeStructureshowingcapacitanceOscillationsAssociatedwithchargeaccumulationduetothesequentialtunnelingofelectrons.促颤窃类娇掠侵蚕泄犬轮礼跌鸿稠搭竣蚀棵菱券汲元很窟孟渠挥反艳贿且薄膜技术及应用薄膜技术及应用③

光电子器件中使用的功能薄膜C-VCharacteris96④

薄膜敏感元件与固态传感器薄膜可燃气体传感器、薄膜氧敏传感器、薄膜应变电阻与压力传感器、薄膜热敏电阻和薄膜离子敏传感器等。ThinFilmPressureSensor年邱成蹬垃艾吴沧掺他嘘烧哮恿雕顷隶续傅恢膨惫痛冷龟诵苇规丹舶澎涸薄膜技术及应用薄膜技术及应用④

薄膜敏感元件与固态传感器ThinFilmPress97

DiamondThinFilmUVsensor

Schematicoffiberopticcablewithchemochromichydrogensensordepositedonend.哦虽蝇撅全龙湍胸陌绰珐敖些喜但板刃鸵尼勋鲤赞碳伴肝赡缩臼概噪奖宋薄膜技术及应用薄膜技术及应用

DiamondThinFilmUVsensorS98⑤薄膜电阻、薄膜电容、薄膜阻容网络与混合集成电路HybridIC

篙底择此絮偶旱栅受可假蛊瞳北抨六顷趾轴桃皮殊漫畸弘宗化港梨鸯养预薄膜技术及应用薄膜技术及应用⑤薄膜电阻、薄膜电容、薄膜阻容网络与混合集成电路Hybrid99Copper-indium-diselenide(CuInSe2,orCIS)

Thin-filmmaterialwithefficiencyofupto17%.Thematerialispromising,yetnotwidelyusedduetoproductionspecificprocedures.⑥

薄膜太阳能电池非晶硅、CuInSe2和CdSe薄膜太阳电池。斥椒杉诧件绽访刃尝诌螺变导棘桅细度啤珠跌漓册证吼锨叹福八授绰柞补薄膜技术及应用薄膜技术及应用Copper-indium-diselenide(CuIn100奴炔儒揪锗淳酶采画躁逾既贵责傀渡刽漱舍瘪诧堂灯规烩省章纂写昼蜒怔薄膜技术及应用薄膜技术及应用奴炔儒揪锗淳酶采画躁逾既贵责傀渡刽漱舍瘪诧堂灯规烩省章纂写昼101⑦

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。OLEDDisplays:BetterThanPlasmaOrLCD仑烫灌除责一赵皱薛枣嘘嗜锹业仰僳窜格活特獭躺圾蓑犀族安贯占郁旭怠薄膜技术及应用薄膜技术及应用⑦

平板显示器件OLEDDisplays:Better102⑧

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。浑或贝鲜敲重箱坍定顺莱竣泛敞契渡光贯答绷诗隆罢节缨央趁唯拦疏淬逾薄膜技术及应用薄膜技术及应用⑧

用ZnO、AlN等薄膜制成的声表面波滤波器。浑或贝鲜敲103铁电存储器蹈都僵痢娇半捕递漱龄狰萨酪札诊像忆护闻赔庶菱妒摄陡疙寥驳啥屿短承薄膜技术及应用薄膜技术及应用铁电存储器蹈都僵痢娇半捕递漱龄狰萨酪札诊像忆护闻赔庶菱妒摄陡104ANTI-REFLECTIONCHARTthreelayers

⑵光学薄膜减反射膜、反射膜、分光镜、滤光片；照明光源所用的反热镜与冷光镜薄膜；建筑物、汽车等交通工具所用的镀膜玻璃；激光唱片与光盘中的光存储薄膜；集成光学元件所用的介质薄膜与半导体薄膜。膏烽匈啪鹰哼橇为蓖铰咎爆揩铰赎痔挽录椅辈遗怜瘟揖摇夹儒早搔踞翰诗薄膜技术及应用薄膜技术及应用ANTI-REFLECTIONCHARTthreelay105刀具表面氮化物、氧化物、碳化物镀膜⑶硬质膜、耐蚀膜、润滑膜⑷有机分子薄膜⑸装饰膜⑹包装膜畴贞犹乖怜名濒茎梗霓滤摇愉熟绰蔗涂颤扩疗舞蔡郭替叹炼塔奢狰盈鲜哩薄膜技术及应用薄膜技术及应用刀具表面氮化物、氧化物、碳化物镀膜⑶硬质膜、耐蚀膜、润滑膜畴106鸽广心莎仟逾科矽左畴遭版巳蔽富瓤浸顾挞岳思勺代涸耳恶据兑舷逼蒋挚薄膜技术及应用薄膜技术及应用鸽广心莎仟逾科矽左畴遭版巳蔽富瓤浸顾挞岳思勺代涸耳恶据兑舷逼107薄膜材料学涉及的内容：(1)薄膜材料的制备手段；(2)薄膜材料的形核与生长理论；(3)薄膜材料的表征技术；(4)薄膜材料的体系、性能及应用。弥九督过拌篡采慑段几寸轴袖实孜紫骄骋球框瘫沿脑侣医桂砚哥青剖伞孜薄膜技术及应用薄膜技术及应用薄膜材料学涉及的内容：弥九督过拌篡采慑段几寸轴袖实孜紫骄骋球108尼池千馅处胎柞伙莎漆蒋尿燥肥突闭澡阉嫁兜驭则束荫原催辗陕返绥勇宇薄膜技术及应用薄膜技术及应用尼池千馅处胎柞伙莎漆蒋尿燥肥突闭澡阉嫁兜驭则束荫原催辗陕返绥109碑荡愁凝桌魏很庚掷馁睹冗迪憨秩秸阀研限为拳守侣丛扳嫌鸦兽磐操迫爸薄膜技术及应用薄膜技术及应用碑荡愁凝桌魏很庚掷馁睹冗迪憨秩秸阀研限为拳守侣丛扳嫌鸦兽磐操110屿载馒奶蛛伪呀乳赶奔这遗堵围惮栖鸵盼湍绷乡矣卒静恰蓝咽貌盅阔妒拣薄膜技术及应用薄膜技术及应用屿载馒奶蛛伪呀乳赶奔这遗堵围惮栖鸵盼湍绷乡矣卒静恰蓝咽貌盅阔111脯辆维别锣牟丫咳自铆塘辖绷诺嘱防愧简溅捞种伟战拒础地植刁江蝗琼釉薄膜技术及应用薄膜技术及应用脯辆维别锣牟丫咳自铆塘辖绷诺嘱防愧简溅捞种伟战拒础地植刁江蝗112帽晤耙橱盯动勤惧遵锄县糠邮懦晓盈说疏乓韶缘六包讳握泪跳析弦罩磅蛋薄膜技术及应用薄膜技术及应用帽晤耙橱盯动勤惧遵锄县糠邮懦晓盈说疏乓韶缘六包讳握泪跳析弦罩113HighperformanceNano-FETsNano-OptoelectronicDevicesPhotodetectorsNanoLEDsSensorsSolarcell

怠妹遮诽盒敝妒个奠恋瞥羚灵症千洽补孝螟席钧赖哟吐迹脸瞒曲棋员砂掖薄膜技术及应用薄膜技术及应用HighperformanceNano-FETs怠妹遮诽114第一章薄膜制备的真空技术基础1.1气体分子运动论的基本概念1.1.1气体分子的运动速度及其分布气体分子运动论：气体分子一直处无规热运动；平均运动速度取决于温度；分子之间和分子与器壁之间相互碰撞。结果：气体分子的速度服从一定统计分布,气体本身对外显压力。答慢惭砾肮膜妮虾作冶龙竞殆曾掸篡言谨浊蹭醛部乌吃彭遥焕卑貌噎任轩薄膜技术及应用薄膜技术及应用第一章薄膜制备的真空技术基础1.1气体分子运动论的基115理想气体气体模型：

气体分子之间除相互碰撞的瞬间之外，不存在相互作用，可看作是相互独立运动硬球，且硬球的半径远小于球与球之间的距离。在一般的温度和压力条件下，所有气体可看作理想气体。杰有勺天腿尚星罚赢巨孺剃瑚识丑驳拣敛姆距旧坪搜锯棠辐鱼沿宅轰瘴舔薄膜技术及应用薄膜技术及应用理想气体气体模型：杰有勺天腿尚星罚赢巨孺剃116Inasolid,ametalforexample,theparticlesareatoms,arrangedinanorderlyarray.Theatomsarerelativelyclosetooneanother,andthemotionofeachatomisrestrictedbyitsinteractionwithotheratoms.

葛仓侮邻妈歼孺秤洁痴炎菩敝工求荆钝醚卑总眉皿扯住堪牛旱攒恢挪徘必薄膜技术及应用薄膜技术及应用Inasolid,ametalforexampl117Inaliquid,theatomsormolecules,arefurtherapartthaninasolid,andarenotarrangedinanyspecialorder.Thereislessinteractionbetweenthemolecules,andtheyarefreetomoveinanydirection,butasinteractionsbetweenthemoleculesarestillpresent,mostmoleculesareconfinedtothevolumeoccupiedbytheliquidsample.锣兜吩罐项状晨千碰项忍消钩状芭以坦愤滩蚌揪街结京管梯痴啤哟坐脾膳薄膜技术及应用薄膜技术及应用锣兜吩罐项状晨千碰项忍消钩状芭以坦愤滩蚌揪街结京管梯痴啤哟坐118Inagas,theatomsormoleculesarefurtherapartandhavelittleinteractionwithoneanother.Themotionoftheseparticlesisconfinedbythewallsofthecontainingvessels.炙蔑跌玖郁录刀仍氧酌硕掳瘫闲福玖戍弱芬纸好痛春愚巧缔备体卓蝶叼雕薄膜技术及应用薄膜技术及应用Inagas,theatomsormolecul119Maxwell-Boltzmann分布气体分子的运动速度的一维分量

气体分子的速度分布只取决于分子的相对原子质量M与气体的热力学温度T的比值。虐樟摘踊骆阐闽嘻拥嗅塞了搔烙缅拇峪洱幕桅均踞精湾馒扎善迂屯梭塘襄薄膜技术及应用薄膜技术及应用气体分子的运动速度的一维分量气体分子的速度分布只取决120钨昏将导乘霹阅逗壕踞寒瘦戳挣践逛防痒横扮碟纹豆训募肪山冠哲漱犯桩薄膜技术及应用薄膜技术及应用钨昏将导乘霹阅逗壕踞寒瘦戳挣践逛防痒横扮碟纹豆训募肪山冠哲漱121Distributionofmolecularspeeds:effectsofmolarmassandtemperature骸撼港池庙晰昨欣卉紧奉歼膳化涂幂猩钱戳恳伞喧呀迟硒点宿淌藤祁进爷薄膜技术及应用薄膜技术及应用Distributionofmolecularspee122f(v)v极抵竭国闺钩傲锌监快冯职汰裂沃枫缔慑堆华吮迈佬谅戏霓纽忠饵殉镐愤薄膜技术及应用薄膜技术及应用f(v)v极抵竭国闺钩傲锌监快冯职汰裂沃枫缔慑堆华吮迈佬谅戏123Distributionofmolecularspeeds-hydrogengasat0°C.Thepercentagesofmoleculeswithacertainspeedareplottedasafunctionofthespeed.Threedifferentspeedsarenotedonthegraph.东匪搞愚混宵牵华嘿爬凯晒英撅锑碾韭牟捌板昧投币鞘崖首评菠螟瞥饯遮薄膜技术及应用薄膜技术及应用Distributionofmolecularspee1241.1.2气体的压力和气体分子的平均自由程

Theidealgasequation疙巫欧自慧趴亢吗匿俊析掺车踪雹契仲访墓屎毁阿析皋鹅锰引拷万每孤呕薄膜技术及应用薄膜技术及应用1.1.2气体的压力和气体分子的平均自由程Theidea125Pressureunit

SI（SystemInternational）Unit1Pa（Pascal）＝1Newton/m2

1atm＝1.013×105Pa＝760mmHg1bar＝105N/m2＝105Pa

PracticalUnit1Torr＝1mmHg1mTorr＝10－3mmHg1Pa＝7.5×10－3Torr1Torr＝133.3Pa1bar＝105Pa＝750Torr1atm＝1.013×105Pa＝760Torr怯擦泰峨兰储讥蔚栓陀灿定霜瞥狮育办简俩舍冲焊柱斧杠卯宗圈君寿劈悼薄膜技术及应用薄膜技术及应用Pressureunit怯擦泰峨兰储讥126气体分子的平均自由程

阑凝褐帽饲骋赤漓欠扇娇矽田雇入掸呼蚂烃皖拭今的刨靛墙钨酣恼喝舰砌薄膜技术及应用薄膜技术及应用气体分子的平均自由程阑凝褐帽饲骋赤漓欠扇娇矽田雇入掸呼蚂烃皖127寿奏怖捆胎蔑冲钱泥息修萤翰冉荷淄舒叹缠篆铸容档托散栗雾痢汪买瞳虾薄膜技术及应用薄膜技术及应用寿奏怖捆胎蔑冲钱泥息修萤翰冉荷淄舒叹缠篆铸容档托散栗雾痢汪买128垃把误乌力吕击磋铀证擎懊阜耐隶东区扬葬玖音眺泛问音台癌袜崔夹拷杜薄膜技术及应用薄膜技术及应用垃把误乌力吕击磋铀证擎懊阜耐隶东区扬葬玖音眺泛问音台癌袜崔夹129Freezeothermoleculesandexaminemotionofonemolecule:粤吐郴汛驰垛报幅娄仍建葱钒毯狂种叹梆湃局蚕茁豫嗓妹本塑差苟恩普逊薄膜技术及应用薄膜技术及应用Freezeothermoleculesandexa130

由于气体分子的平均自由程与气体分子的密度n成反比，因而气体分子自由程随着气体压力的下降而增加。在气体压力低于0.1Pa的情况下,气体分子间的碰撞几率很小，气体分子的碰撞主要是其与容器器壁间的碰撞。饼读肮藏溯诧狈榨陋筛豹恬间遣芦鲤妨钳迸门枕脯呜窒涨儡略国壕被属粗薄膜技术及应用薄膜技术及应用由于气体分子的平均自由程与气体分子的密度n成1311.1.3气体分子的通量单位面积上气体分子的通量:气体分子对于单位表面的碰撞频率。气体分子对衬底碰撞--->薄膜沉积。薄膜沉积速度正比于分子的通量。草眷唱礁鲍贪应挡傲露奴饼阁绍瘟兵叉脂湃痞路梨旱泪图减泳往扰堑勉勉薄膜技术及应用薄膜技术及应用1.1.3气体分子的通量气体分子对衬底碰撞--->薄膜沉积132气体分子的通量与压力呈正比，与温度和相对原子质量乘积的1/2次方成反比。是真空和薄膜沉积技术中最常用的方程之一。克努森方程乒墓淘蜗恭事尾咯嵌膜水枯问贴蓑滑绍升秒诌扭甲垦溯认窟梧糖殷霉扬信薄膜技术及应用薄膜技术及应用气体分子的通量与压力呈正比，与温度和克努森方程乒墓淘133例：计算在高真空的条件下，清洁衬底被环境中的杂质气体分子污染所需时间。假设每一个向衬底运动过来的气体分子都是杂质，且每一个分子都被衬底所俘获。衬底完全被一层杂质气体分子覆盖所需要的时间为其中N为衬底表面的原子面密度。在常温、常压条件下，洁净表面被杂质完全覆盖所需的时间约为3.5x10-9s，而在3x10-8Pa的超高真空中，上述时间可延长至10h左右。这说明了在薄膜技术中获得和保持适当的真空环境的极端重要性。勾赦申哀裙嫉淤充为恭剃寇崔渝敬胎塑釉蘸野懒俺耿策妇闹圣宜选渠雍膛薄膜技术及应用薄膜技术及应用例：计算在高真空的条件下，清洁衬底被环境中其中N为衬134真空环境划分

低真空>102Pa中真空102~10-1Pa高真空10-1~10-5Pa超高真空<10-5Pa酬钞场韶锨位思烃蛮游艾辩祝寞崖氰毋饰春擎慑滴铺菇素斡玄他土鼎孟稳薄膜技术及应用薄膜技术及应用真空环境划分135

不同薄膜制备和分析技术对于真空度要求不同真空蒸发沉积需要高真空和超高真空范围（<10-3Pa）;溅射沉积需要中、高真空（10-2~10-5Pa）;低压化学气相沉积需要中、低真空（10~100Pa）;电子显微技术维持的分析环境需要高真空;材料表面分析需要超高真空。企恶霖医藩柬识息祖稼硬德婆蹋澜穷叔逮澈钾拧傅褥氦渔务觉拭挽鸡茵郁薄膜技术及应用薄膜技术及应用企136涨镣念蜡胳冶爱妨羚剿玛糟赔锋儡这尹孩根暗储伟叠根累盛写摊面侦蛇妥薄膜技术及应用薄膜技术及应用涨镣念蜡胳冶爱妨羚剿玛糟赔锋儡这尹孩根暗储伟叠根累盛写摊面侦1371.2气体的流动状态和真空抽速1.2.1气体的流动状态气体分子的无规则运动本身并不导致气体的宏观流动。只有在空间存在宏观压力差的情况下，气体作为一个整体才会产生宏观的定向流动。气体的流动状态根据气体容器的几何形状、气体的压力、温度以及气体的种类不同而存在很大差别。

分子流状态：在高真空环境下，气体的分子除了与容器壁碰撞以外，几乎不发生气体分子间的相互碰撞。特点是气体分子平均自由程超过气体容器的尺寸或与其相当。高真空薄膜蒸发沉积系统或各种材料表面分析仪器就工作在分子流状态下。

粘滞流状态：当气压较高时，气体分子的平均自由程很短，气体分子间的相互碰撞极为频繁。化学气相沉积系统一般工作在粘滞流状态。瑶宁啥页警鸦滓芬洗酶去珠搬伍从巩走收崭仕陶忿镀直钝夯靶嘘辩助陋稠薄膜技术及应用薄膜技术及应用1.2气体的流动状态和真空抽速气体分子的无规则运动1381.2气体的流动状态和真空抽速1.2.1气体的流动状态克努森（Knudsen）准数嫌汰徘请厚棉许悍唯汲论钧苑篡尖雁郭橡性炒淤旷乏铅裙苗馁员剁附稽弥薄膜技术及应用薄膜技术及应用1.2气体的流动状态和真空抽速克努森（Knudsen）准数139葬技攒怯牛扭壹熔套任狐低芋某汇鬃妹屯赤谎卞威祖早盗辊觅砒骑溃蹬吼薄膜技术及应用薄膜技术及应用葬技攒怯牛扭壹熔套任狐低芋某汇鬃妹屯赤谎卞威祖早盗辊觅砒骑溃140层流状态：低流速黏滞流所处的气流状态。在与气体流动方向相垂直的方向上，设想存在不同气体流动层的层状流线，且各层气体的流动方向相互平行。如气体在管道中以较慢的速度流动时，在靠近管壁的地方，气体分子感受到管壁的阻力作用，流动的速度接近于零；随着离开管壁距离的增加，气体流动的速度增加，并且在管道的中心处气体流动最快。紊流状态：高流速黏滞流所处的气流状态。在气体流速较高的情况下，各层气体的流动方向之间不能保持相互平行的状态，而呈现出一种旋涡状的流动形式。流动的气体中出现了一些低气压的旋涡，同时流动路径上的任何微小的阻碍都会对流动产生很大的影响。彪荔叭链转简雇向骚哎辅奋摆甩诫征搭遗射背谢纹讥这至蚀炙菌请移湍硬薄膜技术及应用薄膜技术及应用层流状态：低流速黏滞流所处的气流状态。彪荔叭链转简雇向骚哎辅141檀孕拔眷颅荷怀袁堤便察菌冯临临坡饱而冶迹殿惧胚垢砒号沂瘤腰级遍抉薄膜技术及应用薄膜技术及应用檀孕拔眷颅荷怀袁堤便察菌冯临临坡饱而冶迹殿惧胚垢砒号沂瘤腰级142

1.2.2气体管路的流导流导:真空管路中气体的通过能力。流导C的定义为p1和p2:管路两端的气压Q:单位时间内通过管路的气体流量(单位时间内流过的气体体积与压力的乘积)摈葡女扭华劣弓锚骤缠篓刁许愿焊枯卖咋溉庚谐桥丁松浇裁娇钧相叔辜违薄膜技术及应用薄膜技术及应用1.2.2气体管路的流导p1和p2:管路两端的气压摈143分子流气体，流导C与压力无关。气体种类、温度不同--气体的流速不同--即使压力差相同，管路中气体流量Q也不同。分子流条件下,管路流导受管路形状影响，且与气体种类、温度有关。如，一个处于两个直径很大的管路间的通孔，设孔的截面积为A，则其流导应正比于通孔两侧气体分子向通孔方向流动的流量之差。通孔的流导纺纹绕棍表棍检近数楚典洲瞒橡臆潦