第一章 薄膜概述

1.0薄膜的定义1.1薄膜的例子1.2薄膜的特性1.3薄膜的分类1.4薄膜材料的研究进展1.5薄膜的应用举例1.6薄膜中的缺陷

第一章绪论什么是“薄膜”（thinfilm）过去人们常用厚度来描述，把厚度为零点几纳米到几个微米的一层材料定义为薄膜。新定义：通过原子、分子、离子的沉积过程，在基片上所得到的二维材料。

1.0薄膜的定义1.2薄膜的特性用料少，成本方面考虑新的效应新的材料容易实现多层膜薄膜和基片的粘附性薄膜的内应力缺陷1.2薄膜的特性2.新的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，就是说薄膜材料的物性会受到薄膜厚度的影响。某一维度很小、比表面积大例：表面和界面效应、耦合效应部分薄膜具有纳米效应1.2薄膜的特性3.可以获得体态下不存在的异常结构和非化学计量比结构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。Diamond:工业合成,2000℃，5.5万大气压,CVD生长薄膜:常压，800度.1.2薄膜的特性

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。当Ta在N2的放电气体中被溅射时，对应于一定的N2分压，其生成薄膜的成分却是任意的。另外，若Si或SiO在O2的放电中真空蒸镀或溅射，所得到的薄膜的计量比也可能是任意的。由于化合物薄膜的生长一般都包括化合与分解，所以按照薄膜的生长条件，其计量往往变化相当大。如辉光放电法得到的a-等，其x可在很大范围内变化。因此，把这样的成分偏离叫做非理想化学计量比。多层膜是将两种以上的不同材料先后沉积在同一个衬底上（也称为复合膜），以改善薄膜同衬底间的粘附性。如金刚石超硬刀具膜：金刚石膜/TiC/WC-钢衬底欧姆接线膜：Au/Al/c-BN/Ni膜/WC-钢衬底。

多功能薄膜：

各膜均有一定的电子功能，如非晶硅太阳电池:玻璃衬底/ITO（透明导电膜）/P-SiC/i-µc-Si/n-µc-Si/Al和a-Si/a-SiGe叠层太阳电池:玻璃/ITO/n-a-Si/i-a-Si/P-a-Si/n-a-Si/i-a-SiGe/P-a-Si/Al至少在8层以上，总膜厚在0.5微米左右。超晶格膜:

是将两种以上不同晶态物质薄膜按ABAB……排列相互重在一起，人为地制成周期性结构后会显示出一些不寻常的物理性质。如势阱层的宽度减小到和载流子的德布罗依波长相当时，能带中的电子能级将被量子化，会使光学带隙变宽，这种一维超薄层周期结构就称为超晶格结构。当和不同组分或不同掺杂层的非晶态材料（如非晶态半导体）也能组成这样的结构，并具有类似的量子化特性，如a-Si

/a-Si1-xNx

/a-Si/a-Si1-xCx

。应用薄膜制备方法，很容易获得各种多层膜和超晶格。1.3薄膜的分类1.3薄膜的分类从功能上分：电学薄膜，光学薄膜，磁性薄膜，保护膜，装饰用膜、包装膜等从结构上分：无机薄膜，有机分子膜，单晶薄膜，多晶薄膜，非晶薄膜，多孔膜等电学薄膜：（1）半导体器件与集成电路中的导电材料与介质薄膜材料Al,Cr,Pt,Au,Cu,多晶硅，硅化物，SiO2,Si3N4,Al2O3（2）超导薄膜YBaCuO,BiSrCaCuO，

TlBaCuO等高温超导材料（3）光电子器件中使用的功能薄膜

GaAs/GaAlAs、HgTe/CdTe、a-Si:Ha-SiGe:H,a-SiC:H等晶态和非晶态薄膜（4）薄膜传感器可燃性气体传感器SnO2，氧敏传感器ZrO2,

热敏传感器Pt,Ni,SiC,

离子敏传感器Si3N4,Ta2O5（5）薄膜电阻、电容、阻容网络与混合集成电路，低电阻率：Ni-Cr，高电阻率:Cr-SiO,

薄膜电容：Zn，Al（6）薄膜太阳能电池:非晶硅、CuInSe2,CdSe1.3薄膜的分类（7）平板显示器件：液晶显示、等离子体显示、电致发光显示ITO透明电极，ZnS:Mn发光膜（8）ZnO、Ta2O3、AlN表面声波元件（9）磁记录薄膜与薄膜磁头，CoCrTa、

CoCrNi，FeSiAl、巨磁阻材料（10）静电复印材料Se-Te、SeTeAs、a-Si1.3薄膜的分类光学薄膜：（1）减反射膜：相机、摄像机、投影仪、望远镜等MgF2，SiO2，ZrO2，Al2O3

红外设备镜头上的ZnS，CeO2，SiO（2）反射膜：太阳能接收器、镀膜反射镜、激光器用的高反射率膜（3）分光镜和滤波片：如彩色扩印设备上1.3薄膜的分类（4）镀膜玻璃：建筑、汽车隔热（5）光存储薄膜：光盘、唱片

Te81Ge15S2Sb2，TbFeCo（6）集成光学元件与光波导中的介质薄膜与半导体薄膜磁性薄膜：硬盘，内存，磁带……保护膜：（1）硬质膜，刀具、磨具表面的TiN，TiC，金刚石、C3N4，c-BN（2）耐腐蚀膜，非晶镍膜，不锈钢膜，抗热腐蚀的NiCrAlY等（3）润滑膜MoS2，MoS2-Au，MoS2-Ni，

Au，Ag，Pb1.3薄膜的分类1.4薄膜材料研究进展1.4薄膜材料研究进展（1）新型半导体薄膜：GaN，SiC，

ZnO，Diamond，GeSi，a-Si:H

改进工艺，降低成本，研究新的应用（2）超硬薄膜：Diamond，c-BN，b-C3N4BCN（3）纳米薄膜材料（4）超晶格和量子阱薄膜（5）无机光电薄膜材料：III-V，II-V（6）Spintronics薄膜、稀磁半导体薄膜

ZnO:Mn，GaN:Mn，GaAs:Mn（7）有机薄膜微电和光电材料（OLED)

需要提高效率和可靠性（8）High-K、Low-K材料更快的速度、更高的集成度、更低的能耗，含氟氧化硅、Hf02、Zr02

（9）高温超导和巨磁阻（10）有机薄膜及有机-无机混合薄膜（11）新型薄膜…1.4薄膜材料研究进展1.6薄膜通常存在大量的缺陷PhysicalVaporDeposi