信息薄膜理论与技术2013-概论

2013年9月信息薄膜理论与技术概论杨晓非内容提要薄膜的基本概念?薄膜的特点薄膜的制备工艺薄膜的典型应用薄膜的基本概念当固体或液体的一维线性尺度远远小于它的其它二维尺度时，这样的固体或液体称为膜。薄膜的研究：共性和特性合成与制备组分与结构性质与性能表征（扫描电子显微镜、X射线衍射、原子力显微镜等）薄膜的特性附着于基片上：固态基片（衬底、基底）上的固态薄膜厚度：（0.1nm～10000nm)厚膜（厚度＞1um），薄膜（厚度＜1um）太薄：材料间的扩散→性能不稳太厚：与体材料区别不大结构和性能：可通过制备工艺参数的调节和成膜后的处理来控制；易于实现器件的小型化、平面化和集成化；薄膜的组分可以突变也可以缓变

改变靶材、反应气体、调节放电功率或电流等，

形成多层膜和同一层内组分缓变的薄膜薄膜的特性

薄膜的特性与厚度相关；具有亚稳态特性

厚度、致密性、结构等，在外界能量（光、热等）作用下，发生显著变化薄膜性能受制备工艺的影响很大

不同的工艺，同一工艺不同的参数，所制备的同种薄膜在特性上相差很大薄膜的特性薄膜的特性薄膜几乎都能在异质基体上生长薄膜的生长一般对基体没有苛刻要求，但基体需要精心选择，如玻璃盘基硬盘薄膜的制备气相生长（淀积）法液相生长法固相生长法要求：通过制备工艺实现对薄膜的组分、结构、厚度及其均匀性等特性进行严格控制液相生长法将薄膜源（含有薄膜材料，但多数情况下并不与薄膜组分完全相同）连同溶剂和分散剂等，制备成溶液，然后均匀分布于衬底上，然后用加热等方法促进它们发生物理或化学变化。典型工艺：喷涂、液相外延、溶胶－凝胶（Sol－gel）、旋转涂敷（SpinCoating)、印刷等特点：工艺简单、生产速率高、成本较低，但厚度、结构及其均匀性难于精确控制固相生长一般是在基体上预生长一层薄膜，然后再通过热处理、激光诱导、电子诱导等方法进行处理，使之在组分、结构和特性方面达到要求。气相淀积法将薄膜材料首先转化为气态，然后淀积到衬底上依照成膜过程的主要作用不同又可分为：物理气相淀积（PVD）化学气相淀积（CVD）物理化学淀积物理气相淀积通过物理方法产生气态源高能粒子轰击产生气态源→溅射法通过能量交换产生气态源→蒸发和分子束外延如：溅射法化学气相淀积共同特点：存在化学反应，包含分解、化合、聚合等类型。按能量的供给分：热CVD、光CVD、等离子体增强CVD（PECVD）、电子辅助CVD（EACVD）等物理化学淀积同时具有PVD和CVD的特征如：反应溅射制备金属氧化物在溅射生长金属薄膜的同时，将氧气引入反应室，形成含氧的等子体，金属原子在飞行途中和淀积在衬底上之后，都有可能被氧化而形成氧化物典型研究应用－GMRhead1.前言－－存储密度发展ThermalFluctuationLimit195519601965197019751980198519901995200020051G10G100G100M10M1M100K10K1KArealDensity(Gb/in2)20101TSpin-valveGMRHeadThinFilmHead1956Year IBM350 5MB,2kb/in2 24”(600mm)media 50PlattersMRHeadPRMLChannelIBMRAMACTMRHead2008Year FujitsuMHZ2500BT 500GB,277Gb/in2 2.5”(65mm)Media 3PlattersSFMPMRSputteredMedia1973Year IBM3340 DiskEnclosure垂直磁记录密度已超过1000Gb/in2

56YearsInventionofHDD:1956,5Mbytes,24disks,2kbits/in2

56YearsLater:5Mbytes,24disks,2kbits/in2>1000Gbits/in2

硬盘（HDD）核心技术DownsizingofRecordingBitinHDDRecording

微型磁通门传感器MagneticCoreContactp