第六章 薄膜基础

第六章薄膜基础薄膜分类（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。②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-x

Film③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-VCharacteristics

of

GaAs/AlGaAs

SuperlatticeStructureshowingcapacitance

Oscillations

Associatwithchargeaccumulation

due

to

the

sequentialtunneling

of

electrons.④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。Thin

Film

Pressure

SensorCopper-indium-diselenide

(CuInSe2,

or

CIS)Thin-film

material

with

efficiency

of

up

to

17%.The

material

is

promising,

yet

not

widely

useddue

to

production

specific

procedures.⑥薄膜太阳能电池非晶硅、CuInSe2和CdSe薄膜太阳电池。⑦

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。OLED

Displays:

Better

ThanPlasma

Or

LCD⑧

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。three

layers⑵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。ANTI-REFLECTION

CHART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6.1薄膜基片6.1.1基片材料氧化铝基片：1-5uin/in的氧化铝（

99.5%）陶瓷基片。用途：微波电路、电阻网络、A/D或D/A转换器和其他各种模拟电路。满足标准：良好的机械强度；原子级的光滑表面；对工艺中使用的化学材料不活泼；高热导率；高体电阻率和面电阻率；与薄膜层有相似的热膨胀系数；高机械强度；抗热冲击能力强；零孔性；基片波纹弯曲不超过1mil(25.4um)；低制造成本。制造方法：煅烧单晶基片：硅、锗和蓝宝石制造方法：CZ，火焰熔化法6.2.1基片的特性表面纹理表面平整度孔隙度体电阻率介电特性热膨胀

热导率6.2物理特性6.2.2金属的特性电特性电导率 电迁移机械特性附着强度:两种不同物体或材料接合的机械强度。附着失效：断裂或变形引起的机械失效化学原因应力：在膜生长初期膜厚非常薄时产生。应力—压缩性，可导致起泡，---拉伸性，可导致微裂纹。若为各向同性压缩性应力，会变成蠕虫爬

迹形，反之，若为各向同性拉伸性应力，导致干

泥巴状泡。6.3薄膜导体6.3.1导体材料和特性第四章讲过6.4薄膜电阻6.4.1电阻特性接触电阻：流经两个固体材料之间的电流路径呈现的阻值。两个导体间，一个半导体+一个导体，一个导体+一个绝缘体形成高接触电阻原因：两个相连固体总接触面间不均匀的表面接触；两个互相接触的固体间的电势不同。接触电阻组成：一部分：接触界面下面的电流必须流过的薄膜的电阻；另一部分：因电阻表面和金属焊盘接触界面间形成合金混合物或化合物引起的界面电阻。

稳定性：通常将电阻在高温下（100-150℃）以额定电压满载加电1000-2000h，然后测量其阻抗的百分比变化。

可靠性：某物品在规定条件下和规定时间内实现所要求功能的概率。一个产品在规定时间内和规定条件下无故障地实现规定功能的概率。表6.5可靠性的表征指标表6.6

可靠性分析和预测的阶段

p155平均失效时间（MTBF）：产品相继故障间的平均时间MTBF=1/失效率注意：此定义假定所指产品可被修复且每次在失效后可重新投入使用。可靠性：PS=Re-t/μ

=e-tλR：≥t无实效工作的概率；e=2.718；t:无失效工作时间；μ：平均失效时间；λ：失效率6.4.2电阻材料鎳-铬沉积方法：真空沉积沉积问题：真空压力不同；铬膜的偏氧化

鎳-铬膜的配比控制问题：闪蒸技术，溅射技术优点：电阻好，不发生调阻后阻值漂移。钽：阀金属家族成员特点：氧气中热处理或阳极氧化后，会形成自我保护的坚硬的氧化层。表6.8钽膜类型比较

氮化钽：方法：溅射

铬：真空沉积—电阻膜，铬-金导体的键合材料。升华沉积---具有范围很宽的TCR值。硅-铬：溅射高电阻值。TCR=0表6.9溅射条件的硅铬膜的电阻值

金属陶瓷：一种金属（铬）+一种氧化物膜（一氧化硅）方法：闪蒸碳：由在基片的热表面上裂化或高温分解碳氢化合物形成。6.5薄膜电容6.5.1电容特性薄的绝缘膜用作两个导电极板间的夹层材料，形成电容；重要特性：存储电荷即存储电能的能力。常见薄膜电容介质材料：蒸发的SiO2和阳极化的Ta2O5介电强度6.5.2电容材料一氧化硅二氧化硅氮化硅氧化钽钛酸钡二氧化钛氧化锆工艺流程示意图金属化电容器卷绕压扁喷金赋能包封标志点焊工艺流程示意图金属化电容器卷绕工艺流程示意图金属化电容器压扁工艺流程示意图编圈喷金工艺流程示意图焊接赋能工艺流程示