功能薄膜及其沉积制备技术1.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第1章,绪论,第2章,第3章,装饰功能薄膜,第4章,机械功能薄膜,第5章,物理机械薄膜,目 录,第6章,特殊功能薄膜,第7章,功能薄膜的沉积制备方法,材料表面微细加工技术,绪 论,1.1,薄膜的含义及特征,薄膜：通常是把膜层在无基片而独立形成的厚度作为薄膜厚度的一个大体标准，规定厚度约为,1m,。,曾有学者提出,2025m,厚度以上称为涂层，,125m,称为薄膜；也有人把几十微米的膜层称为薄膜。,从表面界面科学的角度上看，从微观研究的范围上看，它涉及的是,材料表面几个至几十个原子层,，若涉及原子层数量更大些，通常厚度为,几个纳米到几十个,m,。,什么是“薄膜”（,thin film,）,?,多“薄”的膜才算薄膜？,研究功能薄膜的意义,新型功能薄膜的出现，不仅可以提高部件材料的,耐磨损、耐腐蚀、抗高温氧化和抗疲劳性能,，从而提高部件的可靠性、安全性、延长使用寿命，同时还可以通过表面技术赋予材料和部件特殊的声、光、电、磁、热等性能，当今它的应用已渗透到,机械、石化、冶金、交通、能源、环保、核能、航空航天、微电子、光电子、计算机通信,等国民经济、国防建设和人民生活各个领域，特别在解决材料发展的,复合化、轻量化、多功能化、智能化,方面尤为突出。,各种色调的彩色膜,1.1.3 功能薄膜的分类,（1）装饰功能薄膜,主要应用薄膜的色彩效应和功能效应。,幕墙玻璃用的装饰膜,塑料金属化装饰膜,包装用装潢及装饰膜,装饰功能薄膜,镀铝纸,1.1.3 功能薄膜的分类,（,2,),机械功能薄膜,主要应用薄膜的力学性能和防护性能的功能效应。,耐腐蚀膜,耐冲刷膜,耐高温氧化膜,防潮防热膜,高强度高硬度膜,润滑与自润滑膜,成型加工（防咬合、裂纹、耐磨损）,机,械功能薄膜,1.1.3 功能薄膜的分类,（,2,),机械功能薄膜,主要应用薄膜的力学性能和防护性能的功能效应。,耐腐蚀膜,耐冲刷膜,耐高温氧化膜,防潮防热膜,高强度高硬镀膜,润滑与自润滑膜,成型加工（防咬合、裂纹、耐磨损）,TiN,CrN,SiO,2,Cr,7,C,3,NbC,TaC,ZrO,2,MCrAlY,Co+Cr,ZrO,2,+Y,2,O,3,TiN,TaN,ZrN,TiC,TaC,SiC,BN,TiCN,金刚石和类金刚石薄膜,Al,Zn,Cr,Ti,Ni,AlZn,NiCrAl,CoCrAlY,NiCoCrAlY+HfTa,MoS,2,TiC,TiCN,CrC,机,械功能薄膜,1.1.3 功能薄膜的分类,（3）物理功能薄膜,主要应用薄膜物理性能的功能效应。,光学薄膜,微电子学薄膜,光电子学薄膜,集成光学薄膜,信息储存膜,物理功能薄膜,阳光控制膜、低辐射系数膜、,防激光致盲膜、反射膜、增反膜、选择性反射膜、窗口薄膜,电极膜、电器元件膜、传感器膜,超导元件膜、微波声学器件膜,晶体管薄膜、集成电路基片膜,探测器膜,光敏电阻膜,光导摄像靶膜,光波导膜、光开关膜,光调制膜、光偏转膜,激光器薄膜,磁记录膜、光盘存储膜、铁电存储膜,1.1.3 功能薄膜的分类,（4）特殊功能薄膜,主要是指一些特殊用途的功能薄膜。,真空下的干摩擦,辐射下的润滑与耐磨,高温耐磨与透光,具有某些特殊功能的纳米薄膜,特殊功能薄膜,DLC,金刚石,MoS,2,金刚石,单层：金属、半导体、绝缘体高分子；,复合膜（包括纳米复合结构与复合功能）：,金属,半导体、半导体,绝缘体、金属,绝缘体、金属,高分子、,半导体,高分子,1.1.4,薄膜材料的特殊性,薄膜材料与普通的固体材料比有什么特殊性？,薄膜厚度很薄,容易产生尺寸效应。,A,C,B,薄膜的表面积与体积之比很大，因而表面效应显著，其表面能、表面态、表面散射、表面干涉对薄膜物性影响很大。,薄膜与基体界面之间还存在一定的相互作用，就会产生膜,/,基间的黏附性、内应力等。,5,4,3,2,1,表面能级,膜/基的附着性和附着力,薄膜的内应力,异常结构和非理想化学计量比特性,量子尺寸效应和界面隧道穿透效应,1.1.4,薄膜材料的特殊性,比较容易实现多层薄膜结构的沉积制备,6,1.1.4,薄膜材料的特殊性,表面能级,晶体内部原有的三维周期性在表面处中断而形成的电子能级。,理论上，常把传统的能带计算法应用于表面薄层，以计算电子能量和波函数。,研究表面能级的主要实验手段有光电子能谱、离子中和谱等。,从化学键模型看，表面能级起源于表面原子朝外方向具有不饱和的价键，称为悬挂键。这些悬挂键可提供电子或吸收电子，相当于半导体中的施主杂质和受主杂质，从而形成与施主能级或受主能级相当的表面能级。表面能级可位于体能带的禁带区内，也可位于允许带内，后者称为共振态。,扩散,内应力,附着,薄膜大多是沉积在某种基片衬底上，薄膜和基片构成一个复合体系，存在着相互作用。,1.1.4 薄膜材料的特殊性,膜/基的,附着性,和,附着力,附着：,指薄膜沉积在基片的过程中，膜层和基片两者间的原子相互受对方的作用，这种相互的作用通常的表现形式就是附着。,附着能：,两种异种物质间的相互作用能。,附着力：,用附着能对基片与薄膜间的距离微分，微分的最大值。,1.1.4,薄膜材料的特殊性,1.1.4,薄膜材料的特殊性,附着力：,范德瓦尔斯力,、静电力、凝聚能,范德瓦尔斯力：,不同物质原子间最普遍的相互作用力。,它是永久偶极子与感应偶极子之间的作用力和其他色散力的总称。假定，两个分子间相互作用能为U,则,式中 a 分子极化率；,r 分子间距离；,I 分子的离化能；,下标AB 分别表示A分子和B分子。,膜/基的附着性和附着力,1.1.4,薄膜材料的特殊性,附着力：,范德瓦尔斯力、,静电力,、凝聚能,假定薄膜与基体都是导体，两者费米能级不同，薄膜的形成会从一方到另一方发生电荷转移，界面上形成带电的双层。这时，膜层与基材间就会产生相互的,静电力F,，,式中 界面电荷密度；,0,真空中的介电常数。,膜/基的附着性和附着力,刻蚀,腐蚀,清洗,电清理,机械,清理,基材活化,1.1.4,薄膜材料的特殊性,膜/基的附着性和附着力,扩散力：,由于两种原子间的混合和化合，造成界面消失，此时附着能变成混合物或化合物的凝聚能，而凝聚能要比附着能大。,附着力测量方法：,黏结法和非黏结法,离子轰击,清洗,提高膜,/,基浸润性,“中间过渡层,”,1.1.4 薄膜材料的特殊性,薄膜的内应力,薄膜一面附着在基片上，受到约束的作用，易在膜层内产生应变。与膜层垂直的任意断面，其两侧会产生相互作用力，这种力称为,内应力,。,分类:,固有应力（本征应力）；非固有应力。,原因：,因薄膜与衬底（基体）间不同的线膨胀系数和晶格失配，把应力引进薄膜；,因薄膜与衬底之间发生化学反应，在薄膜与衬底之间形成的金属化合物同薄膜紧密结合，有轻微的晶格失配，也能把应力引进薄膜；,在薄膜晶粒生长过程中，移走了部分晶粒间界，因而减少了晶粒间界中多余的体积，也会使薄膜和衬底间引进应力。,设薄膜的内应力为,，弹性模量为E，则在单位体积薄膜中其储存的应变能U（J/m,3,)为：,当薄膜厚度为d,在单位面积基片上附着的薄膜所具有的应变能为：,思考：薄膜厚度太厚？内应力大？,在薄膜的应变能超过薄膜与基片的界面能时，薄膜就会从基片上剥离下来。,薄膜的内应力,异常结构和非理想化学计量比特性,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,。,A 族元素的非晶态结构是最明显的异常结构。在低于,300,下生成的,C、Si、Ge,为非晶结构。,常温时，,Ni,的晶体为,面心立方,（fcc）,结构，在非常低的气压下溅射沉积得到的薄膜都是,密排立方,（hcp）,结构。,Ta,具有的,体心立方,(bcc),结构,，当溅射沉积时，,N,2,等杂质大多都会形成,正方晶系的,-Ta,。,BN,晶体为,六方结构,，低温时所形成的却是立方结构，成为,立方氮化硼,（C-BN)。,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。,Ta,在,N,2,的放电气氛中溅射沉积时，对应一定的,N,2,分,压，其生成的薄膜,TaNx,膜（,0 x1),的成分是任意的。,辉光放电法得到的,-Si,1-x,N,x,:H,、,-Si,1-x,O,x,:H,等，其中,x,可在很大范围内变化（,0 x1),。,因此，人们把这种成份偏离称为,非理想化学计量比,。,异常结构和非理想化学计量比特性,在薄膜材料中，当它具有量子尺寸效应时，由于电子波的干涉，与膜面垂直运动相关的能量将取分立的数值，因此它会对电子的输运现象产生影响。一般，把这种与德布罗意波的干涉相关联的效应称为,量子尺寸效应。,给予薄膜表面中有大量的晶粒界面，界面的势垒,V0,比电子能量,E,要大很多。根据量子力学的原理，这类电子有一定几率穿过这个势垒，称穿过势垒为,隧道穿透效应。,量子尺寸效应和界面隧道穿透效应,为了提高膜层与基体的结合力，采用中间过渡的多层复合易于实现。,金刚石超硬涂层刀具膜，其多层为金刚石,/TiC/WC-,钢衬底；,用于高保真度，镀有,DLC,的喇叭钛振膜的多层膜为,DLC-TiC-Ti,振膜；,在线路板用的,0.3mm,微型钻头镀制,（,CrAlTi)N,膜层时，其中间过渡层为,Cr-CrN-(CrAlTi)N,膜梯度过渡。,比较容易实现多层薄膜结构的沉积制备,5,4,3,2,1,表面能级,膜/基的附着性和附着力,薄膜的内应力,异常结构和非理想化学计量比特性,量子尺寸效应和界面隧道穿透效应,1.1.4,薄膜材料的特殊性,比较容易实现多层薄膜结构的沉积制备,6,1.1.5,薄膜材料的结构与缺陷,薄膜材料的结构（,结晶形态）,非晶、单晶、多晶三种类型。,非晶：也称无定形态或玻璃态，从原子排列情况看，为无序结构。如：基片温度较低时形成的硫化物和卤化物薄膜。,多晶：薄膜形成过程中会生成许多岛状小晶粒，这些小晶粒聚结形成的薄膜即为多晶薄膜。晶粒往往有择优取向。,单晶：适当条件下，薄膜沿单晶基片的结晶轴方向呈单晶生长。,1.1.5,薄膜材料的结构与缺陷,薄膜材料的缺陷,（1）,点缺陷,晶体中晶格排列出现的缺陷，若只涉及到,单个晶格结点,，则称这种缺陷为,点缺陷,。,典型构型,空位和填隙原子,定义,形成原因,晶格结点处原子在平衡位置附近不停地作热振动，一定温度下，能量是一定的，但由于存在能量起伏，个别原子脱离束缚逃离原位，形成,空位缺陷,；逃离原位的原子跳进晶格原子之间的间隙形成,填隙缺陷,。,温度急剧变化引起，真空蒸发薄膜过程会引入点缺陷。,由杂质引起。,（1）点缺陷,特点,在点缺陷中数量最多的是原子空位；,不能用电子显微镜直接观测到，存在不易引起注意；,薄膜中存在原子空位的效果主要表现在晶体的体积和密度上。,(,一个空位可使晶体体积大约减少二分之一的原子体积。薄膜中空位浓度在平衡浓度以上，因此薄膜密度比块状小,),。,可通过研究薄膜电阻率,随时间变化减小的现象研究空位。,（1）点缺陷,（2）,位错,位错是薄膜中最常遇到的缺陷之一,它是晶格结构中一种“线型”的不完整结构，其密度约为,10,12,10,13,/cm,2,。,在块状优质晶体中，位错密度大约为,10,4,10,6,/cm,2,1.1.5,薄膜材料的结构与缺陷,晶体中的位错类型有刃型位错、螺型位错和混合位错,1.1.5,薄膜材料的结构与缺陷,晶体中的位错类型有刃型位错、螺型位错和混合位错,1.1.5,薄膜材料的结构与缺陷,晶体中的位错类型有刃型位错、螺型位错和混合位错,1.1.5,薄膜材料的结构与缺陷,在薄膜中位错的原因,(1)基体引起的位错,如果薄膜和基体之间有晶格失配的位错，则在生长成单层的拟似性结构时就会有位错产生。,如果在基体上有位错，那么在基体上形成的薄膜就会因基体的位错引起位错。,一般情况下，基体的位错密度是非常小的。,1.1.5 薄膜材料的结构与缺陷,(2)小岛的聚结,薄膜中产生位错的主要原因都来自小岛的长大和聚结。在多数的小岛中其结晶方向都是任意的。,两个晶体方向稍有不同的两个小岛相互聚结成长时，就会产生以位错形式形成小倾斜角晶粒间界。,在薄膜中位错的原因,1.1.5,薄膜材料的结构与缺陷,（3）晶界较多,面缺陷有,晶界,、相界、表面、堆积层错等。,由于薄膜中含有许多微小晶粒，与块状材料相比，薄膜,晶粒间界,面积较大。,在吸附原子表面扩散率很小的情况下，薄膜中晶粒尺寸与临界核尺寸无较大差异。,但一般情况下，吸附原子的表面,扩散率都较大，所以小岛长大到可,以互相接触时，晶粒尺寸则远远地,大于临界核尺寸。,1.1.5 薄膜材料的结构与缺陷,1.1.6 薄膜材料的性质与应用,性质,应用,力学性质,耐磨和抗冲刷膜层、润滑膜层、微机械,热学性质,热防护膜层、热敏感元件、光电器件热沉,化学性质,扩散阻挡层、抗高温氧化、防腐蚀膜层、生物材料相容性膜层、化学催化膜层、气体活液体敏感器,光学性质,反射和减反射膜层、光吸收膜层、干涉滤色镜、装饰性膜层、光记录介质、基成光波导、集成电路光刻掩膜,电学性质,绝缘膜、导电膜、半导体器件、光电转化器、压电器件和信息储存单元、超导电器件、电子发射阴极和显示器件,磁学性质,磁记录介质、磁传感器,1.2 功能薄膜材料的选择与设计,（,1,）所设计的材料、表面、表面功能薄膜的类型，必须满足环境和功能应用要求，一般表面层的体系都会是,一个或几种膜层组合,的体系。,（,2,）不同的功能薄膜沉积制备方法和工艺，对功能薄膜的性能影响有一定的差异，因此，需有效地选择应用实施这种所要求的功能薄膜组合体系所选用的,最佳沉积方法,和,工艺技术,。,（,3,）由于功能薄膜性能要求很高、很广，因此对工艺过程的控制，必须有严格的,控制标准,。,（,4,）必须有严格的,检测标准,。,1.2 功能薄膜材料的选择与设计,装饰功能薄膜,机械功能薄膜,物理机械薄膜,特殊功能薄膜,微电子机械系统制备技术,与所用的功能薄膜,1.2.1 装饰功能薄膜,选择装饰功能薄膜的主要原则：,（1）颜色,根据不同用途和使用性能要求，可选择,金属的原色,或,化合物的原色,，也可通过“反应镀膜”获得,多元化合物的颜色和,非化学计量的多元化合物的颜色,。与膜厚有关的不同的干涉色。,为了获得理想的色彩，一种是利用膜质色，如TiN(金,色)、TiC(黑灰色)；另一种就是利用不同厚度(50300nm)的透明介质膜产生干涉色。,选择装饰功能薄膜的主要原则：,（1）颜色,为获得不同的色彩，必须进行膜系结构设计，有MG、MNG、MNMG、MMG、MOMG、MOMMOG等(,G为玻璃片，M为金属合金膜，MO为氧化物膜，MN为氮化物膜,)。其中典型的膜系结构是MO IIMMO IG，其中MO II是第二层金属氧化物膜层，主要起保护作用；M为金属膜层，影响反射率和透射率；MO I为第一层金属氧化物膜层，其有适当的厚度。n(折射率)、k(1，2，3，)、d(膜厚)通过吸收和干涉作用产生不同玻面颜色，如宝石蓝、金黄、紫、绿、银、褐色等。,1.2.1 装饰功能薄膜,选择装饰功能薄膜的主要原则：,（1）颜色,根据不同用途和使用性能要求，可选择,金属的原色,或,化合物的原色,，也可通过“反应镀膜”获得,多元化合物的颜色,和,非化学计量的多元化合物的颜色,。与膜厚有关的不同的干涉色。,（2）明度,同一成分的膜，因工艺方法不同，其产生的光亮度也会不同。,（3）耐候性,耐人汗腐蚀；耐蚀；耐候性和耐紫外线照射；耐盐雾腐蚀；耐潮湿；耐热性等。,（4）耐磨性,应视膜系的使用环境，设计选择相应的硬度、耐划伤的膜系。,介绍两种装饰功能膜1）塑料金属化装饰功能膜。,塑料金属化,是用真空镀膜，在塑料制品表面上镀一层铝膜，经染色产生金属质感的彩色效果，赋予塑料各种颜色和金属光泽。,（2）七彩装饰功能膜。,它是一种,多层光干涉膜,系。例如用ZnS-SiO膜系作七彩膜，使用不同的衬底，ZnS效果丰富多彩。,1.2.1 装饰功能薄膜,设计选择机械功能薄膜遵循原则：,（1）膜层的功能应具有良好的性能，能满足工况使用条件和环境状况要求。,（2）功能膜层与部件的材质、性能适应性要好。,（3）膜/基结合强度的要求要尽量高。,（4）膜层本身的强度和塑性应尽量高，主要是防止膜层的裂纹扩展。,（5）设计选择功能薄膜时应考虑内应力对膜层强度的影响6）功能薄膜的硬度。,1.2.2 机械功能薄膜,（6）功能薄膜的硬度。,在选择设计膜材时，可依据硬质材料的原子间结合特性，性能对比考虑：,共价键材料，具有高的硬度。,金属键材料，具有较好的综合性能。,离子键材料，具有较好的化学稳定性。,中间过渡层。,（6）功能薄膜的硬度。,在选择设计膜材时，可依据硬质材料的原子间结合特性，性能对比考虑：,共价键材料，具有高的硬度。,（6）功能薄膜的硬度。,金属键材料，具有较好的综合性能。,（6）功能薄膜的硬度。,离子键材料，具有较好的化学稳定性。,（6）功能薄膜的硬度。,在选择设计膜材时，可依据硬质材料的原子间结合特性，性能对比考虑：,共价键材料，具有高的硬度。,金属键材料，具有较好的综合性能。,离子键材料，具有较好的化学稳定性。,（6）功能薄膜的硬度。,中间过渡层。,在膜层与基体、界面间起到缓冲作用。,例如：,在钛上沉积制备类金刚石膜，其中间过渡层选择,TiC,即Ti-TiC-DLC,1.2.3 物理功能薄膜,利用那些具有优异的物理、化学、生物功能和具有声、光、电、热、磁等互相转换功能及其他相关的效应，并用之于高新技术，特别是用于制造微电子的功能器件，并与元器件相组成为一体，以元器件的优异特性对薄膜作出评价的功能薄膜，统称为物理功能薄膜。,(1)根据功能器件应用及系统设计要求，确定功能器件的性能。,(2)根据功能器件要求的性能，进行器件设计按器件的原理，确定所选设计材料的相关效应、材料所应达到的性能，从而保证达到功能器件的特性。,(3),根据器件设计所要求的材料性能，结合材料的基础数据库，选择物理功能薄膜材料及相关衬底材料。,(4),同一功能薄膜的沉积制备工艺方法不同，其性能会有较大的差异。,(5),功能薄膜沉积制备完成后，即可进行器件制作。,(6),用实际器件与应用中要求的器件特性进行对比，以确定是否需要改进设计，进一步优选功能薄膜材料或底衬，为进一步改进沉积制备工艺，使功能器件达到所需的目标。,设计选择物理功能薄膜的主要原则是：,设计选择物理功能薄膜的主要原则是：,利用铁电功能薄膜的热释电性能制备热释电单元探测器和列阵探测器？,设计题,1.2.4 特殊功能薄膜,特殊功能薄膜应用最为“特殊”。基于它在,应用上某些方面的特殊,，对功能薄膜材料要求相对比较特别，特别是需要在一些,特殊环境、工况条件下,使用。,例如：宇航上用的轴承，它要求具有真空条件下的干摩擦特性，在轴承运转中，不能有任何挥发物释放；,例如：像导弹雷达整流罩所用的功能薄膜，飞机和导弹超声速飞行时，头部锥形的雷达罩必须承受高温和耐高速雨点与尘埃的撞击，不仅要求雷达整流罩用的功能薄膜透光性好，还要求散热快、耐磨性好，在高速飞行中能承受高温骤变等性能。,1.2.4 特殊功能薄膜,1.2.,5,微电子机械系统制备技术与所用的功能薄膜,微电子机械系统,是一种把,微电子器件,(,包括集成电路,),与,微机械器件,功能相集成的系统。其微机械器件与微电子器件均需有相同量级的尺寸。,从制备方法上，它们是通过微细加工技术来制造和对功能薄膜进行,“,二维,”,或平面加工的微细加工技术。,涉及表面微细加工的技术：,(1),电子束、离子束、激光束的材料表面微细加工。,(2),化学气相沉积、等离子化学气相沉积、离子镀膜、热氧化等的薄膜沉积制备。,(3),湿法刻蚀、溅射刻蚀、等离子刻蚀、离子束刻蚀等图形刻蚀。,(4),离子注入扩散掺杂等。,1.3 功能薄膜材料的发展趋势,1.3.1 功能薄膜材料小型化、多功能化和高度集成化,功能薄膜沉积制备技术,的研究正向多种类、高性能新工艺、新装备等方面发展；,功能薄膜的结构控制研究,正在向分子层次、原子层次、纳米尺度、介观结构等方向深入；,小型化、多功能、高集成与制作过程中的工艺与硅平面工艺相兼容业已成为当今功能薄膜总的发展趋势。,1.3 功能薄膜材料的发展趋势,1.3.1 功能薄膜材料小型化、多功能化和高度集成化,（1）集成铁电器件,由,“半导体芯片,(,衬底,)+,铁电薄膜,(,元件,)”,所构成的,器件,出现了在,集成铁电器件,中作为衬底的,半导体集成电路芯片,，提供必要的,控制、放大、传送、反馈,等微电子功能特性。,多功能的介电材料,铁电薄膜,与,集成电路,中特定的,晶体管集成,，按集成铁电器件总要求，通过,铁电、压电、介电、热释电、电光或非线性光学效应,，起,存储、转换、开关、传感或其他功能,的作用。,1.3 功能薄膜材料的发展趋势,1.3.1 功能薄膜材料小型化、多功能化和高度集成化,（1）集成铁电器件,铁电随机存储器,(FRAM),，是一种具有,高速、高密度、低功耗、抗辐射,的典型铁电集成器件。它有在,断电情况下也不会丢失数据,的优点，是最有发展前途的新型存储器件之一。用于这种存储器的,铁电材料,主要有,钙钛矿结构系列,，包括等，其原理是基于,铁电材料,PbZr,1-x,Ti,x,O,3,、,SrBi,2,Ti,2,O,9,和,Bi,4-x,La,x,Ti,3,O,12,的高介电常数和铁电极化特性，采用,射频磁控溅射沉积,制备铁电薄膜。铁电存储器的制作采用,半导体硅器件的制作工艺,。,、,1.3 功能薄膜材料的发展趋势,1.3.1 功能薄膜材料小型化、多功能化和高度集成化,（1）集成铁电器件,新一代的声表面波器件,(SAW),采用,硅一金刚石膜一铁电薄膜,多层结构，以,单晶硅片,为衬底，应用,金刚石膜，铁电薄膜一般是,ZnO,或,LiNbO,3,等，具有最高的纵波声速而为声表面波传递介质。这种用硅一金刚石膜铁电薄膜多层结构的,SAW,器件，可在,4,6GHz,下工作，被用作,新一代移动通信或微波系统,所需的高性能高频滤波器。,1.3 功能薄膜材料的发展趋势,1.3.1 功能薄膜材料小型化、多功能化和高度集成化,（2）微电子机械系统器件,微电子机械系统是一种把微,(MEMS),电子器件,(,包括集成电路,),与微机器件功能相集成的系统。,利用,多晶硅薄膜,制备成硅微静电马达、硅微型流量计、微机械加速度计、微机械振动陀螺仪、微型生物芯片。,铁电薄膜,因具有介电、压电、热释电和铁电等优良特性，已是,MEMS,器件制作的优选材料之一。,金刚石膜,具有极低的摩擦系数、最高的热导率、最高的强度和弹性模量、极佳的化学稳定性，被认为是制作,MEMS,运动部件,(,如齿轮、轴,),的最佳材料。,1.3.2 各类功能薄膜材料的发展,（1）超硬薄膜的进展,维氏硬度,HV,大于,4000,的固体超硬薄膜材料,材料：,金刚石、类金刚石、,碳化硼,(B,4,C),、氮化碳,(C,3,N,4,),、氮化硼碳,(BC,2,N),、,金属氮化物（,TiN,、,Si,3,N,4,、,VN,、,NbN,）、,多层超硬膜和超晶格膜（,(,如,TiN-VN,、,TiN-NbN,、,Al,2,O,3,-ZrO,2,),1.3 功能薄膜材料的发展趋势,1.3.2 各类功能薄膜材料的发展,（2）信息功能薄膜材料,(,磁性薄膜材料,),磁功能薄膜,一个重要的发展趋势是磁性多层膜，它由铁磁金属层,(FM),和非磁金属层,(NM),交替生成，记为,(CM),FM,NM,FM,(CM),，,CM,代替覆盖层或缓冲金属层。,光电发射薄膜,又是另一类的信息功能薄膜。它是把光信号转变成电信号。它的一个重要发展趋势是开发适用于超短激光脉冲，如皮秒至飞秒检测光电发射薄膜。,多晶硅信息功能薄膜，,除作传统互联介质外，在有源矩阵液晶显示器、三维集成电路和兆位静态随机存取存储器,(SRAM),等都具有重要应用，也可用于,MEMS,器件中的静电微马达。,1.3 功能薄膜材料的发展趋势,1.3.2 各类功能薄膜材料的发展,（3）LB膜,兰格缪尔,布洛奇特薄膜,一种超薄的有机分子薄膜,薄膜组成：,由羧酸及其盐、脂肪酸、烷基族以及染料、蛋白质等有机物所构成。,应用：,分子聚合、光合作用、磁学、微电子、光电子器件、激光、声表面波、红外检测、光学等领域。,制备方法：,有机高分子材料溶于某种易挥发的有机溶剂中，然后滴在水面或其他溶液上，待溶剂挥发后，液面保持恒温和被施加一定压力，溶质分子沿液面形成致密排列的单分子膜层，接着用适当的装置将分子逐层转移，组装到固体载片上，并按需要制备几层到数百层的,LB,膜。利用,LB,膜功能体系实现分子尺度上的装配。,1.3.2 各类功能薄膜材料的发展,（,4,）功能薄膜的异质结构,在,铁电薄膜,用作器件时，都把铁电薄膜制作在一定衬底或电极,-,衬底,(,包括,Ic,电路,),表面，而在铁电薄膜的,外表面,，再制备,电极或其他类型的薄膜,。,在功能薄膜异质结构的研究中，用钙钛矿结构的铁电薄膜,(,如,PZT,铁电薄膜,),与同样具有钙钛矿结构的,金属氧化物薄膜,(,如钇钡铜氧,(YBCO),、镧钙锰氧,(LCMO),来制备异质结构，成为研究的一大热点。,1.3.3 功能薄膜沉积制备技术的发展,（1）脉冲激光沉积技术的新发展,（2）激光分子束外延,（3）其他功能薄膜沉积制备新技术,（4）功能薄膜表征技术的发展,1.3 功能薄膜材料的发展趋势,1.3.4 功能薄膜表征技术的发展,膜层的组织结构,表面形貌,薄膜成分分析,表面电子态分析,功能相关的薄膜特性,金刚石膜中碳原子的排列方式,(,射线衍射或电子衍射、拉曼散射技术,),沉积制备过程中的诊断和原位实时监控,