6薄膜基础.pptx

第六章 薄膜基础薄膜分类（按功能及其应用领域）：薄膜分类（按功能及其应用领域）：电学薄膜电学薄膜半导体器件与集成电路中使用的导电材料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与介质薄膜材料 AlAl、CrCr、PtPt、AuAu、多晶硅、硅化物薄膜；、多晶硅、硅化物薄膜；SiOSiO2 2、SiSi3 3N N4 4、TaTa2 2O O5 5、SiOFSiOF薄膜。薄膜。超导薄膜超导薄膜 YbaCuOYbaCuO系高温超导薄膜；系高温超导薄膜；BiSrCaCuOBiSrCaCuO系高温超导薄膜；系高温超导薄膜；TiBaCuOTiBaCuO系高温超导薄膜。系高温超导薄膜。YBa2Cu3O7-x Film 光电子器件中使用的功能薄膜光电子器件中使用的功能薄膜 GaAs/GaAlAsGaAs/GaAlAs、HgTe/CdTeHgTe/CdTe、a-Sia-Si：H H、A-SiGeA-SiGe：H H、a-SiCa-SiC：H H、a-SiNa-SiN：H H、a-Si/a-SiCa-Si/a-SiC等一系列晶态与等一系列晶态与非晶态超晶格薄膜。非晶态超晶格薄膜。C-V Characteristics of GaAs/AlGaAs Superlattice C-V Characteristics of GaAs/AlGaAs Superlattice Structure showing capacitance Oscillations Associated Structure showing capacitance Oscillations Associated with charge accumulation due to the sequential with charge accumulation due to the sequential tunneling of electrons.tunneling of electrons.薄膜敏感元件与固态传感器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。感器等。ThinFilmPressureSensorCopper-indium-diselenide(CuInSe2,or CIS)Thin-film material with efficiency of up to 17%.The material is promising,yet not widely used due to production specific procedures.薄膜太阳能电池薄膜太阳能电池 非晶硅、非晶硅、CuInSeCuInSe2 2和和CdSeCdSe薄膜太阳电池。薄膜太阳电池。平板显示器件平板显示器件 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（平板显示器件所用的透明导电电极（ITOITO薄膜）。薄膜）。电致发光多层薄膜（包括电致发光多层薄膜（包括ITOITO膜，膜，ZnSZnS：MnMn等发光等发光膜，膜，AlAl电极膜等）组成的全固态平板显示器件及电极膜等）组成的全固态平板显示器件及OLEDOLED显示器件。显示器件。OLED Displays:Better Than OLED Displays:Better Than Plasma Or LCD Plasma Or LCD 用用ZnOZnO、AlNAlN等薄膜制成的声表面波滤波器。等薄膜制成的声表面波滤波器。磁记录薄膜与薄膜磁头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；高质量和录象的磁性材料薄膜录音带与录象带；计算机数据存储的计算机数据存储的CoCrTaCoCrTa、CoCrNiCoCrNi等的薄膜软盘和等的薄膜软盘和 硬盘；硬盘；垂直磁记录中垂直磁记录中FeSiAlFeSiAl薄膜磁头等。薄膜磁头等。静电复印鼓用静电复印鼓用Se-TeSe-Te、SeTeAsSeTeAs合金薄膜及非晶硅薄合金薄膜及非晶硅薄 膜。膜。ANTI-REFLECTION CHARTthree layers 光学薄膜光学薄膜 减反射膜、反射膜、分光镜、滤光片；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；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；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；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。集成光学元件所用的介质薄膜与半导体薄膜。刀具表面氮化物、氧化物、碳化物镀膜刀具表面氮化物、氧化物、碳化物镀膜硬质膜、耐蚀膜、润滑膜硬质膜、耐蚀膜、润滑膜有机分子薄膜有机分子薄膜装饰膜装饰膜包装膜包装膜6.1 薄膜基片6.1.1 基片材料1）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2）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：1.两个相连固体总接触面间不均匀的表面接触；2.两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/=e-tR：t无实效工作的概率；e=2.718；t:无失效工作时间；：平均失效时间；：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意图浸渍工艺流程示意图打印工艺流程示意图测试工艺流程示意图成品编带工艺流程示意图箔式电容器卷绕编带压扁包封成品成品编带测试6.6 薄膜电感与薄膜电感相关的重要因素是它的尺寸应尽可能小并且具有低成本片式电感所有的电特性。6.7 21世纪的技术自学