薄膜技术与薄膜材料.ppt

第一章 绪论 1.1 薄膜与高新技术 薄膜材料受到关注的理由： (1) 薄膜很薄，可看成物质的二维形态。薄膜技术是实现器件轻薄短小化和系统集成化的有效手段。 (2) 随着器件的尺寸减小乃至粒子量子化运动的尺度，薄膜材料或其器件将显示出许多全新的物理现象。薄膜技术是制备这类新型功能器件的有效手段。 (3) 薄膜气相沉积涉及从气相到固相的超急冷过程，易于形成非稳态物质及非化学计量的化合物膜层。 (4) 由于镀料的气化方式很多，通过控制气氛还可以进行反应沉积，因此，可以得到各种材料的膜层；可以较方便地采用光、等离子体等激发手段，在一般条件下，即可获得在高温、高压、高能量密度下才能获得的物质。 (5) 通过基板、镀料、反应气氛、沉积条件的选择，可对界面结构、结晶状态，膜厚等进行控制；表面精细，便于光刻制电路图形；有成熟经验，易于在其他应用领域中推广。 (6) 易于在成膜过程中在线检测，监测动态过程并可按要求控制生长过程，便于实现自动化。 市场份额由2004年的71亿美元增长到2009年的135亿美元 年平均增长幅度达到13.7%。 1.2 薄膜与工作、生活的联系 互联网与薄膜技术 PDP---等离子壁挂电视 发展迅猛的TFT-LCD 生物计算机与薄膜技术 正在进展中的人造大脑 微机械使重症患者起死回生 加速度传感器 实现MEMS的薄膜与微细加工技术 原子的人工组装 碳纳米管和富勒烯 互联网与薄膜技术 PDP—等离子壁挂电视 PDP工作原理 通过显示电极和选址电极上施加的电压，在二者交点处引起气体放电；通过控制放电位置和放电的强弱来实现动态显示。气体放电产生的等离子体中射出紫外线照射涂敷于放电胞壁的荧光层（发射Ｒ（红）、Ｇ（绿）、Ｂ（蓝）三原色光的荧光层），发出相应彩色的光，实现全色壁挂电视。 发展迅猛的TFT－LCD TFT-LCD即薄膜三极管液晶显示器。所谓液晶是指在某一温度范围内，从外观看属于具有流动性的液体，但同时又是具有光学双折射性的晶体。液晶的流动性和各向异性正好为图像显示所利用。 生物计算机与薄膜技术 制作与人类大脑相近的记忆（存储）系统，实现人工智能。 关于记忆，已由硅半导体等构成的存储器来实现。 目前，科学工作者正通过小鼠及兔子的小脑等神经细胞的培养，以实现神经网络功能。 正在进展中的人造大脑 在集成电路中，1cm2的硅片之上已经成功地制作出2.5亿个三极管，并已实现制品化。 10亿个三极管的试制品也已经出现, 如图a)所示。 160亿个的集成电路在2010年实现，如图b)所示。 机器人不仅能两条腿走路，而且能表现出感情，其智力达到１岁儿童的水平。 微机械使重症患者起死回生 薄膜技术能实现材料的微米、纳米超微细加工。 目前已实用化的马达，最小尺寸的已成功实用于手表等机构中。 如果利用薄膜技术，不久会制作出以微米为单位的马达。 加速度传感器 加速度（力）的检测极为重要，其应用也非常广泛。如汽车及时充气膨胀，机器人双脚行走等均是通过检测加速度来实现。 为测量上述加速度，离不开由薄膜技术及超微细加工技术制作的传感器。 MEMS的薄膜与微细加工技术 静电型二维扫描仪 微型多反应器 高精细喷墨打印机 原子的人工组装 碳纳米管和富勒烯 1.3 薄膜制作简介 1.3 薄膜制作简介 1.4 薄膜加工简介 1.4 薄膜加工简介 1.5 薄膜材料的应用 表面改性 超硬模用于切割刀具 能量变换膜与器件 传感器 半导体器件 金刚石薄膜 平板显示器 1.5.1 表面改性 定义:在保持块体材料固有特性的优点基础上，对表面进行加工处理，使其产生新的物理、化学特性以及所需要功能的各种方法，统称为表面改性。 1.5.1 表面改性 表面改性的应用情况： 对于实际的表面改性，特别是大型系统的表面改性，需要研究开发的内容是相当多的。从材料的角度，应特别注意如下几点： 1.5.2 超硬模用于切割刀具 PVD和CVD薄膜的一些典型应用 PVD和CVD薄膜的一些典型应用 PVD和CVD薄膜的一些典型应用 PVD和CVD薄膜的一些典型应用 　如何选择镀层－基体系统 镀层对磨损所产生的作用： ① 减少切屑－刀具作用面的接触长度； ② 由于镀层的低摩擦系数，可减弱切屑与前刀面、工件与后刀面 之间的摩擦；从而可降低刀具的温度； ③ 减少刀刃附近的粘着磨损，也可减少月牙槽区域的表面塑性变 形； ④ 减少粘着磨损，可减少形成积屑瘤的倾向，从而可以得到较好的加工面。 TiN镀层对各种刀具切削性能的改善 1.5.3 能量变换薄膜与器件 1.5.3 能量变换薄膜与器件 1.5.3 能量变换薄膜与器件 1.5.3 能量变换薄膜与器件 1.4.3 能量变换薄膜与器件 1.5.3 能