薄膜及其特性.ppt

一、化学气相沉积薄膜的形成过程化学气相沉积是供给基片的气体，在加热和等离子体等能源作用下在气相和基体表面发生化学反应的过程。Spear在1984年提出一个简单而巧妙的模型，如图1-1所示。图1-1为典型CVD反应步骤的浓度边界模型第30页，共48页，星期日，2025年，2月5日图5-12典型CVD反应步骤的浓度边界模型图5-12典型CVD反应步骤的浓度边界模型图5-12典型CVD反应步骤的浓度边界模型第31页，共48页，星期日，2025年，2月5日二、真空蒸发薄膜的形成过程真空蒸发薄膜的形成一般分为：凝结过程核形成与生长过程岛形成与结合生长过程第32页，共48页，星期日，2025年，2月5日（一）凝结过程凝结过程是从蒸发源中被蒸发的气相原子、离子或分子入射到基体表面之后，从气相到吸附相，再到凝结相的一个相变过程。第33页，共48页，星期日，2025年，2月5日（二）薄膜的形成与生长薄膜的形成与生长有三种形式，如图1-2所示：（a）岛状生长模式（b）层状生长模式（c）层岛结合模式第34页，共48页，星期日，2025年，2月5日第1页，共48页，星期日，2025年，2月5日第一节????薄膜的定义及其特性

什么是“薄膜”（thinfilm），多“薄”的膜才算薄膜？薄膜有时与类似的词汇“涂层”（coating）、“层”（layer）、“箔”（foil）等有相同的意义，但有时又有些差别。通常是把膜层无基片而能独立成形的厚度作为薄膜厚度的一个大致的标准，规定其厚度约在1μm左右。第2页，共48页，星期日，2025年，2月5日薄膜材料的特殊性

同块体材料相比，由于薄膜材料的厚度很薄，很容易产生尺寸效应，就是说薄膜材料的物性会受到薄膜厚度的影响。由于薄膜材料的表面积同体积之比很大，所以表面效应很显著，表面能、表面态、表面散射和表面干涉对它的物性影响很大。在薄膜材料中还包含有大量的表面晶粒间界和缺陷态，对电子输运性能也影响较大。在基片和薄膜之间还存在有一定的相互作用，因而就会出现薄膜与基片之间的粘附性和附着力问题，以及内应力的问题。第3页，共48页，星期日，2025年，2月5日（1）表面能级很大表面能级指在固体的表面，原子周期排列的连续性发生中断，电子波函数的周期性也受到影响，把表面考虑在内的电子波函数已由塔姆（Tamm）在1932年进行了计算，得到了电子表面能级或称塔姆能级。像薄膜这种表面面积很大的固体，表面能级将会对膜内电子输运状况有很大的影响。尤其是对薄膜半导体表面电导和场效应产生很大的影响，从而影响半导体器件性能。第4页，共48页，星期日，2025年，2月5日（2）薄膜和基片的粘附性薄膜是在基片之上生成的，基片和薄膜之间就会存在着一定的相互作用，这种相互作用通常的表现形式是附着（adhesion）。薄膜的一个面附着在基片上并受到约束作用，因此薄膜内容易产生应变。若考虑与薄膜膜面垂直的任一断面，断面两侧就会产生相互作用力，这种相互作用力称为内应力。附着和内应力是薄膜极为重要的固有特征。第5页，共48页，星期日，2025年，2月5日基片和薄膜属于不同种物质，附着现象所考虑的对象是二者间的边界和界面。二者之间的相互作用能就是附着能，附着能可看成是界面能的一种。附着能对基片-薄膜间的距离微分，微分最大值就是附着力。第6页，共48页，星期日，2025年，2月5日不同种物质原子之间最普遍的相互作用是范德瓦耳斯力。这种力是永久偶极子、感应偶极子之间的作用力以及其他色散力的总称。设两个分子间的上述相互作用能为U，则U可用下式表示： 式中，r为分子间距离；a为分子的极化率；I为分子的极化能；下标A、B分别表示A分子和B分子。用范德瓦耳斯力成功地解释了许多附着现象。第7页，共48页，星期日，2025年，2月5日设薄膜、基片都是导体，而且二者的费米能级不同，由于薄膜的形成，从一方到另一方会发生电荷转移，在界面上会形成带电的双层。此时，薄膜和基片之间相互作用的静电力F为：式中，为界面上出现的电荷密度；为真空中的介电常数。要充分考虑这种力对附着的贡献。第8页，共48页，星期日，2025年，2月5日