《氮化物薄膜材料》课件.pptVIP

氮化物薄膜材料探索纳米级材料科学前沿

课程概述课程目标掌握氮化物薄膜基本理论与制备方法主要内容各类氮化物薄膜特性与应用领域学习方法

第一章：氮化物薄膜简介1定义含氮元素与金属或非金属形成的化合物薄膜2发展历史20世纪60年代起快速发展3应用领域微电子、光电子和机械工程等多个领域

氮化物薄膜的基本特性化学性质化学稳定性高耐氧化和耐腐蚀物理性质硬度高热导率与电导率可调结构特征多晶结构常见纳米级厚度

常见氮化物薄膜材料氮化硅（Si?N?）半导体工业中的关键材料氮化铝（AlN）优异的热导率和压电性能氮化钛（TiN）金色外观，优异的机械性能氮化硼（BN）高温稳定性和自润滑性能

氮化物薄膜的优势高硬度提供优异的耐磨损性能耐腐蚀性在恶劣环境中保持稳定高温稳定性在高温环境下保持性能光学特性可调控的光学性质

第二章：氮化硅薄膜结构特征六方晶系结构制备方法CVD、PECVD等应用领域集成电路中的钝化层

氮化硅薄膜的化学组成Si-N键强共价键结构化学计量比理想状态为Si?N?杂质影响氧、氢等影响性能

氮化硅薄膜的物理性质22GPa硬度高硬度材料310GPa弹性模量机械强度高3.3×10??/K热膨胀系数热稳定性好

氮化硅薄膜的光学性质波长(nm)折射率透光率(%)

氮化硅薄膜的制备方法（一）化学气相沉积（CVD）反应气体：SiH?和NH?工艺温度：700-900°C优点：致密性好等离子体增强CVD（PECVD）射频放电产生等离子体工艺温度：250-400°C优点：低温沉积

氮化硅薄膜的制备方法（二）磁控溅射物理沉积方法反应气体：N?原子层沉积（ALD）逐层生长精确控制厚度

氮化硅薄膜的应用1微电子领域绝缘层和钝化层光电子器件光波导和光学滤波器太阳能电池减反射涂层保护涂层耐磨损和防腐蚀

第三章：氮化铝薄膜结构特征六方纤锌矿结构制备方法MBE、PLD等应用领域压电器件与热管理

氮化铝薄膜的化学组成键类型Al-N键键长1.9?化学计量比1:1（AlN）常见掺杂元素Sc,Ga,In掺杂效应调节压电性能和能带结构

氮化铝薄膜的物理性质285W/m·K热导率仅次于金刚石5.4压电系数单位：pC/N8.5介电常数低介电损耗

氮化铝薄膜的光学性质

氮化铝薄膜的制备方法分子束外延（MBE）超高真空环境单晶薄膜生长脉冲激光沉积（PLD）高能激光烧蚀靶材保持化学计量比反应性溅射高速率沉积适合大面积生产

氮化铝薄膜的应用声表面波器件利用压电效应紫外探测器宽带隙特性热管理材料高热导率

第四章：氮化钛薄膜结构特征面心立方结构制备方法PVD、离子镀等应用领域硬质涂层和装饰涂层

氮化钛薄膜的化学组成1Ti-N键金属-非金属键2化学计量比TiN?±x，x可调控3氧含量影响氧会降低导电性

氮化钛薄膜的物理性质电导率25μΩ·cm金属导电性机械强度硬度：20-25GPa弹性模量：450GPa耐磨性磨损率低摩擦系数：0.4

氮化钛薄膜的光学性质波长(nm)反射率(%)

氮化钛薄膜的制备方法物理气相沉积（PVD）钛靶在氮气氛围中溅射离子镀离子辅助增强结合力热化学气相沉积高温下Ti与N?反应

氮化钛薄膜的应用2硬质涂层切削工具和模具扩散阻挡层集成电路制造装饰涂层金色外观，耐磨损生物医用涂层人工关节和植入物

第五章：氮化硼薄膜结构特征六方和立方两种结构制备方法CVD、溅射等应用领域润滑涂层和电子封装

氮化硼薄膜的化学组成六方氮化硼（h-BN）类似石墨层状结构立方氮化硼（c-BN）类似金刚石结构杂质控制氧和碳常见杂质

氮化硼薄膜的物理性质1500℃热稳定性高温下稳定101?Ω·cm电绝缘性优异绝缘体0.15摩擦系数自润滑性能好

氮化硼薄膜的光学性质h-BNc-BN

氮化硼薄膜的制备方法化学气相沉积（CVD）前驱体：B?H?和NH?射频磁控溅射BN靶材在Ar/N?气氛中溅射离子束辅助沉积低温制备c-BN高温高压合成制备高质量c-BN

氮化硼薄膜的应用电子封装高热导率散热材料电绝缘性光电器件深紫外光电器件透明导电薄膜高温润滑涂层航空航天领域自润滑性能

第六章：高熵合金氮化物薄膜1概念介绍多元合金氮化物2设计原理高熵效应和固溶强化3特性与应用超高硬度和热稳定性

高熵合金氮化物薄膜的组成设计元素选择过渡金属元素为主熵效应混合熵增加体系稳定性固溶强化晶格畸变提高硬度元素比例近等原子比例配比

高熵合金氮化物薄膜的制备方法反应磁控共溅射多靶共溅射适合多元成分制备良好成分控制等离子体辅助沉积提高氮化反应效率改善薄膜质量降低沉积温度高功率脉冲磁控溅射高离化度致密薄膜结构改善薄膜附着力

高熵合金氮化物薄膜的性能特点超高硬度可达35-40GPa热稳定性1000℃以上保持性能抗氧化性能高温氧化速率低

高熵合金氮化物薄膜的应用前景高温涂层航空发动机部件切削工具涂层延长刀具寿命新型电子材料扩散阻挡层