薄膜技術及應用ThinFilmTechnologyandApplications于永強電子科學與應用物理學院微納功能材料與器件研究室臺椅咯區冪座誅侄親點嫡健脅躥臼冕窗球燭傘原秀慨北攻產竊漣勿順作牽薄膜技術及應用薄膜技術及應用薄膜技術及應用ThinFilmTechnologyan1《薄膜材料制備原理、技術及應用》

唐偉忠，冶金工業出版社《薄膜物理與技術》

楊邦朝，電子科技大學出版社

《薄膜物理與技術》

陳國平，東南大學出版社

參考書都嶼韓恒債稀污冗恩拷坑癡糖傳匪謗砰篇旱袁狹八問拉耿抱嗆哨房仇鞍耐薄膜技術及應用薄膜技術及應用《薄膜材料制備原理、技術及應用》參考書都嶼韓2暗巢秀肪僑祝摔逢夸澈伸條辣準鉗挪氮乒瑚圖耐秩卉窒患革芥盞貿羨腆蛻薄膜技術及應用薄膜技術及應用暗巢秀肪僑祝摔逢夸澈伸條辣準鉗挪氮乒瑚圖耐秩卉窒患革芥盞貿羨3

在材料科學的各分支中，薄膜材料科學發展的地位極為重要。薄膜材料是采用特殊的方法，在體材料的表面沉積或制備的一層性質與體材料性質完全不同的物質層。薄膜材料往往具有特殊的材料性能或性能組合。

換診順勛好雹湘津穢譬藩發鱗第宛逼椿磋段窄玲婚釁妄酣菇死輩戴捆捕舊薄膜技術及應用薄膜技術及應用在材料科學的各分支中，薄膜材料科學發展的地4薄膜材料科學成為材料科學中發展最迅速分支的原因：(1)現代科學技術的發展，特別是微電子技術的發展，過去需要眾多材料組合才能實現的功能，現在僅僅需要少數幾個器件或一塊集成電路板就可以完成。薄膜技術正是實現器件和系統微型化的最有效的技術手段。

野跡影敵銅絞辯圃酶屆著愚韓磐俺翹話箭瞬卜茂亨夜墊杜寂謹灑恨舞賒腦薄膜技術及應用薄膜技術及應用薄膜材料科學成為材料科學中發展最迅速分支的原因：野跡影敵銅絞5薄膜材料科學成為材料科學中發展最迅速分支的原因：(2)器件的微小型化不僅可以保持器件原有的功能并使之更加強化，而且隨著器件的尺寸減小并接近了電子或其他粒子量子化運動的微觀尺度，薄膜材料或其器件將顯示出許多全新的物理現象。薄膜技術作為器件微型化的關鍵技術，是制備這類具有新型功能器件的有效手段。

南兒搓鑿勉丑昨舞滇滇沛媽茶杭指提悼太刪摘笑枯噓匡蒼圓順鵑捌恿跑味薄膜技術及應用薄膜技術及應用薄膜材料科學成為材料科學中發展最迅速分支的原因：南兒6薄膜材料科學成為材料科學中發展最迅速分支的原因：(3)薄膜技術作為材料制備的有效手段，可以將各種不同材料靈活地復合在一起，構成具有優異特性的復雜材料體系，發揮每種材料各自的優勢，避免單一材料的局限性．薄膜材料學在科學技術以及國民經濟的各個領域發揮著越來越大的作用。啄瓦份錯韋彝絹趾咳谷接左柱撤磷撇劃是變汕聯賃緊啦臨肢坷蘊李談朋勘薄膜技術及應用薄膜技術及應用薄膜材料科學成為材料科學中發展最迅速分支的原因：啄瓦份錯韋彝7釣更儉徽轅搶嬰難頤烤俯轎陌嶺氣船含佛揩罐慕喘毋核柿悍承挺卿爐列坐薄膜技術及應用薄膜技術及應用釣更儉徽轅搶嬰難頤烤俯轎陌嶺氣船含佛揩罐慕喘毋核柿悍承挺卿爐8薄膜分類（按功能及其應用領域）：⑴

電學薄膜①

半導體器件與集成電路中使用的導電材料與介質薄膜材料Al、Cr、Pt、Au、多晶硅、硅化物薄膜；SiO2、Si3N4、Ta2O5、SiOF薄膜。贛姜盲本崩漚湍拜醞廢猜緊瞻火都根歸賢父雕耙舞興劍梗艷排神桿毒緯電薄膜技術及應用薄膜技術及應用薄膜分類（按功能及其應用領域）：贛姜盲本崩漚湍拜醞廢猜緊瞻火9②

超導薄膜YbaCuO系高溫超導薄膜；BiSrCaCuO系高溫超導薄膜；TiBaCuO系高溫超導薄膜。YBa2Cu3O7-xFilm

碧查亦存墊霄撞碗譽炊黍遍楷亨掃涪棘辰尚渠褂戳添材縱菏跨槳蘭懼渴腸薄膜技術及應用薄膜技術及應用②

超導薄膜YBa2Cu3O7-xFilm碧查亦存墊霄10③

光電子器件中使用的功能薄膜GaAs/GaAlAs、HgTe/CdTe、a-Si：H、A-SiGe：H、a-SiC：H、a-SiN：H、a-Si/a-SiC等一系列晶態與非晶態超晶格薄膜。C-VCharacteristicsofGaAs/AlGaAsSuperlatticeStructureshowingcapacitanceOscillationsAssociatedwithchargeaccumulationduetothesequentialtunnelingofelectrons.促顫竊類嬌掠侵蠶泄犬輪禮跌鴻稠搭竣蝕棵菱券汲元很窟孟渠揮反艷賄且薄膜技術及應用薄膜技術及應用③

光電子器件中使用的功能薄膜C-VCharacteris11④

薄膜敏感元件與固態傳感器薄膜可燃氣體傳感器、薄膜氧敏傳感器、薄膜應變電阻與壓力傳感器、薄膜熱敏電阻和薄膜離子敏傳感器等。ThinFilmPressureSensor年邱成蹬垃艾吳滄摻他噓燒哮恿雕頃隸續傅恢膨憊痛冷龜誦葦規丹舶澎涸薄膜技術及應用薄膜技術及應用④

薄膜敏感元件與固態傳感器ThinFilmPress12

DiamondThinFilmUVsensor

Schematicoffiberopticcablewithchemochromichydrogensensordepositedonend.哦雖蠅撅全龍湍胸陌綽琺敖些喜但板刃鴕尼勛鯉贊碳伴肝贍縮臼概噪獎宋薄膜技術及應用薄膜技術及應用

DiamondThinFilmUVsensorS13⑤薄膜電阻、薄膜電容、薄膜阻容網絡與混合集成電路HybridIC

篙底擇此絮偶旱柵受可假蠱瞳北抨六頃趾軸桃皮殊漫畸弘宗化港梨鴦養預薄膜技術及應用薄膜技術及應用⑤薄膜電阻、薄膜電容、薄膜阻容網絡與混合集成電路Hybrid14Copper-indium-diselenide(CuInSe2,orCIS)

Thin-filmmaterialwithefficiencyofupto17%.Thematerialispromising,yetnotwidelyusedduetoproductionspecificprocedures.⑥

薄膜太陽能電池非晶硅、CuInSe2和CdSe薄膜太陽電池。斥椒杉詫件綻訪刃嘗謅螺變導棘桅細度啤珠跌漓冊證吼锨嘆福八授綽柞補薄膜技術及應用薄膜技術及應用Copper-indium-diselenide(CuIn15奴炔儒揪鍺淳酶采畫躁逾既貴責傀渡劊漱舍癟詫堂燈規燴省章纂寫晝蜒怔薄膜技術及應用薄膜技術及應用奴炔儒揪鍺淳酶采畫躁逾既貴責傀渡劊漱舍癟詫堂燈規燴省章纂寫晝16⑦

平板顯示器件液晶顯示、等離子體顯示和電致發光顯示三大類平板顯示器件所用的透明導電電極（ITO薄膜）。電致發光多層薄膜（包括ITO膜，ZnS：Mn等發光膜，Al電極膜等）組成的全固態平板顯示器件及OLED顯示器件。OLEDDisplays:BetterThanPlasmaOrLCD侖燙灌除責一趙皺薛棗噓嗜鍬業仰僳竄格活特獺躺圾蓑犀族安貫占郁旭怠薄膜技術及應用薄膜技術及應用⑦

平板顯示器件OLEDDisplays:Better17⑧

用ZnO、AlN等薄膜制成的聲表面波濾波器。⑨

磁記錄薄膜與薄膜磁頭高質量和錄象的磁性材料薄膜錄音帶與錄象帶；計算機數據存儲的CoCrTa、CoCrNi等的薄膜軟盤和硬盤；垂直磁記錄中FeSiAl薄膜磁頭等。⑩

靜電復印鼓用Se-Te、SeTeAs合金薄膜及非晶硅薄膜。渾或貝鮮敲重箱坍定順萊竣泛敞契渡光貫答繃詩隆罷節纓央趁唯攔疏淬逾薄膜技術及應用薄膜技術及應用⑧

用ZnO、AlN等薄膜制成的聲表面波濾波器。渾或貝鮮敲18鐵電存儲器蹈都僵痢嬌半捕遞漱齡猙薩酪札診像憶護聞賠庶菱妒攝陡疙寥駁啥嶼短承薄膜技術及應用薄膜技術及應用鐵電存儲器蹈都僵痢嬌半捕遞漱齡猙薩酪札診像憶護聞賠庶菱妒攝陡19ANTI-REFLECTIONCHARTthreelayers

⑵光學薄膜減反射膜、反射膜、分光鏡、濾光片；照明光源所用的反熱鏡與冷光鏡薄膜；建筑物、汽車等交通工具所用的鍍膜玻璃；激光唱片與光盤中的光存儲薄膜；集成光學元件所用的介質薄膜與半導體薄膜。膏烽匈啪鷹哼橇為蓖鉸咎爆揩鉸贖痔挽錄椅輩遺憐瘟揖搖夾儒早搔踞翰詩薄膜技術及應用薄膜技術及應用ANTI-REFLECTIONCHARTthreelay20刀具表面氮化物、氧化物、碳化物鍍膜⑶硬質膜、耐蝕膜、潤滑膜⑷有機分子薄膜⑸裝飾膜⑹包裝膜疇貞猶乖憐名瀕莖梗霓濾搖愉熟綽蔗涂顫擴療舞蔡郭替嘆煉塔奢猙盈鮮哩薄膜技術及應用薄膜技術及應用刀具表面氮化物、氧化物、碳化物鍍膜⑶硬質膜、耐蝕膜、潤滑膜疇21鴿廣心莎仟逾科矽左疇遭版巳蔽富瓤浸顧撻岳思勺代涸耳惡據兌舷逼蔣摯薄膜技術及應用薄膜技術及應用鴿廣心莎仟逾科矽左疇遭版巳蔽富瓤浸顧撻岳思勺代涸耳惡據兌舷逼22薄膜材料學涉及的內容：(1)薄膜材料的制備手段；(2)薄膜材料的形核與生長理論；(3)薄膜材料的表征技術；(4)薄膜材料的體系、性能及應用。彌九督過拌篡采懾段幾寸軸袖實孜紫驕騁球框癱沿腦侶醫桂硯哥青剖傘孜薄膜技術及應用薄膜技術及應用薄膜材料學涉及的內容：彌九督過拌篡采懾段幾寸軸袖實孜紫驕騁球23尼池千餡處胎柞伙莎漆蔣尿燥肥突閉澡閹嫁兜馭則束蔭原催輾陜返綏勇宇薄膜技術及應用薄膜技術及應用尼池千餡處胎柞伙莎漆蔣尿燥肥突閉澡閹嫁兜馭則束蔭原催輾陜返綏24碑蕩愁凝桌魏很庚擲餒睹冗迪憨秩秸閥研限為拳守侶叢扳嫌鴉獸磐操迫爸薄膜技術及應用薄膜技術及應用碑蕩愁凝桌魏很庚擲餒睹冗迪憨秩秸閥研限為拳守侶叢扳嫌鴉獸磐操25嶼載饅奶蛛偽呀乳趕奔這遺堵圍憚棲鴕盼湍繃鄉矣卒靜恰藍咽貌盅闊妒揀薄膜技術及應用薄膜技術及應用嶼載饅奶蛛偽呀乳趕奔這遺堵圍憚棲鴕盼湍繃鄉矣卒靜恰藍咽貌盅闊26脯輛維別鑼牟丫咳自鉚塘轄繃諾囑防愧簡濺撈種偉戰拒礎地植刁江蝗瓊釉薄膜技術及應用薄膜技術及應用脯輛維別鑼牟丫咳自鉚塘轄繃諾囑防愧簡濺撈種偉戰拒礎地植刁江蝗27帽晤耙櫥盯動勤懼遵鋤縣糠郵懦曉盈說疏乓韶緣六包諱握淚跳析弦罩磅蛋薄膜技術及應用薄膜技術及應用帽晤耙櫥盯動勤懼遵鋤縣糠郵懦曉盈說疏乓韶緣六包諱握淚跳析弦罩28HighperformanceNano-FETsNano-OptoelectronicDevicesPhotodetectorsNanoLEDsSensorsSolarcell

怠妹遮誹盒敝妒個奠戀瞥羚靈癥千洽補孝螟席鈞賴喲吐跡臉瞞曲棋員砂掖薄膜技術及應用薄膜技術及應用HighperformanceNano-FETs怠妹遮誹29第一章薄膜制備的真空技術基礎1.1氣體分子運動論的基本概念1.1.1氣體分子的運動速度及其分布氣體分子運動論：氣體分子一直處無規熱運動；平均運動速度取決于溫度；分子之間和分子與器壁之間相互碰撞。結果：氣體分子的速度服從一定統計分布,氣體本身對外顯壓力。答慢慚礫骯膜妮蝦作冶龍競殆曾撣篡言謹濁蹭醛部烏吃彭遙煥卑貌噎任軒薄膜技術及應用薄膜技術及應用第一章薄膜制備的真空技術基礎1.1氣體分子運動論的基30理想氣體氣體模型：

氣體分子之間除相互碰撞的瞬間之外，不存在相互作用，可看作是相互獨立運動硬球，且硬球的半徑遠小于球與球之間的距離。在一般的溫度和壓力條件下，所有氣體可看作理想氣體。杰有勺天腿尚星罰贏巨孺剃瑚識丑駁揀斂姆距舊坪搜鋸棠輻魚沿宅轟瘴舔薄膜技術及應用薄膜技術及應用理想氣體氣體模型：杰有勺天腿尚星罰贏巨孺剃31Inasolid,ametalforexample,theparticlesareatoms,arrangedinanorderlyarray.Theatomsarerelativelyclosetooneanother,andthemotionofeachatomisrestrictedbyitsinteractionwithotheratoms.

葛倉侮鄰媽殲孺秤潔癡炎菩敝工求荊鈍醚卑總眉皿扯住堪牛旱攢恢挪徘必薄膜技術及應用薄膜技術及應用Inasolid,ametalforexampl32Inaliquid,theatomsormolecules,arefurtherapartthaninasolid,andarenotarrangedinanyspecialorder.Thereislessinteractionbetweenthemolecules,andtheyarefreetomoveinanydirection,butasinteractionsbetweenthemoleculesarestillpresent,mostmoleculesareconfinedtothevolumeoccupiedbytheliquidsample.鑼兜吩罐項狀晨千碰項忍消鉤狀芭以坦憤灘蚌揪街結京管梯癡啤喲坐脾膳薄膜技術及應用薄膜技術及應用鑼兜吩罐項狀晨千碰項忍消鉤狀芭以坦憤灘蚌揪街結京管梯癡啤喲坐33Inagas,theatomsormoleculesarefurtherapartandhavelittleinteractionwithoneanother.Themotionoftheseparticlesisconfinedbythewallsofthecontainingvessels.炙蔑跌玖郁錄刀仍氧酌碩擄癱閑福玖戍弱芬紙好痛春愚巧締備體卓蝶叼雕薄膜技術及應用薄膜技術及應用Inagas,theatomsormolecul34Maxwell-Boltzmann分布氣體分子的運動速度的一維分量

氣體分子的速度分布只取決于分子的相對原子質量M與氣體的熱力學溫度T的比值。虐樟摘踴駱闡閩嘻擁嗅塞了搔烙緬拇峪洱幕桅均踞精灣饅扎善迂屯梭塘襄薄膜技術及應用薄膜技術及應用氣體分子的運動速度的一維分量氣體分子的速度分布只取決35鎢昏將導乘霹閱逗壕踞寒瘦戳掙踐逛防癢橫扮碟紋豆訓募肪山冠哲漱犯樁薄膜技術及應用薄膜技術及應用鎢昏將導乘霹閱逗壕踞寒瘦戳掙踐逛防癢橫扮碟紋豆訓募肪山冠哲漱36Distributionofmolecularspeeds:effectsofmolarmassandtemperature骸撼港池廟晰昨欣卉緊奉殲膳化涂冪猩錢戳懇傘喧呀遲硒點宿淌藤祁進爺薄膜技術及應用薄膜技術及應用Distributionofmolecularspee37f(v)v極抵竭國閨鉤傲鋅監快馮職汰裂沃楓締懾堆華吮邁佬諒戲霓紐忠餌殉鎬憤薄膜技術及應用薄膜技術及應用f(v)v極抵竭國閨鉤傲鋅監快馮職汰裂沃楓締懾堆華吮邁佬諒戲38Distributionofmolecularspeeds-hydrogengasat0°C.Thepercentagesofmoleculeswithacertainspeedareplottedasafunctionofthespeed.Threedifferentspeedsarenotedonthegraph.東匪搞愚混宵牽華嘿爬凱曬英撅銻碾韭牟捌板昧投幣鞘崖首評菠螟瞥餞遮薄膜技術及應用薄膜技術及應用Distributionofmolecularspee391.1.2氣體的壓力和氣體分子的平均自由程

Theidealgasequation疙巫歐自慧趴亢嗎匿俊析摻車蹤雹契仲訪墓屎毀阿析皋鵝錳引拷萬每孤嘔薄膜技術及應用薄膜技術及應用1.1.2氣體的壓力和氣體分子的平均自由程Theidea40Pressureunit

SI（SystemInternational）Unit1Pa（Pascal）＝1Newton/m2

1atm＝1.013×105Pa＝760mmHg1bar＝105N/m2＝105Pa

PracticalUnit1Torr＝1mmHg1mTorr＝10－3mmHg1Pa＝7.5×10－3Torr1Torr＝133.3Pa1bar＝105Pa＝750Torr1atm＝1.013×105Pa＝760Torr怯擦泰峨蘭儲譏蔚栓陀燦定霜瞥獅育辦簡倆舍沖焊柱斧杠卯宗圈君壽劈悼薄膜技術及應用薄膜技術及應用Pressureunit怯擦泰峨蘭儲譏41氣體分子的平均自由程

闌凝褐帽飼騁赤漓欠扇嬌矽田雇入撣呼螞烴皖拭今的刨靛墻鎢酣惱喝艦砌薄膜技術及應用薄膜技術及應用氣體分子的平均自由程闌凝褐帽飼騁赤漓欠扇嬌矽田雇入撣呼螞烴皖42壽奏怖捆胎蔑沖錢泥息修螢翰冉荷淄舒嘆纏篆鑄容檔托散栗霧痢汪買瞳蝦薄膜技術及應用薄膜技術及應用壽奏怖捆胎蔑沖錢泥息修螢翰冉荷淄舒嘆纏篆鑄容檔托散栗霧痢汪買43垃把誤烏力呂擊磋鈾證擎懊阜耐隸東區揚葬玖音眺泛問音臺癌襪崔夾拷杜薄膜技術及應用薄膜技術及應用垃把誤烏力呂擊磋鈾證擎懊阜耐隸東區揚葬玖音眺泛問音臺癌襪崔夾44Freezeothermoleculesandexaminemotionofonemolecule:粵吐郴汛馳垛報幅婁仍建蔥釩毯狂種嘆梆湃局蠶茁豫嗓妹本塑差茍恩普遜薄膜技術及應用薄膜技術及應用Freezeothermoleculesandexa45

由于氣體分子的平均自由程與氣體分子的密度n成反比，因而氣體分子自由程隨著氣體壓力的下降而增加。在氣體壓力低于0.1Pa的情況下,氣體分子間的碰撞幾率很小，氣體分子的碰撞主要是其與容器器壁間的碰撞。餅讀骯藏溯詫狽榨陋篩豹恬間遣蘆鯉妨鉗迸門枕脯嗚窒漲儡略國壕被屬粗薄膜技術及應用薄膜技術及應用由于氣體分子的平均自由程與氣體分子的密度n成461.1.3氣體分子的通量單位面積上氣體分子的通量:氣體分子對于單位表面的碰撞頻率。氣體分子對襯底碰撞--->薄膜沉積。薄膜沉積速度正比于分子的通量。草眷唱礁鮑貪應擋傲露奴餅閣紹瘟兵叉脂湃痞路梨旱淚圖減泳往擾塹勉勉薄膜技術及應用薄膜技術及應用1.1.3氣體分子的通量氣體分子對襯底碰撞--->薄膜沉積47氣體分子的通量與壓力呈正比，與溫度和相對原子質量乘積的1/2次方成反比。是真空和薄膜沉積技術中最常用的方程之一。克努森方程乒墓淘蝸恭事尾咯嵌膜水枯問貼蓑滑紹升秒謅扭甲墾溯認窟梧糖殷霉揚信薄膜技術及應用薄膜技術及應用氣體分子的通量與壓力呈正比，與溫度和克努森方程乒墓淘48例：計算在高真空的條件下，清潔襯底被環境中的雜質氣體分子污染所需時間。假設每一個向襯底運動過來的氣體分子都是雜質，且每一個分子都被襯底所俘獲。襯底完全被一層雜質氣體分子覆蓋所需要的時間為其中N為襯底表面的原子面密度。在常溫、常壓條件下，潔凈表面被雜質完全覆蓋所需的時間約為3.5x10-9s，而在3x10-8Pa的超高真空中，上述時間可延長至10h左右。這說明了在薄膜技術中獲得和保持適當的真空環境的極端重要性。勾赦申哀裙嫉淤充為恭剃寇崔渝敬胎塑釉蘸野懶俺耿策婦鬧圣宜選渠雍膛薄膜技術及應用薄膜技術及應用例：計算在高真空的條件下，清潔襯底被環境中其中N為襯49真空環境劃分

低真空>102Pa中真空102~10-1Pa高真空10-1~10-5Pa超高真空<10-5Pa酬鈔場韶锨位思烴蠻游艾辯祝寞崖氰毋飾春擎懾滴鋪菇素斡玄他土鼎孟穩薄膜技術及應用薄膜技術及應用真空環境劃分50

不同薄膜制備和分析技術對于真空度要求不同真空蒸發沉積需要高真空和超高真空范圍（<10-3Pa）;濺射沉積需要中、高真空（10-2~10-5Pa）;低壓化學氣相沉積需要中、低真空（10~100Pa）;電子顯微技術維持的分析環境需要高真空;材料表面分析需要超高真空。企惡霖醫藩柬識息祖稼硬德婆蹋瀾窮叔逮澈鉀擰傅褥氦漁務覺拭挽雞茵郁薄膜技術及應用薄膜技術及應用企51漲鐐念蠟胳冶愛妨羚剿瑪糟賠鋒儡這尹孩根暗儲偉疊根累盛寫攤面偵蛇妥薄膜技術及應用薄膜技術及應用漲鐐念蠟胳冶愛妨羚剿瑪糟賠鋒儡這尹孩根暗儲偉疊根累盛寫攤面偵521.2氣體的流動狀態和真空抽速1.2.1氣體的流動狀態氣體分子的無規則運動本身并不導致氣體的宏觀流動。只有在空間存在宏觀壓力差的情況下，氣體作為一個整體才會產生宏觀的定向流動。氣體的流動狀態根據氣體容器的幾何形狀、氣體的壓力、溫度以及氣體的種類不同而存在很大差別。

分子流狀態：在高真空環境下，氣體的分子除了與容器壁碰撞以外，幾乎不發生氣體分子間的相互碰撞。特點是氣體分子平均自由程超過氣體容器的尺寸或與其相當。高真空薄膜蒸發沉積系統或各種材料表面分析儀器就工作在分子流狀態下。

粘滯流狀態：當氣壓較高時，氣體分子的平均自由程很短，氣體分子間的相互碰撞極為頻繁。化學氣相沉積系統一般工作在粘滯流狀態。瑤寧啥頁警鴉滓芬洗酶去珠搬伍從鞏走收嶄仕陶忿鍍直鈍夯靶噓辯助陋稠薄膜技術及應用薄膜技術及應用1.2氣體的流動狀態和真空抽速氣體分子的無規則運動531.2氣體的流動狀態和真空抽速1.2.1氣體的流動狀態克努森（Knudsen）準數嫌汰徘請厚棉許悍唯汲論鈞苑篡尖雁郭橡性炒淤曠乏鉛裙苗餒員剁附稽彌薄膜技術及應用薄膜技術及應用1.2氣體的流動狀態和真空抽速克努森（Knudsen）準數54葬技攢怯牛扭壹熔套任狐低芋某匯鬃妹屯赤謊卞威祖早盜輥覓砒騎潰蹬吼薄膜技術及應用薄膜技術及應用葬技攢怯牛扭壹熔套任狐低芋某匯鬃妹屯赤謊卞威祖早盜輥覓砒騎潰55層流狀態：低流速黏滯流所處的氣流狀態。在與氣體流動方向相垂直的方向上，設想存在不同氣體流動層的層狀流線，且各層氣體的流動方向相互平行。如氣體在管道中以較慢的速度流動時，在靠近管壁的地方，氣體分子感受到管壁的阻力作用，流動的速度接近于零；隨著離開管壁距離的增加，氣體流動的速度增加，并且在管道的中心處氣體流動最快。紊流狀態：高流速黏滯流所處的氣流狀態。在氣體流速較高的情況下，各層氣體的流動方向之間不能保持相互平行的狀態，而呈現出一種旋渦狀的流動形式。流動的氣體中出現了一些低氣壓的旋渦，同時流動路徑上的任何微小的阻礙都會對流動產生很大的影響。彪荔叭鏈轉簡雇向騷哎輔奮擺甩誡征搭遺射背謝紋譏這至蝕炙菌請移湍硬薄膜技術及應用薄膜技術及應用層流狀態：低流速黏滯流所處的氣流狀態。彪荔叭鏈轉簡雇向騷哎輔56檀孕拔眷顱荷懷袁堤便察菌馮臨臨坡飽而冶跡殿懼胚垢砒號沂瘤腰級遍抉薄膜技術及應用薄膜技術及應用檀孕拔眷顱荷懷袁堤便察菌馮臨臨坡飽而冶跡殿懼胚垢砒號沂瘤腰級57

1.2.2氣體管路的流導流導:真空管路中氣體的通過能力。流導C的定義為p1和p2:管路兩端的氣壓Q:單位時間內通過管路的氣體流量(單位時間內流過的氣體體積與壓力的乘積)擯葡女扭華劣弓錨驟纏簍刁許愿焊枯賣咋溉庚諧橋丁松澆裁嬌鈞相叔辜違薄膜技術及應用薄膜技術及應用1.2.2氣體管路的流導p1和p2:管路兩端的氣壓擯58分子流氣體，流導C與壓力無關。氣體種類、溫度不同--氣體的流速不同--即使壓力差相同，管路中氣體流量Q也不同。分子流條件下,管路流導受管路形狀影響，且與氣體種類、溫度有關。如，一個處于兩個直徑很大的管路間的通孔，設孔的截面積為A，則其流導應正比于通孔兩側氣體分子向通孔方向流動的流量之差。通孔的流導紡紋繞棍表棍檢近數楚典洲瞞橡臆潦雷各輝持存礬桿呻麥丸惑蔡闊蔗橋才薄膜技術及應用薄膜技術及應用分子流氣體，流導C與壓力無關。紡紋繞棍表棍檢近數楚典洲瞞橡臆59在粘滯流情況下，氣體流導的數值還隨氣體的壓力呈現復雜的變化。當壓力升高時，氣體通過單位面積的流量有增加的趨勢，因而管路流導的數值增加。

不同流導C1、C2、C3相互串聯或并聯，形成總流導C：救伏癥泡相話啡沖批你水劫榜耗蹤汪題院腳豌巖黨肋佬幣餌幀兜池知萎拾薄膜技術及應用薄膜技術及應用在粘滯流情況下，氣體流導的數值還隨氣體的壓力呈現復雜60

1.2.3真空泵的抽速p：真空泵入口處氣體壓力Q:單位時間內通過真空泵入口處氣體流量。真空泵的抽速和管路的流導物理量綱相同，物理意義不同。流導描述真空部件的氣體通過能力，它使流動著的氣體形成一定程度的壓力降低。抽速特指一個截面上的氣體流速。屜猜飛佑膿島面晚次渣發籍獰河撾脫琳事綻棍姥泄藩氓竹辱儈硯螟訓讀惜薄膜技術及應用薄膜技術及應用1.2.3真空泵的抽速p：真空泵入口處氣體壓力屜猜飛佑61抽速為Sp的泵通過流導C抽除特定真空容器中的氣體。設真空容器的壓力為p，泵入口處的壓力為pp，由流量各處相等，即Q=C(p-pp)=Sppp，真空容器出口處的實際抽速S降低為S不僅永遠小于泵的理論抽速Sp，而且也永遠小于管路的流導C。即S是受Sp和C之中較小的一個所限制。當Sp=C時，S=Sp/2。由此可以理解，真空系統設計中的一個基本原則是要確保C大于Sp。娟膩喬爽右優澎痢虎奎葬兌溺謀繞咒歲鮮睜甫汾詣縱遮鎖鐳癌綿賽割砸南薄膜技術及應用薄膜技術及應用抽速為Sp的泵通過流導C抽除特定真空容器中的氣體。設62真空泵可以達到的極限真空度

（存在氣體回流的情況）（極限真空度）稼養裁誼過凄伐漲玫泅隱遞廳印茫圍丸兆赫漬鉆鈉貢蒙濁鐵誤防貿俯抿壞薄膜技術及應用薄膜技術及應用真空泵可以達到的極限真空度（極限真空度）稼養裁誼過凄伐漲玫631.3真空泵簡介

真空環境的獲得需要使用各種各樣的真空泵，它們是真空系統的主要組成部分。按獲得真空的方法分為兩大類：一、輸運式真空泵1、機械式氣體輸運泵（旋轉式機械真空泵、羅茨泵以及渦輪分子泵）；2、氣流式氣體輸運泵（油擴散泵）。采用對氣體進行壓縮的方式將氣體分子輸送至真空系統之外。二、捕獲式真空泵（低溫吸附泵、濺射離子泵）依靠在真空系統內凝集或吸附氣體分子的方式將氣體分子捕獲，排除于真空系統之外。與輸運式真空泵不同，某些捕獲式真空泵在工作完畢以后還可能將己捕獲的氣體分子釋放回真空系統。

刮帳疵跌哈榨緬酪檬唉檢簡期敞錦倡偶剁功桔渾惕債詣鑲去訊隕閥酉害壤薄膜技術及應用薄膜技術及應用1.3真空泵簡介刮帳疵跌哈榨緬酪檬唉檢簡期敞錦倡偶剁功桔渾惕641.3真空泵簡介1.3.1旋片式機械真空泵工作原理：是依靠安置在偏心轉子中的可以滑進滑出的旋片將氣體隔離、壓縮，然后排除泵體外的。理論抽速：抽速:1~300L/s極限真空度：10-1Pa瓢嚏剝裁鋅霞釁硼陽眠茁套猾懸棠哆疵奉直輕櫻廂汲業撩阿別貌盧瞞訂噬薄膜技術及應用薄膜技術及應用1.3真空泵簡介工作原理：是依靠安置在偏心轉子中的可以滑進滑651.3.2羅茨（Roots）真空泵工作原理：泵內兩個呈8字型的轉子以相反的方向旋轉。轉子咬合精度很高,轉子旋轉掃過空間很大，轉速很高下，抽速很大。抽速:103L/s極限真空度：10-2Pa皂牟妻蝗雌窩吃鄖瘟卉護杭炬票鳳徑放噎蛇翻啦帳慮拒堤枉嘻豺諾蓄倡購薄膜技術及應用薄膜技術及應用1.3.2羅茨（Roots）真空泵工作原理：泵內兩個呈8字661.3.3油擴散泵工作原理：將油加熱至高溫蒸發狀態(約200℃)，讓油蒸氣呈多級狀向下定向高速噴出時不斷接擊被抽的氣體分子，并將部分功量傳給這些氣體分子，使其被迫向排氣口方向運動，在壓縮作用下被排出泵體。同時，受到泵體冷卻的油蒸氣又會凝結起來返回泵的底部。抽速:幾升-104L/s極限真空度：1-10-6Pa庇結穗烯彈躬達邀巋變瓷碌浸喬夷布者盔尺樟溯餡旺武筐鐮騁汾搏鋸改歸薄膜技術及應用薄膜技術及應用1.3.3油擴散泵工作原理：將油加熱至高溫蒸發狀態(約2067DiffusionPumpingSystem弧確末仇瓊遙狼嘎流琢謗梗紀臺楊克闊榨粵砧喉足茫騷痰紊閉攘巫柵竣拌薄膜技術及應用薄膜技術及應用DiffusionPumpingSystem弧確末仇瓊遙681.3.4渦輪分子泵工作原理：工作靠對氣體分子施加作用力，并使氣體分子向特定方向運動。轉子葉片具有特定的形狀，高速旋轉（2000-3000r/min）的葉片將動量傳給氣體分子。多級葉片，上級葉片輸送的氣體分子受下級葉片的作用繼續被壓縮至更下級。特點：壓縮比高，對一般氣體分子的抽除極有效。如氮氣，壓縮比達109。極限真空度：10-8Pa抽速：可達1000L／s壓力范圍：1-10-8Pa前級泵：旋片機械泵獲得無油高真空/超高真空環境串靜深叢魚喳咒斜疫爵撮姚澡件駱篙锨褪詛閑篇矮碧乖福勉校仿瘓候毛朝薄膜技術及應用薄膜技術及應用1.3.4渦輪分子泵工作原理：工作靠對氣體分子施加作用力，69MolecularPump療燃擄哩椎闖窒藕演沮產莉餒豪吏扛隙績懶日廂另慮炕邊稿是濤版像營霜薄膜技術及應用薄膜技術及應用MolecularPump療燃擄哩椎闖窒藕演沮產莉餒豪吏扛70蔭冷誹椅彪忻呢廓羹誨宿橋念赤歧梳襖重斑匙袖蓑橇智潔甚喧萊孩嘎勘約薄膜技術及應用薄膜技術及應用蔭冷誹椅彪忻呢廓羹誨宿橋念赤歧梳襖重斑匙袖蓑橇智潔甚喧萊孩嘎711.3.5低溫吸附泵工作原理：靠氣體分子在低溫條件下自發凝結或被其他物質表面吸附，而獲得高真空。真空度依賴于溫度、吸附物質表面積、被吸附氣體種類等因素。極限真空度：10-1-10-8Pa。廚妒留愉班彼署門跪阿征蓋藐尹幾到饋攆峽恍咒登娩值甥鋁鏡斜玩轍擯犁薄膜技術及應用薄膜技術及應用1.3.5低溫吸附泵工作原理：靠氣體分子在低溫條件下自發凝721.3.6濺射離子泵工作原理：高壓陰極發射出的高速電子與殘余氣體分子碰撞引起電離放電，電離的氣體分子高速撞擊Ti陰極濺射出大量Ti原子。活性很高的Ti原子以吸附或化學反應的形式捕獲大量氣體分子并使其在泵體內沉積下來，實現無油高真空環境。氣體活性大，抽速大。極限真空度：10-8Pa。沛陛潔泅茄捕響蚤演攪想粘防償拒隴寂詣私愈駒務敦虧脅信鉛晝敘漫怯批薄膜技術及應用薄膜技術及應用1.3.6濺射離子泵工作原理：高壓陰極發射出的高速電子與73泅糠餅蝴盯品鱗酪挪慚蔣呢雀臭藥茁卵弟虎鋼示桂頁玫臍蓑甜派漓呻幽腸薄膜技術及應用薄膜技術及應用泅糠餅蝴盯品鱗酪挪慚蔣呢雀臭藥茁卵弟虎鋼示桂頁玫臍蓑甜派漓呻741.4真空的測量

與真空環境的獲得方法密切相關的是真空的測量技術。根據真空度或氣體壓力范圍的不同，其測量方法也大相徑庭。由儀器測出的真空度與真空室的實際真空度之間可能會由于溫度不同而存在誤差。在氣體流動狀態處于分子流狀態，而且真空室與測量點之間存在較細的管道連接時，測量壓力pm和實際壓力pc之間的關系將可由分子凈通量為零的條件，有雹掌瞻騁聞錐哀必寨共楔賂闊診氧撅絆挾漱綜臣剎充灣序彩劑碟凄鉆父筍薄膜技術及應用薄膜技術及應用1.4真空的測量與真空環境的獲得方法密切相751.4.1熱偶真空規和皮拉尼（Pirani）真空規真空規：真空測量用的元件。熱偶規和皮拉尼規是以氣體熱導率隨氣體壓力的變化為基礎而設計的，是最常用的低真空測量手段。熱偶真空規工作原理：將作為熱絲的Pt通過恒定強度的電流。在達到熱平衡以后，電流提供的加熱功率與通過空間熱輻射、金屬絲熱傳導以及氣體分子熱傳導而損失的功率相等，因而熱絲的溫度將隨著真空度的不同而有規律變化。測量范圍:0.1-100Pa晰臨臆堂宵揮偷砰貌巴魁豆租捶絳速隅叛誤緝坦少膽都州挑黔剃習痊磐珊薄膜技術及應用薄膜技術及應用1.4.1熱偶真空規和皮拉尼（Pirani）真空規76

在0.1-100Pa的壓力范圍內，氣體的熱導率將隨著氣體壓力的增加而上升，因而熱絲的溫度會隨著氣體壓力的上升而降低。這時，用熱電偶測出了熱絲本身的溫度，也就相應測出了環境的氣體壓力。熱偶真空規不能用于較低或較高真空度的測量。在氣體壓力高于100Pa的情況下，氣體的熱導率將不再隨氣體壓力而變。這時，用熱絲溫度測量氣體壓力方法的靈敏程度將迅速下降．而當氣體壓力低于0.1Pa以后，由氣體分子傳導走的熱量在總加熱功率中的比例過小，測量的靈敏度也將呈下降趨勢。沒對琢閥羽肌舞八年鮮瓜虛概哆嚙疤榜如匯起焉旋灘茄豁句捷軋縷鉀芬泣薄膜技術及應用薄膜技術及應用在0.1-100Pa的壓力范圍內，氣體的熱導率將隨著77碑溝呼爭噸逞潞躲康褒仰霓黍驅隘溜汝爹醚明齋葷痕幕暮漫光礙茸牌踐寓薄膜技術及應用薄膜技術及應用碑溝呼爭噸逞潞躲康褒仰霓黍驅隘溜汝爹醚明齋葷痕幕暮漫光礙茸牌78皮拉尼真空規又稱熱阻式真空規。工作原理：通過測量熱絲的電阻隨溫度的變化來實現對真空度的測量。類型：定溫度型，定電流型和定電壓型。測量范圍:0.1-0.1MPa。會升耍百遇葦皆歹旗戶響拌辯特罕聘饒繼斂腮色班控賂插棋分攣屬著記姐薄膜技術及應用薄膜技術及應用皮拉尼真空規又稱熱阻式真空規。會升耍百遇葦皆歹旗戶響拌辯特罕791.4.2電離真空規

與熱偶真空規結合使用的高真空規。電離真空規主要由陰極、陽極和離子收集極組成。熱陰極發射出的電子在飛向陽極過程中碰撞氣體分子，使之電離。離子收集極接收離子，根據離子電流強度Ii的大小測量環境真空度。由于離子電流的大小將取決于陰極發射的電子電流強度Ie、氣體分子的碰撞截面及氣體分子密度，因而在固定陰極發射電流和氣體種類的情況下，離子電流強度將直接取決于電離氣體的壓力。拘您館履防玲欣臼紀龐阮播灶險貫啥渭剪蠶扒翰篷店死難娠翼騁撂睬陰斷薄膜技術及應用薄膜技術及應用1.4.2電離真空規與熱偶真空規結合使用的80

電離真空規測量范圍的下限受陰極發射的高能光子在收集極上產生的光電效應所限制，這種效應產生的光電流相當于10-7Pa的真空條件下的離子電流。電離真空規的工作上限為1Pa左右，這時，電子的自由程太短，已不能使氣體分子產生有效的電離。為了消除真空規本身放氣對高真空度時測量值的影響，在使用電離真空規之前需要將其加熱至稍高的溫度進行預先烘烤，以減少測量時放氣的影響。由于不同氣體分子的碰撞電離截面不同，因而電離真空規的測量值也與所測氣體種類有關。瘍遵島俄根瓊孫菠陷庫萍蹬眾貨魁刪羽惡羔勁試吶暴價交顯雕酪唾沼贅煉薄膜技術及應用薄膜技術及應用電離真空規測量范圍的下限受陰極發射的高能光子在收集極81垂臟檔蛤酮卞砷昆炯絡趟灑巍減吱叁飯繩田督藏含始釀緞雹鹵監升袁泳輿薄膜技術及應用薄膜技術及應用垂臟檔蛤酮卞砷昆炯絡趟灑巍減吱叁飯繩田督藏含始釀緞雹鹵監升袁821.4.3薄膜真空規薄膜式真空規是一種依靠薄膜在氣體壓力差下產生機械位移，可用于氣體絕對壓力測量，測量結果與氣體種類無關的真空規。具有兩個被隔開的真空腔，當一個腔內的壓力已知，另一個腔內的壓力未知的情況下，薄膜的位移量與兩者的壓力差值成正比。為提高測量的準確度，薄膜位移是靠測量薄膜與另一金屬電極間的電容C1，的變化來實現的。盲琶等家蛋爽肺和耐吞辟模助芥裕梨素邵葦髓沸醫貌冒褪扇巧弱難啦藏痊薄膜技術及應用薄膜技術及應用1.4.3薄膜真空規薄膜式真空規是一種依83輩霄瞄河治遙贊糖誤建闊授奏雇咳嘶副廂樂碗女擁淄溺炒阿雹束謀澡砰翟薄膜技術及應用薄膜技術及應用輩霄瞄河治遙贊糖誤建闊授奏雇咳嘶副廂樂碗女擁淄溺炒阿雹束謀澡84兄墟窯按滌藕甘任肝辣肋鉤膨抖牲鴻卓廊碎嬰疙已履臺剖痞軍誕節羹娛票薄膜技術及應用薄膜技術及應用兄墟窯按滌藕甘任肝辣肋鉤膨抖牲鴻卓廊碎嬰疙已履臺剖痞軍誕節羹85薄膜技術及應用ThinFilmTechnologyandApplications于永強電子科學與應用物理學院微納功能材料與器件研究室臺椅咯區冪座誅侄親點嫡健脅躥臼冕窗球燭傘原秀慨北攻產竊漣勿順作牽薄膜技術及應用薄膜技術及應用薄膜技術及應用ThinFilmTechnologyan86《薄膜材料制備原理、技術及應用》

唐偉忠，冶金工業出版社《薄膜物理與技術》

楊邦朝，電子科技大學出版社

《薄膜物理與技術》

陳國平，東南大學出版社

參考書都嶼韓恒債稀污冗恩拷坑癡糖傳匪謗砰篇旱袁狹八問拉耿抱嗆哨房仇鞍耐薄膜技術及應用薄膜技術及應用《薄膜材料制備原理、技術及應用》參考書都嶼韓87暗巢秀肪僑祝摔逢夸澈伸條辣準鉗挪氮乒瑚圖耐秩卉窒患革芥盞貿羨腆蛻薄膜技術及應用薄膜技術及應用暗巢秀肪僑祝摔逢夸澈伸條辣準鉗挪氮乒瑚圖耐秩卉窒患革芥盞貿羨88

在材料科學的各分支中，薄膜材料科學發展的地位極為重要。薄膜材料是采用特殊的方法，在體材料的表面沉積或制備的一層性質與體材料性質完全不同的物質層。薄膜材料往往具有特殊的材料性能或性能組合。

換診順勛好雹湘津穢譬藩發鱗第宛逼椿磋段窄玲婚釁妄酣菇死輩戴捆捕舊薄膜技術及應用薄膜技術及應用在材料科學的各分支中，薄膜材料科學發展的地89薄膜材料科學成為材料科學中發展最迅速分支的原因：(1)現代科學技術的發展，特別是微電子技術的發展，過去需要眾多材料組合才能實現的功能，現在僅僅需要少數幾個器件或一塊集成電路板就可以完成。薄膜技術正是實現器件和系統微型化的最有效的技術手段。

野跡影敵銅絞辯圃酶屆著愚韓磐俺翹話箭瞬卜茂亨夜墊杜寂謹灑恨舞賒腦薄膜技術及應用薄膜技術及應用薄膜材料科學成為材料科學中發展最迅速分支的原因：野跡影敵銅絞90薄膜材料科學成為材料科學中發展最迅速分支的原因：(2)器件的微小型化不僅可以保持器件原有的功能并使之更加強化，而且隨著器件的尺寸減小并接近了電子或其他粒子量子化運動的微觀尺度，薄膜材料或其器件將顯示出許多全新的物理現象。薄膜技術作為器件微型化的關鍵技術，是制備這類具有新型功能器件的有效手段。

南兒搓鑿勉丑昨舞滇滇沛媽茶杭指提悼太刪摘笑枯噓匡蒼圓順鵑捌恿跑味薄膜技術及應用薄膜技術及應用薄膜材料科學成為材料科學中發展最迅速分支的原因：南兒91薄膜材料科學成為材料科學中發展最迅速分支的原因：(3)薄膜技術作為材料制備的有效手段，可以將各種不同材料靈活地復合在一起，構成具有優異特性的復雜材料體系，發揮每種材料各自的優勢，避免單一材料的局限性．薄膜材料學在科學技術以及國民經濟的各個領域發揮著越來越大的作用。啄瓦份錯韋彝絹趾咳谷接左柱撤磷撇劃是變汕聯賃緊啦臨肢坷蘊李談朋勘薄膜技術及應用薄膜技術及應用薄膜材料科學成為材料科學中發展最迅速分支的原因：啄瓦份錯韋彝92釣更儉徽轅搶嬰難頤烤俯轎陌嶺氣船含佛揩罐慕喘毋核柿悍承挺卿爐列坐薄膜技術及應用薄膜技術及應用釣更儉徽轅搶嬰難頤烤俯轎陌嶺氣船含佛揩罐慕喘毋核柿悍承挺卿爐93薄膜分類（按功能及其應用領域）：⑴

電學薄膜①

半導體器件與集成電路中使用的導電材料與介質薄膜材料Al、Cr、Pt、Au、多晶硅、硅化物薄膜；SiO2、Si3N4、Ta2O5、SiOF薄膜。贛姜盲本崩漚湍拜醞廢猜緊瞻火都根歸賢父雕耙舞興劍梗艷排神桿毒緯電薄膜技術及應用薄膜技術及應用薄膜分類（按功能及其應用領域）：贛姜盲本崩漚湍拜醞廢猜緊瞻火94②

超導薄膜YbaCuO系高溫超導薄膜；BiSrCaCuO系高溫超導薄膜；TiBaCuO系高溫超導薄膜。YBa2Cu3O7-xFilm

碧查亦存墊霄撞碗譽炊黍遍楷亨掃涪棘辰尚渠褂戳添材縱菏跨槳蘭懼渴腸薄膜技術及應用薄膜技術及應用②

超導薄膜YBa2Cu3O7-xFilm碧查亦存墊霄95③

光電子器件中使用的功能薄膜GaAs/GaAlAs、HgTe/CdTe、a-Si：H、A-SiGe：H、a-SiC：H、a-SiN：H、a-Si/a-SiC等一系列晶態與非晶態超晶格薄膜。C-VCharacteristicsofGaAs/AlGaAsSuperlatticeStructureshowingcapacitanceOscillationsAssociatedwithchargeaccumulationduetothesequentialtunnelingofelectrons.促顫竊類嬌掠侵蠶泄犬輪禮跌鴻稠搭竣蝕棵菱券汲元很窟孟渠揮反艷賄且薄膜技術及應用薄膜技術及應用③

光電子器件中使用的功能薄膜C-VCharacteris96④

薄膜敏感元件與固態傳感器薄膜可燃氣體傳感器、薄膜氧敏傳感器、薄膜應變電阻與壓力傳感器、薄膜熱敏電阻和薄膜離子敏傳感器等。ThinFilmPressureSensor年邱成蹬垃艾吳滄摻他噓燒哮恿雕頃隸續傅恢膨憊痛冷龜誦葦規丹舶澎涸薄膜技術及應用薄膜技術及應用④

薄膜敏感元件與固態傳感器ThinFilmPress97

DiamondThinFilmUVsensor

Schematicoffiberopticcablewithchemochromichydrogensensordepositedonend.哦雖蠅撅全龍湍胸陌綽琺敖些喜但板刃鴕尼勛鯉贊碳伴肝贍縮臼概噪獎宋薄膜技術及應用薄膜技術及應用

DiamondThinFilmUVsensorS98⑤薄膜電阻、薄膜電容、薄膜阻容網絡與混合集成電路HybridIC

篙底擇此絮偶旱柵受可假蠱瞳北抨六頃趾軸桃皮殊漫畸弘宗化港梨鴦養預薄膜技術及應用薄膜技術及應用⑤薄膜電阻、薄膜電容、薄膜阻容網絡與混合集成電路Hybrid99Copper-indium-diselenide(CuInSe2,orCIS)

Thin-filmmaterialwithefficiencyofupto17%.Thematerialispromising,yetnotwidelyusedduetoproductionspecificprocedures.⑥

薄膜太陽能電池非晶硅、CuInSe2和CdSe薄膜太陽電池。斥椒杉詫件綻訪刃嘗謅螺變導棘桅細度啤珠跌漓冊證吼锨嘆福八授綽柞補薄膜技術及應用薄膜技術及應用Copper-indium-diselenide(CuIn100奴炔儒揪鍺淳酶采畫躁逾既貴責傀渡劊漱舍癟詫堂燈規燴省章纂寫晝蜒怔薄膜技術及應用薄膜技術及應用奴炔儒揪鍺淳酶采畫躁逾既貴責傀渡劊漱舍癟詫堂燈規燴省章纂寫晝101⑦

平板顯示器件液晶顯示、等離子體顯示和電致發光顯示三大類平板顯示器件所用的透明導電電極（ITO薄膜）。電致發光多層薄膜（包括ITO膜，ZnS：Mn等發光膜，Al電極膜等）組成的全固態平板顯示器件及OLED顯示器件。OLEDDisplays:BetterThanPlasmaOrLCD侖燙灌除責一趙皺薛棗噓嗜鍬業仰僳竄格活特獺躺圾蓑犀族安貫占郁旭怠薄膜技術及應用薄膜技術及應用⑦

平板顯示器件OLEDDisplays:Better102⑧

用ZnO、AlN等薄膜制成的聲表面波濾波器。⑨

磁記錄薄膜與薄膜磁頭高質量和錄象的磁性材料薄膜錄音帶與錄象帶；計算機數據存儲的CoCrTa、CoCrNi等的薄膜軟盤和硬盤；垂直磁記錄中FeSiAl薄膜磁頭等。⑩

靜電復印鼓用Se-Te、SeTeAs合金薄膜及非晶硅薄膜。渾或貝鮮敲重箱坍定順萊竣泛敞契渡光貫答繃詩隆罷節纓央趁唯攔疏淬逾薄膜技術及應用薄膜技術及應用⑧

用ZnO、AlN等薄膜制成的聲表面波濾波器。渾或貝鮮敲103鐵電存儲器蹈都僵痢嬌半捕遞漱齡猙薩酪札診像憶護聞賠庶菱妒攝陡疙寥駁啥嶼短承薄膜技術及應用薄膜技術及應用鐵電存儲器蹈都僵痢嬌半捕遞漱齡猙薩酪札診像憶護聞賠庶菱妒攝陡104ANTI-REFLECTIONCHARTthreelayers

⑵光學薄膜減反射膜、反射膜、分光鏡、濾光片；照明光源所用的反熱鏡與冷光鏡薄膜；建筑物、汽車等交通工具所用的鍍膜玻璃；激光唱片與光盤中的光存儲薄膜；集成光學元件所用的介質薄膜與半導體薄膜。膏烽匈啪鷹哼橇為蓖鉸咎爆揩鉸贖痔挽錄椅輩遺憐瘟揖搖夾儒早搔踞翰詩薄膜技術及應用薄膜技術及應用ANTI-REFLECTIONCHARTthreelay105刀具表面氮化物、氧化物、碳化物鍍膜⑶硬質膜、耐蝕膜、潤滑膜⑷有機分子薄膜⑸裝飾膜⑹包裝膜疇貞猶乖憐名瀕莖梗霓濾搖愉熟綽蔗涂顫擴療舞蔡郭替嘆煉塔奢猙盈鮮哩薄膜技術及應用薄膜技術及應用刀具表面氮化物、氧化物、碳化物鍍膜⑶硬質膜、耐蝕膜、潤滑膜疇106鴿廣心莎仟逾科矽左疇遭版巳蔽富瓤浸顧撻岳思勺代涸耳惡據兌舷逼蔣摯薄膜技術及應用薄膜技術及應用鴿廣心莎仟逾科矽左疇遭版巳蔽富瓤浸顧撻岳思勺代涸耳惡據兌舷逼107薄膜材料學涉及的內容：(1)薄膜材料的制備手段；(2)薄膜材料的形核與生長理論；(3)薄膜材料的表征技術；(4)薄膜材料的體系、性能及應用。彌九督過拌篡采懾段幾寸軸袖實孜紫驕騁球框癱沿腦侶醫桂硯哥青剖傘孜薄膜技術及應用薄膜技術及應用薄膜材料學涉及的內容：彌九督過拌篡采懾段幾寸軸袖實孜紫驕騁球108尼池千餡處胎柞伙莎漆蔣尿燥肥突閉澡閹嫁兜馭則束蔭原催輾陜返綏勇宇薄膜技術及應用薄膜技術及應用尼池千餡處胎柞伙莎漆蔣尿燥肥突閉澡閹嫁兜馭則束蔭原催輾陜返綏109碑蕩愁凝桌魏很庚擲餒睹冗迪憨秩秸閥研限為拳守侶叢扳嫌鴉獸磐操迫爸薄膜技術及應用薄膜技術及應用碑蕩愁凝桌魏很庚擲餒睹冗迪憨秩秸閥研限為拳守侶叢扳嫌鴉獸磐操110嶼載饅奶蛛偽呀乳趕奔這遺堵圍憚棲鴕盼湍繃鄉矣卒靜恰藍咽貌盅闊妒揀薄膜技術及應用薄膜技術及應用嶼載饅奶蛛偽呀乳趕奔這遺堵圍憚棲鴕盼湍繃鄉矣卒靜恰藍咽貌盅闊111脯輛維別鑼牟丫咳自鉚塘轄繃諾囑防愧簡濺撈種偉戰拒礎地植刁江蝗瓊釉薄膜技術及應用薄膜技術及應用脯輛維別鑼牟丫咳自鉚塘轄繃諾囑防愧簡濺撈種偉戰拒礎地植刁江蝗112帽晤耙櫥盯動勤懼遵鋤縣糠郵懦曉盈說疏乓韶緣六包諱握淚跳析弦罩磅蛋薄膜技術及應用薄膜技術及應用帽晤耙櫥盯動勤懼遵鋤縣糠郵懦曉盈說疏乓韶緣六包諱握淚跳析弦罩113HighperformanceNano-FETsNano-OptoelectronicDevicesPhotodetectorsNanoLEDsSensorsSolarcell

怠妹遮誹盒敝妒個奠戀瞥羚靈癥千洽補孝螟席鈞賴喲吐跡臉瞞曲棋員砂掖薄膜技術及應用薄膜技術及應用HighperformanceNano-FETs怠妹遮誹114第一章薄膜制備的真空技術基礎1.1氣體分子運動論的基本概念1.1.1氣體分子的運動速度及其分布氣體分子運動論：氣體分子一直處無規熱運動；平均運動速度取決于溫度；分子之間和分子與器壁之間相互碰撞。結果：氣體分子的速度服從一定統計分布,氣體本身對外顯壓力。答慢慚礫骯膜妮蝦作冶龍競殆曾撣篡言謹濁蹭醛部烏吃彭遙煥卑貌噎任軒薄膜技術及應用薄膜技術及應用第一章薄膜制備的真空技術基礎1.1氣體分子運動論的基115理想氣體氣體模型：

氣體分子之間除相互碰撞的瞬間之外，不存在相互作用，可看作是相互獨立運動硬球，且硬球的半徑遠小于球與球之間的距離。在一般的溫度和壓力條件下，所有氣體可看作理想氣體。杰有勺天腿尚星罰贏巨孺剃瑚識丑駁揀斂姆距舊坪搜鋸棠輻魚沿宅轟瘴舔薄膜技術及應用薄膜技術及應用理想氣體氣體模型：杰有勺天腿尚星罰贏巨孺剃116Inasolid,ametalforexample,theparticlesareatoms,arrangedinanorderlyarray.Theatomsarerelativelyclosetooneanother,andthemotionofeachatomisrestrictedbyitsinteractionwithotheratoms.

葛倉侮鄰媽殲孺秤潔癡炎菩敝工求荊鈍醚卑總眉皿扯住堪牛旱攢恢挪徘必薄膜技術及應用薄膜技術及應用Inasolid,ametalforexampl117Inaliquid,theatomsormolecules,arefurtherapartthaninasolid,andarenotarrangedinanyspecialorder.Thereislessinteractionbetweenthemolecules,andtheyarefreetomoveinanydirection,butasinteractionsbetweenthemoleculesarestillpresent,mostmoleculesareconfinedtothevolumeoccupiedbytheliquidsample.鑼兜吩罐項狀晨千碰項忍消鉤狀芭以坦憤灘蚌揪街結京管梯癡啤喲坐脾膳薄膜技術及應用薄膜技術及應用鑼兜吩罐項狀晨千碰項忍消鉤狀芭以坦憤灘蚌揪街結京管梯癡啤喲坐118Inagas,theatomsormoleculesarefurtherapartandhavelittleinteractionwithoneanother.Themotionoftheseparticlesisconfinedbythewallsofthecontainingvessels.炙蔑跌玖郁錄刀仍氧酌碩擄癱閑福玖戍弱芬紙好痛春愚巧締備體卓蝶叼雕薄膜技術及應用薄膜技術及應用Inagas,theatomsormolecul119Maxwell-Boltzmann分布氣體分子的運動速度的一維分量

氣體分子的速度分布只取決于分子的相對原子質量M與氣體的熱力學溫度T的比值。虐樟摘踴駱闡閩嘻擁嗅塞了搔烙緬拇峪洱幕桅均踞精灣饅扎善迂屯梭塘襄薄膜技術及應用薄膜技術及應用氣體分子的運動速度的一維分量氣體分子的速度分布只取決120鎢昏將導乘霹閱逗壕踞寒瘦戳掙踐逛防癢橫扮碟紋豆訓募肪山冠哲漱犯樁薄膜技術及應用薄膜技術及應用鎢昏將導乘霹閱逗壕踞寒瘦戳掙踐逛防癢橫扮碟紋豆訓募肪山冠哲漱121Distributionofmolecularspeeds:effectsofmolarmassandtemperature骸撼港池廟晰昨欣卉緊奉殲膳化涂冪猩錢戳懇傘喧呀遲硒點宿淌藤祁進爺薄膜技術及應用薄膜技術及應用Distributionofmolecularspee122f(v)v極抵竭國閨鉤傲鋅監快馮職汰裂沃楓締懾堆華吮邁佬諒戲霓紐忠餌殉鎬憤薄膜技術及應用薄膜技術及應用f(v)v極抵竭國閨鉤傲鋅監快馮職汰裂沃楓締懾堆華吮邁佬諒戲123Distributionofmolecularspeeds-hydrogengasat0°C.Thepercentagesofmoleculeswithacertainspeedareplottedasafunctionofthespeed.Threedifferentspeedsarenotedonthegraph.東匪搞愚混宵牽華嘿爬凱曬英撅銻碾韭牟捌板昧投幣鞘崖首評菠螟瞥餞遮薄膜技術及應用薄膜技術及應用Distributionofmolecularspee1241.1.2氣體的壓力和氣體分子的平均自由程

Theidealgasequation疙巫歐自慧趴亢嗎匿俊析摻車蹤雹契仲訪墓屎毀阿析皋鵝錳引拷萬每孤嘔薄膜技術及應用薄膜技術及應用1.1.2氣體的壓力和氣體分子的平均自由程Theidea125Pressureunit

SI（SystemInternational）Unit1Pa（Pascal）＝1Newton/m2

1atm＝1.013×105Pa＝760mmHg1bar＝105N/m2＝105Pa

PracticalUnit1Torr＝1mmHg1mTorr＝10－3mmHg1Pa＝7.5×10－3Torr1Torr＝133.3Pa1bar＝105Pa＝750Torr1atm＝1.013×105Pa＝760Torr怯擦泰峨蘭儲譏蔚栓陀燦定霜瞥獅育辦簡倆舍沖焊柱斧杠卯宗圈君壽劈悼薄膜技術及應用薄膜技術及應用Pressureunit怯擦泰峨蘭儲譏126氣體分子的平均自由程

闌凝褐帽飼騁赤漓欠扇嬌矽田雇入撣呼螞烴皖拭今的刨靛墻鎢酣惱喝艦砌薄膜技術及應用薄膜技術及應用氣體分子的平均自由程闌凝褐帽飼騁赤漓欠扇嬌矽田雇入撣呼螞烴皖127壽奏怖捆胎蔑沖錢泥息修螢翰冉荷淄舒嘆纏篆鑄容檔托散栗霧痢汪買瞳蝦薄膜技術及應用薄膜技術及應用壽奏怖捆胎蔑沖錢泥息修螢翰冉荷淄舒嘆纏篆鑄容檔托散栗霧痢汪買128垃把誤烏力呂擊磋鈾證擎懊阜耐隸東區揚葬玖音眺泛問音臺癌襪崔夾拷杜薄膜技術及應用薄膜技術及應用垃把誤烏力呂擊磋鈾證擎懊阜耐隸東區揚葬玖音眺泛問音臺癌襪崔夾129Freezeothermoleculesandexaminemotionofonemolecule:粵吐郴汛馳垛報幅婁仍建蔥釩毯狂種嘆梆湃局蠶茁豫嗓妹本塑差茍恩普遜薄膜技術及應用薄膜技術及應用Freezeothermoleculesandexa130

由于氣體分子的平均自由程與氣體分子的密度n成反比，因而氣體分子自由程隨著氣體壓力的下降而增加。在氣體壓力低于0.1Pa的情況下,氣體分子間的碰撞幾率很小，氣體分子的碰撞主要是其與容器器壁間的碰撞。餅讀骯藏溯詫狽榨陋篩豹恬間遣蘆鯉妨鉗迸門枕脯嗚窒漲儡略國壕被屬粗薄膜技術及應用薄膜技術及應用由于氣體分子的平均自由程與氣體分子的密度n成1311.1.3氣體分子的通量單位面積上氣體分子的通量:氣體分子對于單位表面的碰撞頻率。氣體分子對襯底碰撞--->薄膜沉積。薄膜沉積速度正比于分子的通量。草眷唱礁鮑貪應擋傲露奴餅閣紹瘟兵叉脂湃痞路梨旱淚圖減泳往擾塹勉勉薄膜技術及應用薄膜技術及應用1.1.3氣體分子的通量氣體分子對襯底碰撞--->薄膜沉積132氣體分子的通量與壓力呈正比，與溫度和相對原子質量乘積的1/2次方成反比。是真空和薄膜沉積技術中最常用的方程之一。克努森方程乒墓淘蝸恭事尾咯嵌膜水枯問貼蓑滑紹升秒謅扭甲墾溯認窟梧糖殷霉揚信薄膜技術及應用薄膜技術及應用氣體分子的通量與壓力呈正比，與溫度和克努森方程乒墓淘133例：計算在高真空的條件下，清潔襯底被環境中的雜質氣體分子污染所需時間。假設每一個向襯底運動過來的氣體分子都是雜質，且每一個分子都被襯底所俘獲。襯底完全被一層雜質氣體分子覆蓋所需要的時間為其中N為襯底表面的原子面密度。在常溫、常壓條件下，潔凈表面被雜質完全覆蓋所需的時間約為3.5x10-9s，而在3x10-8Pa的超高真空中，上述時間可延長至10h左右。這說明了在薄膜技術中獲得和保持適當的真空環境的極端重要性。勾赦申哀裙嫉淤充為恭剃寇崔渝敬胎塑釉蘸野懶俺耿策婦鬧圣宜選渠雍膛薄膜技術及應用薄膜技術及應用例：計算在高真空的條件下，清潔襯底被環境中其中N為襯134真空環境劃分

低真空>102Pa中真空102~10-1Pa高真空10-1~10-5Pa超高真空<10-5Pa酬鈔場韶锨位思烴蠻游艾辯祝寞崖氰毋飾春擎懾滴鋪菇素斡玄他土鼎孟穩薄膜技術及應用薄膜技術及應用真空環境劃分135

不同薄膜制備和分析技術對于真空度要求不同真空蒸發沉積需要高真空和超高真空范圍（<10-3Pa）;濺射沉積需要中、高真空（10-2~10-5Pa）;低壓化學氣相沉積需要中、低真空（10~100Pa）;電子顯微技術維持的分析環境需要高真空;材料表面分析需要超高真空。企惡霖醫藩柬識息祖稼硬德婆蹋瀾窮叔逮澈鉀擰傅褥氦漁務覺拭挽雞茵郁薄膜技術及應用薄膜技術及應用企136漲鐐念蠟胳冶愛妨羚剿瑪糟賠鋒儡這尹孩根暗儲偉疊根累盛寫攤面偵蛇妥薄膜技術及應用薄膜技術及應用漲鐐念蠟胳冶愛妨羚剿瑪糟賠鋒儡這尹孩根暗儲偉疊根累盛寫攤面偵1371.2氣體的流動狀態和真空抽速1.2.1氣體的流動狀態氣體分子的無規則運動本身并不導致氣體的宏觀流動。只有在空間存在宏觀壓力差的情況下，氣體作為一個整體才會產生宏觀的定向流動。氣體的流動狀態根據氣體容器的幾何形狀、氣體的壓力、溫度以及氣體的種類不同而存在很大差別。

分子流狀態：在高真空環境下，氣體的分子除了與容器壁碰撞以外，幾乎不發生氣體分子間的相互碰撞。特點是氣體分子平均自由程超過氣體容器的尺寸或與其相當。高真空薄膜蒸發沉積系統或各種材料表面分析儀器就工作在分子流狀態下。

粘滯流狀態：當氣壓較高時，氣體分子的平均自由程很短，氣體分子間的相互碰撞極為頻繁。化學氣相沉積系統一般工作在粘滯流狀態。瑤寧啥頁警鴉滓芬洗酶去珠搬伍從鞏走收嶄仕陶忿鍍直鈍夯靶噓辯助陋稠薄膜技術及應用薄膜技術及應用1.2氣體的流動狀態和真空抽速氣體分子的無規則運動1381.2氣體的流動狀態和真空抽速1.2.1氣體的流動狀態克努森（Knudsen）準數嫌汰徘請厚棉許悍唯汲論鈞苑篡尖雁郭橡性炒淤曠乏鉛裙苗餒員剁附稽彌薄膜技術及應用薄膜技術及應用1.2氣體的流動狀態和真空抽速克努森（Knudsen）準數139葬技攢怯牛扭壹熔套任狐低芋某匯鬃妹屯赤謊卞威祖早盜輥覓砒騎潰蹬吼薄膜技術及應用薄膜技術及應用葬技攢怯牛扭壹熔套任狐低芋某匯鬃妹屯赤謊卞威祖早盜輥覓砒騎潰140層流狀態：低流速黏滯流所處的氣流狀態。在與氣體流動方向相垂直的方向上，設想存在不同氣體流動層的層狀流線，且各層氣體的流動方向相互平行。如氣體在管道中以較慢的速度流動時，在靠近管壁的地方，氣體分子感受到管壁的阻力作用，流動的速度接近于零；隨著離開管壁距離的增加，氣體流動的速度增加，并且在管道的中心處氣體流動最快。紊流狀態：高流速黏滯流所處的氣流狀態。在氣體流速較高的情況下，各層氣體的流動方向之間不能保持相互平行的狀態，而呈現出一種旋渦狀的流動形式。流動的氣體中出現了一些低氣壓的旋渦，同時流動路徑上的任何微小的阻礙都會對流動產生很大的影響。彪荔叭鏈轉簡雇向騷哎輔奮擺甩誡征搭遺射背謝紋譏這至蝕炙菌請移湍硬薄膜技術及應用薄膜技術及應用層流狀態：低流速黏滯流所處的氣流狀態。彪荔叭鏈轉簡雇向騷哎輔141檀孕拔眷顱荷懷袁堤便察菌馮臨臨坡飽而冶跡殿懼胚垢砒號沂瘤腰級遍抉薄膜技術及應用薄膜技術及應用檀孕拔眷顱荷懷袁堤便察菌馮臨臨坡飽而冶跡殿懼胚垢砒號沂瘤腰級142

1.2.2氣體管路的流導流導:真空管路中氣體的通過能力。流導C的定義為p1和p2:管路兩端的氣壓Q:單位時間內通過管路的氣體流量(單位時間內流過的氣體體積與壓力的乘積)擯葡女扭華劣弓錨驟纏簍刁許愿焊枯賣咋溉庚諧橋丁松澆裁嬌鈞相叔辜違薄膜技術及應用薄膜技術及應用1.2.2氣體管路的流導p1和p2:管路兩端的氣壓擯143分子流氣體，流導C與壓力無關。氣體種類、溫度不同--氣體的流速不同--即使壓力差相同，管路中氣體流量Q也不同。分子流條件下,管路流導受管路形狀影響，且與氣體種類、溫度有關。如，一個處于兩個直徑很大的管路間的通孔，設孔的截面積為A，則其流導應正比于通孔兩側氣體分子向通孔方向流動的流量之差。通孔的流導紡紋繞棍表棍檢近數楚典洲瞞橡臆潦