中科院讲义-薄膜物理PPT文件格式下载.pptx

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第六章薄膜化合物形成中的动力学过程固溶体中的互扩散，形成金属化合物的互扩散，界面反应，薄膜化合物形成中的相转变。

主要内容第七章量子结构中的电子态量子阱，量子线，量子点，量子阱之间的耦合，超晶格，量子结构中的激子。

第八章薄膜电输运性质-经典情况、量子异质结构薄膜输运中的尺寸效应，量子结构中的电子散射、界面散射，无序体系的渝渗理论第九章薄膜光学性质光学常数及色散关系，薄膜反射与透射，椭偏光度法.几个专题要求和考试预修课程：

量子力学、固体物理作业：

45次期中考试：

1次读书报告考试方式：

闭卷课件复印和拷贝：

总成绩的30%第一章薄膜科学发展概况目录1.薄膜材料应用的广泛性2.以Si为基的微电子学的发展3.以III-V化合物为主的光电子学的发展4.大面积电子学中的薄膜太阳电池5.薄膜制备工艺的发展6.薄膜制备方法简述第一章薄膜科学发展概况1.薄膜材料的广泛应用MOSCMOSNMOSPMOSIC中最基本的器件（48道工艺）TFTs-液晶显示薄膜太阳电池15层的InGaP/GaAs叠层电池，效率30%非晶硅、多晶硅等光学薄膜光发射膜、滤光膜等有机膜薄膜科学技术薄膜材料、器件第一章薄膜科学发展概况2.以Si为基微电子学的发展Si纯度最高机械性能稳定，热稳定，热导率较高含量丰富芯片生产线国内：

0.25m，8英寸，无锡、上海浦东、北京,0.13m国际：

0.13m,0.09（0.1）m,22.5kGHz0.07m摩尔定律，0.7因子第一章薄膜科学发展概况2.以Si为基微电子学的发展尺寸的缩小，集成度的提高薄膜工艺的发展特征尺寸0.1m体材料，经典物理Boltzman输运方程10%S-W效应，阻止了大的户外电池组件的发展，解决办法：

过渡区微晶硅973项目稳定效率7-8%（20X20cm）（11.2%）第一章薄膜科学发展概况4.薄膜太阳电池非晶硅叠层的a-Si:

H太阳电池玻璃SiO2SnO2PinpinZnO背电极透明导电膜pin背电极P-i-n结构非晶硅太阳电池第一章薄膜科学发展概况4.薄膜太阳电池化合物半导体电池III-V化合物晶体电池经验分析，使电池效率高的最佳半导体带隙1.4eV左右GaAs:

1.45eVSi:

1.1eV1967年第一个GaAs电池9%70年代20%80年代（MOCVD）25%90年代叠层电池30%最有希望的下一代空间电池薄膜单晶材料，价格昂贵，晶粒间界电活性高，多晶薄膜电池失败；

第一章薄膜科学发展概况衬底P-GaAsP-AlGaAsP-GaAsn-GaAsn+GaAsP+-GaAsn+GaAsn-GaInPn-GaAsP-GaAsP-GaInPP-AlGaInP4.薄膜太阳电池III-V化合物n-AlInPn-GaInPP-GaInP衬底GaAs空间电池叠层的III-V化合物空间电池第一章薄膜科学发展概况4.薄膜太阳电池多晶薄膜化合物半导体电池CdTe，CuInSe863项目，中试线第一章薄膜科学发展概况5.薄膜制备工艺的发展1960-1970MBEUTLF（Ultra-thin-layerfabrication）Superlattice电子束x-ray光刻1980-1990MOCVDMOMBEALAF（Atomiclayeraccuracyfabrication）dopingControlledStrainedLayers应变超晶格STMAFM光刻Nano第一章薄膜科学发展概况薄膜技术的发展-器件（新物理效应新器件）OE光电子ME微电子大面积电子学深入研究薄膜沉积机理、生长模式、物理性质第一章薄膜科学发展概况磁场中电子回旋半径rc薄膜厚度dDeBroglie波长四个尺寸参量：

载流子平均自由程l难以用统一的输运理论来描述以上参数的不同关系的情况。

分几种情况来讨论体材料：

rll忽略载流子与样品边界的作用，体内散射为主。

dl界面散射需考虑。

r磁场量子化l电导的能带理论不符合，低迁移率量子理论，介观物理d载流子运动的量子尺寸效应经典量子第一章薄膜科学发展概况6.薄膜制备方法分为气相、液相、固相三种，以气相沉积为主。

气相物理沉积（PVD）：

只发生物理过程。

真空蒸发：

常用的物理气相沉积方法。

热蒸发常规的真空蒸发电子束蒸发激光束熔蒸：

激光脉冲熔蒸靶材中原子或分子到衬底，生长外延的氧化物单晶薄膜热壁生长、离子团束生长溅射：

溅射RF磁控溅射DC磁控溅射离子束溅射反应溅射，活性气体，生长化合物薄膜。

分子束外延：

MBE，超高真空，缓慢蒸发过程，多蒸发源，生长外延的单晶薄膜。

（ALE,MLE）第一章薄膜科学发展概况气相化学沉积（CVD）CVD热解（SiH4）H2还原（SiCl4）（900-20000C）PECVD,LCVD,HWCVD（降低了温度）MOCVD：

金属有机化学气相沉积（ALE,MLE）CBE（ChemicalBeamEpitaxy）液相液相外延生长（LPE）有机L-B法生长（Langmuir-Blodgett）单分子层化学溶液涂层法（电镀、化学镀）固相固相外延生长无媒介有媒介第一章薄膜科学发展概况具体介绍几种制备方法真空蒸发热蒸发分子束外延MBE热壁生长离子团束生长脉冲激光束熔蒸：

PulseLaserAblationPLD溅射磁控溅射离子束溅射化学气相沉积液相外延生长有机L-B膜生长第一章薄膜科学发展概况真空蒸发热蒸发高真空镀膜机，试料由电阻加热丝或舟蒸发。

蒸发出的原子是自由、无碰撞的，沉积速度快。

理想气体，气体分子运动论：

PV=RT（1mol）,每单位时间沉积在单位表面上的原子数：

由PJ10-4Pa，Troom平均自由程500cm，远超过蒸发源到衬底距离4J1n8kTmJP/2mkT容易根据蒸发原料的质量、蒸发时间、衬底与蒸发源的距离、衬底的倾角、材料的密度等计算薄膜的厚度。

常用元素有蒸发和溅射数据表可参考。

蒸发温度（k）、蒸发源Al1273Ta,WCr1478WAg1320Ta,W,Mo第一章薄膜科学发展概况通常得不到好的薄膜，得不到单晶，有些元素容易和加热丝形成合金.合金蒸发分馏现象，不易得到成分均匀的薄膜考虑A,B两种材料组成的靶（源）合金:

合金原子百分比：

CA：

CB不同蒸气压：

PA;

PB气化热（蒸发热）：

HA;

HBRTHH相同温度下，蒸气压不同：

PA/PBexp（AB）纯元素合金中：

简单认为P=CPP=CPAAABBBBABAAABJ/JmRTmBexp（HAHB）（C/C）K（C/C）JP/2mkT根据原子百分比、原子质量、气化热对沉积的A，B原子数之比有影响。

K分馏系数：

主要受原子质量和气化热的影响。

质量愈大，气化热愈大，愈不容易蒸发。

第一章薄膜科学发展概况蒸发出的A,B原子数之比随靶剩余量的变化曲线：

K=1,2,5,10,100解决分馏，获得均匀合金薄膜的方法少量源，很快蒸发完闪蒸发，连续投料装置进行瞬时蒸发，可以使膜的成分均匀并和源成分相同。

激光熔蒸（脉冲），实现同组分淀积。

分馏系数大的合金，蒸发薄膜的含量很不均匀。

1n/n010010521dZA/dZB0蒸发时间n0-初始靶中的总原子数n-剩余原子数第一章薄膜科学发展概况分子束外延MBE组分的控制10-8Pa超高真空，0.11nm/s慢沉积速率蒸发单晶衬底外延生长多个蒸发源，分别控制蒸发率组分薄膜厚度监测表面结构分析主要生长异质结化合物半导体薄膜晶格常数的错配度小于10%第一章薄膜科学发展概况分子束外延MBE组分的控制光电倍增管记录仪过程控制计算机AlGaAs衬底档板束源档板液氮冷屏源光纤X-Y调节RHEED荧光屏离子规加热器衬底RHEED电子枪透镜第一章薄膜科学发展概况热壁生长：

利用高温产生气态原子或分子，在温度略低的衬底上生长薄膜。

还可以在单晶衬底上外延生长单晶薄膜。

100hCdTe800-1000K多晶CdTe源材料4000C多晶CdTe4800C高真空、密封石英管100PaGaAs衬底生长速率0.41.7m/h；

外延温度从4000C降低到3000C，速率增加，缺陷增多。

第一章薄膜科学发展概况离子团束生长3000K0.26eV1。

原子从3000K的电阻炉的小喷口射出，高真空绝热膨胀，迅速碰撞聚集成5002000个原子组成的团簇。

2。

团簇经过电子照射区（0.21.0KeV）后携带1-2个电子。

3。

离子团簇继续前进经过几千伏偏压的加速，能量达到1eV/原子，比蒸发原子的能量大一个量级。

4。

离子团簇轰击衬底，使表面氧化层消散，离子团和中性原子团在衬底上迅速展平并向四周表面扩散，形成薄膜。

5。

加热单晶衬底上可以外延单晶薄膜。

6。

例GaAs,ZnO，蓝宝石上CdMnTe膜等。

10-4Pa电子辐照第一章薄膜科学发展概况溅射除真空蒸发之外，最常用的物理沉积方法。

惰性气体电离，氩离子偏压加速，轰击靶材，动量传输，级联碰撞，溅射出靶原子，形成薄膜。

特点：

1.溅射粒子能量：

几个电子伏/原子，薄膜比蒸发牢固。

2.离子能量、方向分布、质量不同，溅射速率不同3.不同靶材溅射率不同。

溅射出的粒子包括一小部分离子二次离子，可用来进行表面成分分析。

溅射效率不高，为提高溅射效率，通常增加氩离子速率、密度，但效果不明显。

氩气入口钟罩阴极屏蔽阴极，靶阳极加热器基片衬底高压线高压屏蔽高压至真空泵简单的溅射装置第一章薄膜科学发展概况电子运动沿EXB磁场阴极磁控溅射：

在靶区加上平行于靶材的磁场，电子回旋运动，二次电子被限制在靶周围，增加气体原子的离化效率，可以大大提高速率，低温、低损伤。

等离子体层阳极磁场阴极电子反射表面电子运动沿EXB等离子体层圆筒结构平面结构第一章薄膜科学发展概况离子束溅射优点：

离子源发生器和衬底可以很好地分开可独立控制离子束流和能量可方便地控制衬底温度、气压、沉积角度衬底出射口溅射物离子源溅射靶惰性气体溅射物反应气体离子源溅射靶出射口衬底直接溅射反应溅射第一章薄膜科学发展概况脉冲激光束熔蒸：

PulseLaserAblationPLDRHEED枪原子气源CCD相机计算机计算机马达启动步进马达RHEED屏衬底加热器准分子激光器数字转换用激光熔蒸替代了原子束炉ArF激光193nmKrF激光248nm脉冲激光射向多晶靶：

1。

靶急剧升温、蒸发，靶材上方产生高密度粒子流。

增强的光吸收，直至电离，形成稠密等离子体3。

对后期激光脉冲的吸收，使等离子体加热、加速，106cm/s，冲击波。

在衬底上形成薄膜。

所有材料对紫外光吸收第一章薄膜科学发展概况脉冲激光束熔蒸：

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