简述薄膜材料的特征举例说明薄膜材料的用途不少于4例.docx
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简述薄膜材料的特征举例说明薄膜材料的用途不少于4例
简述薄膜材料的特征举例说明薄膜材料的用途不少于4例
【篇一：
简述薄膜材料的特征,举例说明薄膜材料的用途（不少于4例）】
第四章薄膜材料与工艺1、电子封装中至关重要的膜材料及膜技术1.1薄膜和厚膜1.21.3成膜方法1.4电路图形的形成方法1.5膜材料2、薄膜材料2.1导体薄膜材料2.2电阻薄膜材料2.3介质薄膜材料2.4功能薄膜材料1、电子封装工程中至关重要的膜材料及膜技术薄膜和厚膜电子封装过程中膜材料与膜技术的出现及发展，源于与电器、电子装臵设备向高性能、多功能、高速度方向发展及信息处理能力的急速提高系统的大规模、大容量及大型化要求构成系统的装臵、部件、材料等轻、薄、短、小化晶体管普及之前真空电子管的板极、栅极、灯丝等为块体材料，电子管插在管座上由导管连接，当时并无膜可言20世纪60年代，出现薄膜制备技术在纸、塑料、陶瓷上涂刷乃至真空蒸镀、溅射金属膜，用以形成小型元器件及电路等进入晶体管时代从半导体元件、微小型电路到大规模集成电路，膜技术便成为整套工艺中的核心与关键。
1、电子封装工程中至关重要的膜材料及膜技术薄膜和厚膜与三维块体材料比较：
一般地，膜厚度很小，可看作二维膜又有薄膜和厚膜之分经典分类：
制作方法分类：
块体材料制作的（如经轧制、锤打、碾压等）——厚膜膜的构成物一层层堆积而成——薄膜。
Ａｌ特点Ｓｉ基ＩＣ常用导体材料与作为ＩＣ保护膜的ＳｉＯ间的附着力大对于ｐ型及ｎ型Ｓｉ都可以形成欧姆接触可进行引线键合电气特性及物理特性等也比较合适价格便宜作为ＩＣ用的导体普遍采用随环境、气氛温度上升，Ａｌ与Ａｕ发生相互作用，生成金属间化合物，致使接触电阻增加，进而发生接触不良当Ａｌ中通过高密度电流时，向正极方向会发生Ａｌ的迁移，即所谓电迁移在５００以上，Ａｌ会浸入下部的介电体中在ＭＯＳ元件中难以使用尽管Ａｌ的电阻率低，与Ａｕ不相上下，但由于与水蒸气及氧等发生反应，其电阻值会慢慢升高。
al与au会形成化合物al端子与au线系统在300下放置2～3ｈ，或者使气氛温度升高到大约４５０，其间的相互作用会迅速发生，致使键合部位的电阻升高此时，上、下层直接接触，au、al之间形成脆、弱aualal等反应扩散层。
造成键合不良采用au－au组合或al－al组合。
在au、al层间设置pd、pt等中间层，可防止反应扩散发生，形成稳定的膜结构存在电迁移al导体中流过电流密度超过10或多或少地发生电迁移现象气氛温度上升，电迁移加速，短时间内即可引起断线al导体膜在大约300长时间放置，会发生“竹节化”，即出现结晶化的节状部分和较瘦的杆状部分进一步在500以上放置，al会浸入到下层的sio中，引起si基板上的ic短路因此，使用al布线的ＭＯＳ器件，必须兼顾到附着力、临界电压、氧化膜的稳定性、价格等各种因素，对材料进行选择。
Ａｌ－Ｔｉ系１００～１５０即形成Ａｌ与Ｔｉ的化合物，使膜层阻值增加成膜后造成膜异常的主要原因一是由于严重的热失配，存在过剩应力状态，膜层从通常的基板或者Ｓｉ、ＳｉＯ膜表面剥离，造成电路断线二是由于物质的扩散迁移引起，其中包括电迁移、热扩散、克根达耳效应、反应扩散等。
造成物质扩散迁移的外因有高电流密度高温度大的温度梯度接触电阻等，特别是几个因素联合作用时，效果更明显造成物质扩散迁移的内因有构成物质的体系晶粒度内部缺陷Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ系电流密度高，造成膜内晶粒不断长大，即自发热效应与热处理具有同样的效果通常情况下，导体温度上升会加速组元之间的相互扩散，形成反应扩散产物，造成机械强度下降及电阻升高等，反过来又造成温度升高，恶性循环，急速造成破坏如超过１０的高电流密度是造成导体劣化的主要机制之一该机制是：
导体中大量较高能量的传导电子对原子的动量传递作用，使其向阳极方向迁移当原子从导体中的某一位臵离开时，会在该位臵留下空位空位浓度取决于某一场所空位流入量加上产生量与流出量之差。
若此差值为正，则造成空位积蓄，空位积蓄意味着导体的劣化。
克根达耳效应由于扩散组元之间自扩散系数不同引起的自扩散系数大的组元的扩散通量大，自扩散系数小的组元的扩散通量小随扩散进行，若导体宏观收缩不完全，则原来自扩散系数大的组元含量高的场所，将有净空位积累，从而引起导体物质迁移容易沿晶界进行——物质的迁移与其微观结构关系很密切温度不是很高，晶界扩散系数比体扩散系数大得多。
膜层中大量存在有晶界，晶界中离子的活动性与各个晶粒的晶体学取向有关，特别是当许多晶粒的晶体学取向不一致时，易于离子迁移晶粒取向与外加电场之间的角度，因场所不同而异，因此离子的迁移率在各处都不相同，离子沿晶界的传输量因位置不同而异当传导电子从大晶粒一侧向小晶粒一侧移动时，由于界面处也发生离子的迁移，因而引起小晶粒一侧空位的积蓄等平均故障时间ＭＴＦ与微观的结构因子数相关，特别是导体的长度与宽度、平均粒径与粒径分布、晶体学取向、晶界特性等影响很大为了增加ＭＴＦ，在条件允许的情况下应尽量采取如下措施：
减小导体长度增加导体膜的宽度与厚度减小ＭＴＦ的标准偏差增加膜层的平均粒度等。
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篇一：
薄膜制备及发光特性的研究综述
《薄膜技术》课程论文题目：
磁控溅射技术在稀土离子掺杂zno薄膜的制备中的应用
姓名：
何仕楠
学号：
1511082678
专业：
电子与通信工程
目录
1引言........................................................................................................................................3
2磁控溅射技术.......................................................................................................................3
2.1磁控溅射原理.................................................................................................................3
........................................................................5
2.3磁控溅射技术特点.........................................................................................................6
3磁控溅射技术制备稀土离子掺杂zno薄膜.......................................................................6
3.1掺杂方式..........................................................................................错误！
未定义书签。
3.1.1单稀土元素掺杂............................................................................错误！
未定义书签。
3.1.2共掺杂............................................................................................错误！
未定义书签。
3.2衬底材料对不同稀土离子掺杂zno薄膜的影响............................................................6
3.2.1衬底材料er3+/yb3+对掺杂的薄膜的影响....................................................................7
3.2.2衬底材料对zno:
eu3+薄膜发光性能的影响..............................................................7
3.3不同稀土离子掺杂zno薄膜的发光性能.........................................................................9
4........................................................................................................................................9
参考文献.................................................................................................................................10
磁控溅射技术在稀土离子掺杂zno薄膜的制备中的应用
摘要：
稀土离子掺杂zno薄膜具有优良的光电性能优势，在光电器件、压电器件、表面声波器件等领域具有广泛的应用前景。
本文从制备稀土离子掺杂zno薄膜的原理、生长机制等详细介绍了磁控溅射技术,对制备方法和稀土掺杂zno薄膜的应用及前景进行综述。
1引言
今年来，各种新的成膜方法不断涌现，成膜质量也得到大大改善。
其中,磁控溅射法具有沉积速率高,成膜质量好,可以抑制固相扩散等优点,得到了广泛的应用。
此种方法制备的薄膜范围较广，磁控溅射技术的快速发展是始于1974年，j.chapin提出了平衡磁控溅射原理，解决了溅射镀膜中的两大难题，即低温和高速溅射镀膜。
磁控溅射技术的应用领域在20世纪80年代后得到极大的扩展。
磁控溅射技术作为一种非常有效的薄膜沉积技术，被广泛的应用于众多领域，比如电子元器件、平板显示技术、大规模集成电路，以及能源、光学、机械工业等产业化领域。
氧化锌（zno）属于第三代多功能半导体材料,它具有六角纤锌矿型的晶体，属于宽禁带半导体，室温下禁带宽度约为3.37ev，其激子束缚能高达60mev，zno作为一种新型的光电材料，在光波导、半导体紫外激光器、发光器件，压电传感器及透明电极等方面应用广泛。
稀土元素具有特殊的原子壳层结构，具有优异的磁学、电学和光学特性。
常被选作发光材料的发光中心[2][3][4][2][1]。
因此，在薄膜中掺杂稀土离子受到囯内外研究者的广泛关注。
本文综述了以稀土离子掺杂zno烧结陶瓷为靶材，利用射频磁控溅射法在石英玻璃和蓝宝石品体桩底上制备共掺的薄膜。
2磁控溅射技术
2.1磁控溅射原理
溅射是指利用气体放电产生的正离子,在电场作用下加速成为高能粒子,撞击固体靶表
图1磁控溅射靶材表面的磁场和离子运动轨迹
图2测控溅射工作原理示意图
2.2磁控溅射技术过程
在一相对稳定真空状态下,阴阳极间产生辉光放电,极间气体分子被离子化而产生带电电荷,其中正离子受阴极之负电位吸引加速运动而撞击阴极上之靶材,将其原子等粒子溅出
[7]。
图中的大球代表被电离后的气体分子,而小球则代表将被溅镀的靶材。
即当被加速的离子与表面撞击后,通过能量与动量转移过程如图,低能离子碰撞靶时,不能从固体表面直接溅射出原子,而是把动量转移给被碰撞的原子,引起晶格点阵上原子的链锁式碰撞。
这种碰撞将沿着晶体点阵的各个方向进行。
同时,因在原子最紧密排列的点阵方向上碰撞最为有效,因此晶体表面的原子从邻近原子那里得到愈来愈大的能量。
如果这个能量大于原子的结合能,原子就从固体表面从各个方向溅射出来。
图3能量与动量转移过程
磁控溅射制备薄膜的过程[8]错误！
未找到引用源。
如图5所示,电子在电场e作用下,在飞向基板过程中与氩原子发生碰撞,使其电离出ar+和一个新的电子,电子飞向基片,ar+在电场作用下加速飞向阴极靶,并以高能量轰击靶表面,使靶材发生溅射。
在溅射粒子中,中性的靶原子或分子在衬底表面经过吸附、凝结、表面扩散迁移、碰撞结合形成稳定晶核。
然后再通过吸附使晶核长大成小岛,岛长大后互相联结聚结,最后形成连续状薄膜。
二次电子一旦离开靶面,就同时受到电场和磁场的作用。
二次电子在阴极暗区时,只受电场作用一旦进入负辉区就只受磁场作用。
于是,从靶面发出的二次电子,首先在阴极暗区受到电场加速,飞向负辉区。
进入负辉区的电子具有一定速度,并且是垂直于磁力线运动的。
在这种情况下,电子由于受到磁场洛仑兹力的作用,而绕磁力线旋转。
电子旋转半圈之后,重新进入阴极暗区,受到电场减速。
当电子接近靶面时,速度即可降到零。
以后,电子又在电场的作用下,再次飞离靶面,开始一个新的运动周期。
篇二：
光导电高分子薄膜的制备与应用
光导电高分子薄膜的制备与应用
摘要
光导电高分子薄膜制备具有成本低，工艺简单等特点，但因其光电转换率等性能相对硅材料较低，尚未推广应用。
应用于聚合物制膜的工艺和方法再进一步研究中，离子注入，电纺丝，气相沉积，自组装等工艺和方法的受到关注。
通过对选用共轭高分子和薄膜制备工艺的不断优化，更优异的太阳能聚合物电池得到广泛应用将最终成为现实。
关键词
光导电高分子共轭光电转换效率光伏电池纳米尺度共混型本体异质结薄膜制备工艺离子注入
abstract
theprocessingofphotovoltaicconductingpolymerthinfilms,alowcostandsimpleway,inthatphotovoltaicpolymerhasrelativelylowcomparedtosiliconmaterials,hasnotbeenlargeapplied.researchintheprocessingofpolymerfilmisincreased,suchastechniquesofionimplantation,electro-spinning,vapor-deposition,selfassemblegotmuchattention.withtheoptimizationofconjugatedpolymerandprocessingofthinfilms,theapplicationofpolymersolarcellisdevelopingtoindustry.
keywords
photovoltaicpolymerconjugatedsolarcellnanoscalebhjthinfilmsprocessingionimplantation
1．光导电高分子特性
光导电高分子材料是一类能被光照射后导电能力大幅度提高的高分子材料。
引起导电能力大幅度提高的原因是光照激发过程大量产生电子型载流子，同时此类材料的结构需要满足一下条件：
首先是材料的最大吸收波长应该在可见光或者照射用光的波长范围内，且具有较大的消光系数来保证光能的最大吸收；其次是生成的激发态电子应该有一定的稳定性和寿命，以提供数量足够多的载流子。
此外，还需提供载流子定向迁移的必要通道[1]。
[2]。
1990年以年来吸引了世界各国学术界的广泛关注和兴趣．聚合物光电子器件主要包括聚合物电致发光二极管、聚合物场效应晶体管和聚合物太阳能电池等，其使用的关键材料是共轭聚合物光电子材料。
2．共轭高分子太阳能电池
[2]。
近年来新型聚合物太阳能电池领域中热点的研究方向：
使用共轭聚合物作为电子给体,富勒烯及其衍生物作为电子受体的聚合物/富勒烯太阳能电池（polymer/fullerenesolar
cells,pfscs）,其中以共混型本体异质结（bulkheterojunction,bhj）太阳能电池表现出了较好的性能,太阳能电池的pce已达到了6%左右。
受聚合物材料宽能隙的限制,往往需要从材料和器件结构入手去提高器件对太阳光谱的响应能力[4]。
光伏层以三维纳米尺度结合的异质结太阳能电池的制备[5]，对光电转换率有可观的提升。
同时关于碳纳米管（cnts）的应用，因其具有独特的一维结构、良好的化学稳定性、优异的电荷传导性能以及独特的光电性能,近些年被广泛应用于太阳能电池材料。
利用cnts内电子的量子限域所致，电子只能沿着cnts的轴向运动，同时cnts具有高的载流子迁移率和弹道传输特点；cnts的引入还可以提高聚合物太阳能电池的稳定性，在聚合物太阳能电池取得良好效果[3]。
另外，有研究从窄带隙导电高分子材料的结构出发,总结不同种类窄带隙共轭聚合物类太阳能电池材料的设计、合成等[67]。
聚合物能带隙定义为:
聚合物中最高被占用分子轨道（homo）与分子最低空余轨道（lumo）之间的能级差。
能带隙低于2.0ev,即能吸收波长在620nm以上光的聚合物,被定义为窄带隙聚合物。
太阳能电池器件中最常用的电子受体为c60的衍生物pcbm,与之构成大型异质结太阳能电池器件的共轭聚合物的最佳能带隙范围是1.3~1.9ev[8]。
关于导电聚苯胺是现课题组的研究方向，其光学性能：
由于导电聚苯胺的共扼链结构，在紫外一可见光都有强吸收，当受到光辐射作用的时候，会产生光电流，具有显著的光电转换效应。
3．聚合物薄膜制法
聚合物薄膜制备中的主要技术：
离子注入技术，物理气相沉积（pvd），化学气相沉积（cvd），电纺丝技术等。
在真空中一束离子束射向一块固体材料分为：
溅射，离子束把固体材料的原子或分子撞出其表面；散射，离子束从固体材料表面弹回来或穿出固体材料；离子注入，离子束射到固体材料后，受到固体材料的抵抗而速度慢慢减低下来，并最终停留在固体材料中。
离子注入技术是近30多年来在国际上蓬勃发展和广泛应用的一种材料表面改性高新技术。
基本原理是：
用能量为100kev量级的离子束入射到材料中去，离子束与材料中的原子或分子将发生一系列物理的和化学的相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成份、结构和性能发生变化，从而优化材料表面性能，或获得某些新的优异性能。
离子注入聚合物（在一定的能量和一定的剂量）,可引起聚合物电导率增加几个到十几个数量级。
利用这个特性,可制作导电图样,制作连线,制作p型半导体材料和n型半导体材料,制作p-n结,制作二维和三维集成电路互连结。
离子注入聚合物还使聚合物的颜色加深、光吸收增加,可制作有机太阳能电池。
早期，对聚合物结构在离子注入时产生电学力学和光学等性质变化就
有过研究[9]，对材料表面改性有其无可比拟的优越性[10]。
应用氧等离子体浸润离子注入（piii）技术于高分子工程中。
关于物理气相沉积方法，有研究应用于制聚合物薄膜和界面控制，链聚合过程是通过紫外光或电子激发蒸发源[11]。
关于化学气相沉积用于聚合物膜表面改性，引用美国专利，早期也有过这方面应用。
国内如聚酰亚胺气相沉积聚合的研究进展，制备聚酰亚胺（pi）薄膜的方法——气相沉积聚合（vdp）,用此方法制得的聚合物膜具有纯度高、膜厚可控、集聚合与成膜为一体等优点。
研究凯夫拉电纺丝技术增多，应用于生物器件等生物相容的高分子材料[12]。
用旋涂法所制备的有机聚合物半导体薄膜已经广泛应用于有机发光二极管，有机太阳电池，有机薄膜晶体管等光电器件领域[8]．使用原位聚合导电高分子，并交互沉积进行自组装,生成多层薄膜。
这种薄膜能在0.01平方厘米的面积上集成一定数目的嗅觉分子传感器,理论上可以对不同的气味分子产生相应的响应信号。
制膜工艺对聚合物太阳电池性能的影响研究中可以确认滴涂法制备的聚合物薄膜具有更强的光吸收能力，改善了电子与空穴载流子传输的平衡性，使得太阳电池的性能有明显的改善和提高[8]。
langmuir-blodgett（lb）诱导沉积方法制备了不同层数的聚（3,4-乙烯二氧噻吩）/聚苯乙烯磺酸（pedot-pss）导电复合膜[13]。
总之，导电聚合物薄膜用于太阳能电池的制备方法的研究越来越多，一般需要综合分析薄膜的吸收系数，表面形貌以及空穴迁移率等数据。
通过对选用共轭高分子和薄膜制备方式的不断优化，更优异的太阳能聚合物电池得到广泛应用将最终成为现实。
参考文献
[1]赵文元,等.功能高分子材料化学.化学工业出版
[2]赵丽凤,李盛彪,等.聚合物光伏薄膜电池活性材料研究进展.2010,vol.38no.6:
9-12
[3]徐二阳等碳纳米管在太阳能电池中的应用研究进展清华大学机械工程系先进成型制造教育部重点实验室，北京
[4]徐志杰,梅群波等聚合物/富勒烯太阳能电池器件最新研究进展有机电子与信息显示国家重点实验室培育基地，南京等
[5]vanbaveletc.three-dimensionalnanoscaleorganizationofbulkheterojunctionpolymersolarcells.laboratoryofmaterialsandinterfacechemistry
[6]robertc.coffin1.streamlinedmicrowave-assistedpreparationofnarrow-bandgapconjugatedpolymersforhigh-performancebulkheterojunctionsolarcells
[7]魏宇锋,陈相等窄带隙共轭聚合物类太阳能电池材料的研究进展上海出入境检验检疫局
[8]徐苗彭俊彪制膜工艺对聚合物太阳电池性能影响的研究
[9]岳喜成,张掌权,等.离子注入高分子材料的研究动态及应用.宝鸡文理学报,2000,vol.20no.3:
213-217
[11]hiroakiusui,formationofpolymerthinfilmsandinterfacecontrolbyphysicalvapordeposition
[12]a.aluigi,electrospinningofkeratin/poly（ethyleneoxide）blendnanofibersjournalofappliedpolymerscience.2007,no.2,vol.104
[13]郑华靖,等.导电聚合物有序超薄膜合成工艺的优化.化学工程.vo.l38no.9,sep.2010
篇三：
常用的光学薄膜制备实验设备
常用的光学薄膜制备实验设备
【摘要】真空镀膜法制备的薄膜质量好，生产率高，适应的范围广，已经成为光学薄膜制备的最重要的方法了，其中使用最普遍的两种方法是热蒸发沉积和溅射沉积[1],常用制膜设备包括真空镀膜设备、分光光度计和石英晶体振荡膜厚监控仪。
【关键词】光学薄膜;实验设备
1、真空镀膜设备
一般真空镀膜实验可在箱式真空镀膜机上进行的，其主要由真空镀膜室和真空抽气系统组成:
（1）真空镀膜室包括电子枪、电阻加热蒸发器、坩埚、挡板、离子源、基片架、真空测量管、热电偶、比较片和石英晶振片等构成。
所有的这些装置都置于不锈钢制成的钟罩内。
（2）真空抽气系统主要由分子泵、机械泵、预阀、高阀、低阀、放气阀，截至阀等组成。
蒸发室采用不锈钢制造
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