薄膜浅谈

1目录1薄膜的概念...............................................32薄膜的制作方法...........................................32.1相关知识及技术......................................32.1.1真空...........................................32.1.2入射离子.......................................42.1.3等离子体.......................................42.1.4微波ECR等离子体源.............................42.1.5溅射现象.......................................42.1.6溅射沉积.......................................52.3磁控溅射又叫磁控镀膜................................53薄膜的应用...............................................63.1薄膜在光学中的应用..................................63.2薄膜在电子元器件中的应用：..........................73.3薄膜在电子元器件领域的应用..........错误!未定义书签。3.4薄膜在信息技术领域的应用............................73.5薄膜在力学领域的应用................................74总结.....................................................72薄膜制作技术及应用摘要:随着薄膜越来越薄，量子效应显现，出现了许多新的性质，为新材料的发展提供了广阔的空间；几种不同性质的薄膜组合在一起，可以克服单一材料的缺点，设计出多功能的材料。薄膜技术在科学技术及国民经济中发挥着巨大的作用。本文综述了薄膜的制作过程中涉及的技术及方法，并详细介绍了物理制膜技术，着重论述了磁控溅射法，及其技术难点，研究方向；并简述了薄膜在光学、电子元器件及力学和信息技术等方面的应用。关键字：薄膜;薄膜技术;磁控溅射TheFilmFormingTechnologyAndItsApplicationAbstract:Asthefilmthinner,quantumeffectsappear,therearemanynewproperties,thedevelopmentofnewmaterialstoprovideabroadspace;acombinationofseveraldifferenttypesoffilmstogether,canovercometheshortcomingsofasinglematerial,designmorematerialfunctions.Thinfilmtechnologyplayahugeroleinscienceandtechnologyandthenationaleconomy.Thispaperreviewsthetechniquesandmethodsoffilmproductionprocessinvolved,anddetailsthephysicalfilmtechnology,focusesonthemagnetronsputtering,andtechnicaldifficulties,research;andoutlinesthefilmintheoptical,electronicdevicesandmechanicalandinformationtechnologyandotheandotherapplications.Keywords:film;filmtechnology;magnetronsputtering;3薄膜制作技术及应用薄膜材料已经应用生活的方方面面，无论是技术生产还是日常生活都与薄膜息息相关。一方面这给薄膜的应用提供了十分广阔的前景，另一方面，也对薄膜技术提出了更高的挑战。例如，在机械加工的切削过程中，对刀片温度的测量实现过程中，由于其有变化快、难以实施精准监控等特点。所以，在这种情形下，要求温度传感器反应灵敏、精确性高、可靠性高。而薄膜温度传感器具有体积小热容量小、灵敏度高操作简便等优点，能够比较理想地满足要求。总之，薄膜材料为各种各样的生活生产提供了最佳的机会。.薄膜在为电子领域的应用、推广，使得电子元器件的提及越来越小、功能越来越多，而且，成本也越来越低，批量化生产越来越普及。故薄膜在电子元器件制造领域，占有十分重要的地位，其中，薄膜电阻、薄膜电容、薄膜声表面波器件应用相广泛。1薄膜的概念薄膜是一种特殊的物质结构，在厚度方向上物质的连续性中断，所以，薄膜材料与块状材料相比具有很否不同的性质。现在，薄膜材料，不仅仅是一门独特的应用技术，而且是改进某些工艺的不可代替的手段。2薄膜的制作方法薄膜的制作方法有很多种，如物理气相沉积法，化学气相沉积法，离子注入法等。其中由于固体材料在一定条件下所发生的溅射和蒸发现象是所有物理沉积制备薄膜技术的物理基础，故物理气相沉积法中溅射法是应用最广泛，最基础。下面先介绍几个相关的概念，再介绍直流溅射、射频溅射、磁控溅射等技术较为成熟的几种其中物理方法，其中详细探讨了磁控溅射的原理。2.1相关知识及技术2.1.1真空真空是指气压低于一个大气压的空间，并非没有任何物质，现在能获得的最低真空中，每立方厘米仍有几百个分子。所以真空的概念是相对的，其程度是用所指空间的压强来表征的，叫做真空度，随着空间压强的减小，起表现出的性质4也将不同。为了研究的方便，我们把真空分为粗真空、中真空、高真空、超高真空等四个等级。真空的获得真空泵是获得真空的关键设备，但是真空系统的真空度不仅仅由真空泵决定，它还与管道等的设计有关。所以，真空泵、真空室及管道和阀门选配十分关键；一般来说尽，可能地选用粗而短的管道尤为重要。2.1.2入射离子溅射镀膜中，通常利用低压惰性气体的辉光放电来产生入射粒子。其中，阴极为镀膜材料，阳极为基片，真空室中通入0.1Pa----10Pa的Ar，阴极靶加直流负高压，产生辉光放电，得到等离子体。辉光放电是指低压气体中显示辉光的放电现象，是稀薄气体的自发放电现象。2.1.3等离子体等离子体又叫电浆，是由原子或原子团被电离而产生的离子和离子团，组成的气状物，尺度大于德拜长度的宏观电中性电离气体，具有显著的集体行为，常被视为物质存在的第四态。2.1.4微波ECR等离子体源微波电子回旋共振（ECR）离子源是一种无阴极源，电离能力很强，约10%，等离子密度很高（108——1014Pa/cm3）、气压低（10——1Pa级）、性能稳定等优点，而且反应粒子活性高、离子能量低、无高能粒子损伤。又由于受磁场束缚污染少、等离子体与反应室壁的相互作用少。所以，它是一种低气压、高密度的等离子源，能在较低的气压下产生大面积均匀的高密度等离子体。微波ECR等离子体溅射有以下特点：工作气体的电离率高，能够产生高密度的等离子体；溅射气压低，低于磁控溅射的工作气压，在这个气压范围内，溅射粒子的平均自由程大于靶基距离，这样，溅射离子就不会因为碰撞而损失能量，这就意味着，薄膜生长所需要能量中性粒子也可以提供，而不是仅仅依靠离子。微波ECR等离子体离子能量低，对基片碰撞弱，损伤小。微波ECR有可能实现低温条件下合成亚稳态薄膜，创造出更多新材料，开辟一个全新的领域。2.1.5溅射现象用带有几十电子伏特动能的粒子（入射离子）去轰击固体表面时，靠近固体表面的原子会获得轰击粒子的一部分能量，当这部分能量足以克服固体表面的束缚时，这些原子就会脱离固体而进入真空，这种现象叫溅射。由于粒子易于在电磁场中加速、偏转，故荷能粒子一般是离子，称为溅射粒子；被轰击的固体称为靶，从靶上溅射出来的粒子或粒子团叫溅射原子。52.1.6溅射沉积2.2.1直流溅射2.2.2射频溅射射频溅射是在直流溅射装置的两极间加高频电压，一般为5——30MHz，这样在上半周期吸附于极板的电荷，在下半周期时就被释放，不会形成电荷积累，影响沉积。高频溅射沉积的膜结构紧密、牢固。由这种方法制成的电学膜应用广泛，但是其均匀性比较差，厚度不易控制，故在光学膜中应用很少。由于射频溅射是在直流溅射的基础上设计的，直流溅射不能很好的应用于介质材料的沉积这个难题，射频溅射在一定程度上解决了。2.2.3反应溅射如果在上述溅射方法的基础上，在沉积过程中加入反应气体，使溅射粒子和反应气体发生化学反应，从而合成化合物薄膜，就是反应溅射。其特点是：耙材与反应气体比较容易获得较高的纯度，所以可以获得高纯度的薄膜；可以通过调节各组分来调节薄膜的性质；反应过程中基片的温度不会升得很高。因此，对基片的限制很少；能够大面积均匀镀膜，可用于大规模工业生产，快速应用于生活。2.3磁控溅射又叫磁控镀膜磁控溅射是物理气相沉积的一种。在真空中利用荷能粒子轰击耙表面时，被轰击出的粒子沉积在基片上，形成薄膜。它有效地克服溅射效率低、基片温度升高快、靶材浪费多的弱点，故又称为高速低温溅射。具有设备简单、易于控制、镀膜面积大及附着力大等优点，从而获得广泛的应用2.3.1原理（1）磁控溅射的原理是电子在强电场1kv——3kv中，与Ar原子发生碰撞，使其电离产生Ar离子和电子。Ar离子在电场作用下加速飞向阴极靶，以高能状态轰击耙平面，使耙材料发生溅射。在此过程中，中性的靶原子和分子沉积在基片上，形成薄膜。由于被溅射出的原子具有很高的能量，有利于提高粒子沉积时的扩散能力，提高薄膜的致密性，使薄膜与基片有较强的结合力。另一方面，产生的新电子在电磁场的作用下发生漂移，飞向基片，其轨迹可近似为一条摆线。所以其路径很长，而且是在靠近靶表面的等离子区域，这样电子就与Ar分子充分碰撞，解决了因低电压、低气压下，产生离子数目少，靶材溅射效率低的难题，使Ar离子浓度升高，提高膜的生长速度，并且使电子的速度减到很小，基片的温度不会很快升高。（2）磁控溅射中涉及到复杂的散射过程，多次的能量传递过程：入射离子与靶材原子的碰撞，将其部分能量传递给靶材原子，使得有些靶材原子的能量挣脱周围原子对它的束缚，从而从晶格点阵中逃出，并继续与附近的原子碰撞，发生级联碰撞。当这种级联碰撞传到晶格表面时，靠近靶材表面的受碰原子获得的能量大于表面结合能，原子就能脱离靶材表面而进入真空。2.3.2影响因素6薄膜沉积过程实质上是包膜材料的成核与生长过程，影响其质量的因素主要有溅射真空度、溅射时的氧分压、溅射功率、溅射时间等。（1）溅射的是真空度：在溅射前对真空室预抽高真空，真空度越高越高，就越能避免杂志离子对薄膜质量的影响。（2）氧分压：氧分压直接影响薄膜的纯度。（3）溅射功率：溅射功率越大，轰击出的靶原子或分子的数目就越大，沉积到基片上的速度就越快；但是，膜的疏松度、颗粒度越大，膜的质量下降，薄膜易龟裂，且多杂质。溅射功率越小沉积速度小，制膜效率低；但是，膜的质量高。（4）溅射时间：在溅射功率与真空度相同时，溅射膜的厚度与溅射时间有很好的线性关系：即，时间越长，膜的厚度越大；时间越短，膜的厚度越小。2.3.3直流溅射技术的关键对于不同的材料、目的，选择、控制溅射过程的真空度、功率、溅射时间，是目前的技术难点，对于提高渡膜的效率、降低生产成本，一直是科学技术的核心任务。3薄膜的应用3.1薄膜在光学中的应用光学薄膜由薄的分层介质构成，是同过界面传播光束的一类光学介质材料。光学薄膜的应用已有近百年历史，始于20世纪30年代，现已广泛应用于光学、光电子技术等领域，在改善各种光学器件方面有着不可替代的作用。例如，根据薄膜的光学性质，可以改变镜片表面对光的透射、反射能力