薄膜材料研究进展

讲个笑话吧：有糖吃。。。第一天，小白兔去河边钓鱼，什么也没钓到，回家了。第二天，小白兔又去河边钓鱼，还是什么也没钓到，回家了。第三天，小白兔刚到河边，一条大鱼从河里跳出来，冲着小白兔大叫：你要是再敢用胡箩卜当鱼饵，我就扁死你！下午和老公在公司吃饭，老公心血来潮检查我手机，发现他的来电名字是“我的二货”。他激动地问我：“我在你心里只排第二！一货是谁？”我和周围吃饭的人爆笑，事实证明老公你真的很二。。。薄膜材料研究进展宣讲人：宿鹏薄膜材料研究进展1前言2导电薄膜研究进展3纳米薄膜研究进展4化合物薄膜研究进展5其他薄膜研究进展1.前言近20年，随着各种成膜技术的迅速发展，各种材料的薄膜化已成为一种普遍的趋势。薄膜化利于器件小型化，轻量化和集成化，具有显著不同于块状材料的性质。2.导电薄膜材料——能导电的薄膜，能实现一些特定的电子功能2.1透明导电薄膜（TCO）透明导电薄膜，既具有可见光范围光学透明性，又具有良好的导电性。因此已被广泛地应用于光电子器件中。例如，用作太阳电池、平板显示屏、触摸屏和LED等器件的透明电极。在光电子产业中，它占了重要的地位，给社会带来了巨大的经济效益，据估计透明导电膜的相关产品年销售量达3亿美元。常见的透明导电薄膜为ITO（锡掺杂三氧化铟）、AZO(铝掺杂氧化锌)等，它们的禁带宽度大，只吸收紫外光，不吸收可见光，因此称之为“透明”。应用最广泛研究的热点，潜能巨大2.1.1掺锡的In2O3薄膜ITO薄膜是目前研究和应用最广泛的透明导电薄膜，它的电阻率介于10-3~10–4Ω·cm之间，可见光的透射率达85%以上。锡掺杂量为10%（原子分数）时，ITO薄膜具有最优的光电性能。掺铝的ZnO薄膜（AZO）是目前性能最好的氧化锌系薄膜AZO薄膜将会成为ITO薄膜的替代品。AZO薄膜中分别掺杂Cr和Co，研究发现薄膜的抗蚀性提高，并且同样能获得低的电阻率。2.1.2掺铝的ZnO薄膜（AZO）用低介电常数介质薄膜作金属线间和层间介质可以降低超大规模集成电路（ULSI）的互连延迟、串扰和能耗。低介电常数介质的采用已成为必然趋势。低介电常数材料应与集成工艺兼容，因此在开发新型材料、提高现有材料的综合性能、解决与ULSI工艺兼容等方面都有许多工作要做。2.2低介电常数介质薄膜2.3新型聚合物热释电薄膜材料随着激光和红外技术的发展，热释电效应及其应用的研究不断深入，性能优良的热释电探测器和热释电摄像管等器件已广泛应用于军工和国民经济各个相关领域。热释电材料的薄膜化，能降低材料体积比热，有助于提高热释电探测器的灵敏度，提高集成度，因而热释电薄膜材料及其应用研究越来越广泛，已成为材料科学活跃的研究课题之一3.纳米薄膜——纳米薄膜是指由尺寸为纳米数量(1~100nm)的组元镶嵌于基体所形成的薄膜材料，它兼具传统复合材料和现代纳米材料二者的优越性。3.1纳米Ti02薄膜液相制备方法①溶胶-凝胶胶法(Sol-Gel)近年来出现了表面活性剂辅助溶胶-凝胶技术。溶胶中表面活性剂覆盖在二氧化钛前驱体周围，可以减慢水解和凝胶速率，并可作为致孔剂，使TiO2，形成多孔的无机网络结构。3.1.1制备方法②液相沉积法(LPD)该方法只需在适当反应液中浸入基片，成膜过程不需要热处理，操作简单。③水解·沉淀法原料比较廉价，膜层结构均匀④回流胶溶液相成膜法该方法通过液相一步合成晶态纳米TiO2粉体，并利用该粉体分散于溶液中制成溶胶，可在低温下制备出纳米尺寸的TiO2薄膜。磁控溅射法可在大面积基底上制膜电子束蒸发沉积是制备高晶氧化物薄膜很有潜力的技术，该技术可在较高的沉积速率下制备薄膜，并通过调节基体温度和氧气压力等控制薄膜组成。脉冲激光沉积法(PLD)离子束团柬技术(ICB)物理方法其他方法：化学气相沉积法（CVD)、电化学制备方法、雾热分解沉积技术(SPD)3.1.2纳米TiO2超亲水薄膜——它是新型的功能性薄膜，在自洁、防雾和生物兼容性应用等方面起着重要的作用。——改性是提高TiO2薄膜超亲水性能的重要手段。纳米TiO2薄膜的改性方法金属离子掺杂非金属离子掺杂共掺杂金属一非金属离子共掺杂或两种非金属离子掺杂复合半导体本质上是一种颗粒对另一种颗粒的修饰。采用带隙较窄的半导体来修饰TiO2，因混晶效应，提高催化活性和改变晶体结构，从而使其超亲水性能得到提高。有机物掺杂增加粗糙度以呈现出超亲水性.前景半导体改性是改善TiO2薄膜超亲水性能的关键因素。由于改性的研究涉及到催化、材料、光化学和环境等多个靴具有相当的难度，要使超亲水涂料薄膜广泛地在实际生产中得到应用，需要继续研究各种改性技术，进一步提高其活性、稳定性和应用的可能性。3.2纳米多孔二氧化硅绝热薄膜作为微电子机械系统(MEMS)技术中最有潜力的绝热材料，纳米多孔二氧化硅薄膜近年来引起了广泛的关注。这源于二氧化硅气凝胶是一种轻质纳米多孔非晶材料，具有独特的微观结构。纳米多孔二氧化硅薄膜作为二氧化硅气凝胶的薄膜形态几乎继承了其所有的优异特性。可用于涂层高效绝热层声阻抗耦合材料低介电常数绝缘层超高速集成电路基片以及分离薄膜过滤薄膜催化薄膜等。因此，在光学热学声学电学和化学等领域具有广阔的应用前景。用途与前景4.化合物薄膜在过去几十年中，CdTe和CIGS薄膜太阳能电池在光伏领域受到广泛研究，且CIGS薄膜电池的光电转化率已达到19．9％。但由于Cd有毒，In和Ga为稀有金属，这些都限制了它们的大规模应用。近几年，四元硫化物(CZTS)在下一代薄膜太阳能电池中崛起，锌黄锡矿结构的CZTS与黄铜矿结构的CIGS相似，且各元素在地壳中的含量丰富，因此用它们取代In、Ga可大大降低成本，CZTS为直接带隙材料，其光吸收系数高于104cm-1，电池中所需材料厚度较小(约2μm)，非常适用于太阳能电池。4.1Cu2ZnSnS4薄膜(CZTS)CZTS薄膜太阳能电池由于无毒、环境友好、含量丰富、低成本等优点成为太阳能电池吸收层的最佳候选材料，但因其对元素配比精准度要求较高，且为多元晶格和多层界面结构等增加了制备的难度，对设备的精度和稳定性要求较高，因此CZTS薄膜太阳能电池目前还只处于实验室研究阶段。4.2GaN薄膜在半导体研究过程中，经历了以Si和GaAS砷化镓为代表的两个发展阶段。由于GaN薄膜有希望应用在紫外或蓝光发光器件、探测器以及高速场效应晶体管、高温电子器件，近几年迅速发展起来了以GaN为代表的第三代半导体材料。它是以GaN材料P型掺杂的突破为起点，以高亮度蓝光发光二极管（LED）和蓝光激光器的研制成功为标志。当前难题成本太高，，Ga源成本昂贵GaN氮化镓单晶至今未形成大规模商品化，主要是缺乏合适的衬底材料，蓝宝石也不是理想的衬底，且价格昂贵。虽然P型掺杂技术已经突破，但掺杂工艺复杂，难以操作。5.1聚苯硫醚薄膜聚苯硫醚(PPS)薄膜的研究始于20世纪70年代中期。我国PPS薄膜研究起步较晚，但随着近些年来国内一些大型PPS生产厂家的崛起，它们致力于PPS的生产、改性及PPS后续产品的开发，还有国内的科研院所也进行了许多PPS薄膜的研究工作，发表了许多PPS薄膜成型、应用及测试分析方面的论文。PPS薄膜具有高耐热性、高绝缘性、高介电性和优异的阻燃性、机械性，有着广阔的应用。5.其他薄膜材料5.1.1聚苯硫醚薄膜的制备方法PPS熔融温度较高，熔体流动性好，结晶速率快等特点，对制备方法提出了新的要求。PPS薄膜按照加工方法不同分为：吹塑模、压延膜、双向拉伸膜等。吹塑薄膜生产工艺5.1.2苯硫醚薄膜的性能耐热性PPs薄膜耐热性好，特别是在高温、高应力情况下，高湿条件也不影响。电性能PPS介电常数在很大的温度和频率范围内是极其稳定的，适宜作马达、变压器的绝缘材料，低损耗的电容器。机械性能优异，耐化学性。PPS薄膜对γ和中子射线有较高的耐久性，是原子反应堆核聚变炉外围能用的少数有机膜之一。5.1.3展望PS薄膜的应用于：电气绝缘材料电子产品绝缘材料电容器绝缘材料壁装材料等PS薄膜在国外已经实现了工业化生产，但是价格特别昂贵。在我国PPS薄膜的研究尚处在初步开发阶段。目前需要面对的是不断提高PPS性能和推广应用范围，使我国国产的PPS薄膜实现工业化规模。5.2四配位非晶碳薄膜四配位非晶碳薄膜（taC）是90年代发展起来的一种新型宽带隙半导体材料.具有高硬度.高热导率.高化学稳定性和低摩擦系数等金刚石薄膜的优良特性。四配位非晶碳薄膜与化学气相法制备的金刚石薄膜相比.其最大优点是可在室温下沉积在各种衬底上，可实现掺杂改性。5.2.1应用前景刀具和耐磨保护涂层—taC极高的硬度和杨氏模量。热沉（散热材料）—较高的热导率真空微电子器件—具有很低的甚至是负的电负性光学窗口材料—良好透光性耐腐蚀涂层（像核反应堆的内壁和航天器的涂层）—化学性能稳定!耐腐蚀性能好防污染涂层—良好的生物学性能5.3显微成像荧光屏用无机闪烁单晶薄膜随着第三代同步辐射源的出现，由荧光屏和CCD耦合组成的、具有亚微米级空间分辨率、快速在线成像功能的探测器在医疗、安检、工业、科研等领域将会得到广泛应用。1896年，闪烁体CaWO4便作为将x射线转换成可见光的影像增感屏首次使用在医学领域。从20世纪60年代，碘化铯制成的影像增感荧光屏开始得到广泛应用。这种采用影像增感屏和感光胶片成像的传统X射线方法，除了在医学诊断应用外，还被广泛应用于工业无损检测、安检等领域．目前这种成像系统能达到的最大分辨率是100μm左右。虫的膝盖骨的图像其，分辨率可达到2μm采用在纯YAG上液相外延生长的5μm厚的YAG：Ce（铈(shi)）荧光屏、一组显微镜和一个低噪音的CCD构成的x射线显微成像探测器组成的显微成像装置所拍摄的图像钇铝石榴石的简称5.3.1显微成像荧光屏用闪烁材料的研究现状闪烁荧光粉末材料目前主要使用的荧光屏是将粉末闪烁材料用粘结剂粘在衬底上制成，闪烁材料主要是Gd2O2S:Tb和LaOBr:Tm等。制备容易，价格低廉。透明闪烁陶瓷GE公司将立方晶系的粉末制备成高致密度透明陶瓷荧光屏。闪烁单晶薄膜采用闪烁单晶薄膜做成的荧光屏，成为人们研究的热点．目前研究较多的闪烁单晶薄膜有CsI(T1)、YAG：Ce和LuAG：Ce等．LuAG：Ce在纯YAG衬底上通过液相外延方法生长LuAG：Ce铈(shi)薄膜作为X射线成像荧光屏的潜在应用被研究。当LuAG：Ce薄膜的厚度减小到1—2μm，用作成像荧光屏时，空间分辨率可达到1μm左右。闪烁单晶薄膜的研究方向选择高密度、有效原子序数大的材料提高与可见光敏感的CCD光谱响应效率优化单晶薄膜的制备工艺欲研究出性能优良的显微成像荧光屏用闪烁单晶薄膜，使其在医疗、科学研究、天文学、工业无损探伤等领域得到广泛应用，还需要做更多、更深入的研究和开发工作，同时可以预计，闪烁单晶薄膜的研究必将会取得突破，从而带来巨大的经济和社会效益·请问讲过几个方面的薄膜的研究进展？1？2？4？5？谢谢O(∩_∩)O3？