第5章-無機(jī)薄膜材料與制備技術(shù)----文庫吧資料
2024-08-29 00:10本頁面
【正文】 ? 由于 （ 111） 面在面心立方結(jié)構(gòu)中具有最低的表面自由能 ， 在非晶態(tài)基體 （ 如玻璃 ） 上纖維結(jié)構(gòu)的多晶薄膜顯示的擇優(yōu)取向是 （ 111） 。 3） 纖維結(jié)構(gòu) ? 纖維結(jié)構(gòu) 薄膜是指具有擇優(yōu)取向的薄膜 。 ? 多晶薄膜存在晶粒間界 。 在薄膜形成過程中生成的小島就具有晶體的特征 ?；w溫度高使吸附原子的動(dòng)能隨著增大 ，跨越表面勢(shì)壘的概率增加 ， 容易結(jié)晶化 ，并使薄膜缺陷減少 ， 同時(shí)薄膜的內(nèi)應(yīng)力也會(huì)減小 ， 基體溫度低則易形成無定形結(jié)構(gòu)的薄膜 。 形成無定形薄膜的工藝條件是降低吸附原子的表面擴(kuò)散速率 ， 可以通過降低基體溫度 、引入反應(yīng)氣體和摻雜的方法實(shí)現(xiàn) 。 薄膜的結(jié)構(gòu) 薄膜結(jié)構(gòu)可分為三種類型： ? 組織結(jié)構(gòu) ? 晶體結(jié)構(gòu) ? 表面結(jié)構(gòu) （一）薄膜的組織結(jié)構(gòu) 薄膜的 組織結(jié)構(gòu) 是指它的結(jié)晶形態(tài) 。 但并非所有外延薄膜都是層狀生長(zhǎng)型 ， 也有島狀生長(zhǎng)型 。 ? 外延生長(zhǎng)薄膜的形成過程是一種有 方向性的生長(zhǎng) 。這種柱狀結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是由原子或分子在基體上具有有限的遷移率所引起的，所以濺射薄膜的形成和生長(zhǎng)屬于有限遷移率模型。 ? 同時(shí)給薄膜帶來一系列的影響，除了使膜與基體的 附著力增加 以外，還會(huì)由于高能粒子轟擊薄膜表面使其溫度上升而改變薄膜的結(jié)構(gòu)，或使內(nèi)部應(yīng)力增加等，另外還可提高成核密度。 ? 圖 11為 典型 CVD反應(yīng)步驟的濃度邊界模型 圖 512 典型 CVD反應(yīng)步驟的濃度邊界模型 圖 典型 反應(yīng)步驟的濃度邊界模型圖 典型 反應(yīng)步驟的濃度邊界模型真空蒸發(fā)薄膜的形成過程 ? 真空蒸發(fā)薄膜的形成一般分為： 凝結(jié)過程 核形成與生長(zhǎng)過程 島形成與結(jié)合生長(zhǎng)過程 （一）凝結(jié)過程 凝結(jié)過程 是從蒸發(fā)源中被蒸發(fā)的氣相原子 、 離子或分子入射到基體表面之后 ， 從氣相到吸附相 ， 再到凝結(jié)相的一個(gè)相變過程 。 三、 薄膜的形成過程 化學(xué)氣相沉積薄膜的形成過程 真空蒸發(fā)薄膜的形成過程 濺射薄膜的形成過程 外延薄膜的生長(zhǎng) 化學(xué)氣相沉積薄膜的形成過程 ? 化學(xué)氣相沉積是供給基片的氣體 ， 在加熱和等離子體等能源作用下在氣相和基體表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程 。 （ 5）裝飾膜、包裝膜 ① 廣泛用于燈具 、 玩具及汽車等交通運(yùn)輸工具 、 家用電氣用具 、 鐘表 、 工藝美術(shù)品 、“ 金 ” 線 、 “ 銀 ” 線 、 日用小商品等的鋁膜 、黃銅膜 、 不銹鋼膜和仿金 TiN膜與黑色 TiC膜 。 （ 4）有機(jī)分子薄膜 ? 有 機(jī) 分 子 薄 膜 也 稱 LB （ LangmuirBlodgett） 膜 ， 它是有機(jī)物 ， 如羧酸及其鹽 、 脂肪酸烷基族和染料 、 蛋白質(zhì)等構(gòu)成的分子薄膜 ， 其厚度可以是一個(gè)分子層的單分子膜 ， 也可以是多分子層疊加的多層分子膜 。 ② 耐蝕膜 用于化工容器表面耐化學(xué)腐蝕的非晶鎳膜和非晶與微晶不銹鋼膜；用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片表面抗熱腐蝕的 NiCrAlY膜等 。 ② 反射膜 例如用于民用鏡和太陽灶中拋物面太陽能接收器的鍍鋁膜；用于大型天文儀器和精密光學(xué)儀器中的鍍膜反射鏡；用于各類激光器的高反射率膜 （ 反射率可達(dá) 99%以上 ） 等等 。 ③ 薄膜太陽能電池：特別是非晶硅 、 CuInSe2和CdSe薄膜太陽電池 。 按薄膜的功能及其應(yīng)用領(lǐng)域分為： ? 電學(xué)薄膜 ? 光學(xué)薄膜 ? 硬質(zhì)膜、耐蝕膜、潤(rùn)滑膜 ? 有機(jī)分子薄膜 ? 裝飾膜 、 包裝膜 （ 1）電學(xué)薄膜 ① 半導(dǎo)體器件與集成電路中使用的導(dǎo)電材料與介質(zhì)薄膜材料： Al、 Cr、 Pt、 Au、 多晶硅 、 硅化物 、 SiO Si3N Al2O3等的薄膜 。 應(yīng)用薄膜制備方法 ， 很容易獲得各種多層膜和超晶格 。 如勢(shì)阱層的寬度減小到和載流子的德布羅依波長(zhǎng)相當(dāng)時(shí) ， 能帶中的電子能級(jí)將被量子化 ， 會(huì)使光學(xué)帶隙變寬 ， 這種一維超薄層周期結(jié)構(gòu)就稱為 超晶格結(jié)構(gòu) 。cSi/Al 和 aSi/aSiGe疊層太陽電池 :玻璃 /ITO/naSi/iaSi/PaSi/naSi/iaSiGe/PaSi/Al 至 少 在 8層以上 ， 總膜厚在 左右 。 ? 多功能薄膜： 各膜均有一定的電子功能 ， 如 非晶硅太陽電池 : 玻璃襯底 /ITO（ 透明導(dǎo)電膜 ）/PSiC/i181。 （ 6） 容易實(shí)現(xiàn)多層膜 ? 多層膜 是將兩種以上的不同材料先后沉積在同一個(gè)襯底上（也稱為 復(fù)合膜 ），以改善薄膜同襯底間的粘附性。當(dāng) EV ?0時(shí)，則 T=0，不發(fā)生隧道效應(yīng)。 另外，表面中含有大量的 晶粒界面 ，而界面勢(shì)壘 0V比電子能量 E要大得多，根據(jù)量子力學(xué)知識(shí)，這些 電子有一定的幾率， 穿過勢(shì)壘 ，稱為 隧道效應(yīng) 。在這些物質(zhì)的薄膜中，由于電子波的 干涉 ，與膜面垂直運(yùn)動(dòng)相關(guān)的能量將取 分立 的數(shù)值，由此會(huì)對(duì)電子的輸運(yùn)現(xiàn)象產(chǎn)生影響。 )10( ?? x因此，把這樣的成分偏離叫做 非理想化學(xué)計(jì)量比。 )10( ?? xS iO x 由于化合物薄膜的生長(zhǎng)一般都包括化合與分解，所以按照薄膜的生長(zhǎng) 條件，其計(jì)量往往變化相當(dāng)大。 當(dāng) Ta在 N2的放電氣體中被濺射時(shí)，對(duì)應(yīng)于一定的 N2分壓，其生成薄膜 的成分卻是任意的。 化合物的計(jì)量比 ，一般來說是完全確定的。 （ 4） 異常結(jié)構(gòu)和非理想化學(xué)計(jì)量比特性 ? 薄膜的制法多數(shù)屬于 非平衡狀態(tài) 的制取過程，薄膜的結(jié)構(gòu)不一定和相圖相符
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