半導體薄膜材料分析
李文鴻
化學工程系
黎明技術學院
摘要
使用電子迴旋共振電漿化學氣相沉積法(electron cyclotron resonance plasma chemical vapor deposition, ECRCVD)以CH4/SiH4/Ar混合氣體於低溫下成長碳化矽薄膜為例，藉由穿透式電子顯微鏡(TEM)、X光繞射儀(XRD)、掃描式電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)、傅立葉轉換紅外線光譜儀(FTIR)、X射線光電子能譜儀(XPS; ESCA)、歐傑電子能譜儀(AES)、拉塞福背向散射儀(RBS)、低能量電子繞射（LEED）、反射式高能量電子繞射(RHEED)、拉曼光譜儀（Raman）來研究碳化矽薄膜的微結構、表面型態及化學組成與沉積參數之間的關係，藉由二次離子質譜儀(SIMS)來研究沉積膜的雜質濃度分佈，利用光子激發光(PL)來量測發光波長範圍。
關鍵字：材料分析、電子迴旋共振電漿化學氣相沉積法、碳化矽薄膜
一、前言光電半導體產業的發展非常迅速，其中
積體電路製程技術的發展朝向尺寸微小化，目前已邁入0.13μm以下製程及邁向奈米的範疇，並朝多層薄膜的趨勢。然而新材料和製程的開發及其分析更是必須掌握的。本文將以跨世紀的接班材料-碳化矽(silicon carbide)為例，介紹材料之薄膜成長及其分析。
碳化矽為具有許多優異特性的電子材料，如寬能隙、高電子遷移率、高飽和飄移速度、高崩潰電壓、高操作溫度、高熱傳導度、化學惰性、高融點及高硬度【1】，並具耐熱震(thermal shock resistance)、抗高溫氧化、比矽低的介電常數等優點。由Johnson 之優值指標(評估元件在高功率及高頻下運作的指標)碳化矽(β-SiC)為矽之1137.8倍，及Keyes 之優值指標(評估元件在高速下運作的指標) 碳化矽(β-SiC)為矽之5.8倍【2】，故碳化矽元件能在高功率、高頻及高速下操作的特性，在光電元件的製造上，具極大之應用價值，且可用於微機電系統(microelectromechanical system；MEMS)元件之薄膜【3】、封裝材料及濾材之分離膜等【4】。在商業應用發展方面，Cree Research、日本三洋公司及信越半導體等的碳化矽藍光LED已商品化，Motorola將碳化矽應用於RF 及微波的高頻高功率元件，General Electric 應用於高功率及高溫元件之感測器，Westinghouse 應用於高頻MESFET元件等。可見碳化矽具多用途且具發展潛力，因此被諭為跨世紀的接班材料。
由於材料之製程會影響材料結構及性質進而影響其應用，因此本文將介紹碳化矽材
料之結構及性質並簡述使用電子迴旋共振電漿化學氣相沉積法(electron cyclotron resonance plasma chemical vapor deposition, ECRCVD)以CH4/SiH4/Ar混合氣體於低溫下長出高品質的碳化矽薄膜，及藉由穿透式電子顯微鏡、傅立葉轉換紅外線光譜儀、X射線光電子能譜儀、拉塞福背向散射儀原子力顯微鏡來研究SiC薄膜的微結構及化學組成與沉積參數之間的關係，藉由二次離子質譜儀來研究沉積膜的雜質濃度分佈，利用光子激發光(PL)來量測發光波長範圍。文中並簡述分析儀器用途和方法。
二、碳化矽薄膜的結構與製程
(一)碳化矽的結構
碳化矽具多形態結構，一般分為α-SiC 及β-SiC兩大類。α-SiC為六方(hexagonal)晶系、菱面(rhombohedral) 晶系及其衍生態(2nH、3nR)結構的總稱，已鑑定出之α衍生態達200種以上，其中較常觀察到的結構為2H、4H、6H、及15R等。這些多形態結構主要形成是因SiC沿著C軸方向的疊差能(stacking fault energy)很低(1.9 ergs/cm2) 【5】，因而在C軸方向容易形成多種不同的堆疊次序所致。而β-SiC (3C-SiC)由Si和C 交替以SP3混成軌域共價鍵結而成，屬於閃鋅礦(sphalerite) 結構。其中3C-SiC及6H-SiC 結構如圖一所示。關於因不同薄膜製程所得之為何種結構，可藉由穿透式電子顯微鏡(TEM)、X光繞射儀(XRD)來鑑定。
(二) 碳化矽薄膜於矽基板上之成長方式
主要以化學氣相沈積法(chemical vapor deposition；CVD)為主，亦有採用物理氣相沈
積法(physical vapor deposition；PVD)，如直接以碳化矽為靶材利用Ar來濺鍍【6】或利用矽為靶材以CH4及Ar的反應性濺鍍【7】等來成長薄膜，但由於PVD所成長之碳化矽薄層其均勻及階梯覆蓋率(step coverage)比CVD差，因此已為CVD所取代。如Chiu et al. 【8】採用低壓化學氣相沈積法(LPCVD)，Nakamatsu et al. 【9】採用雷射化學氣相沈積法(laser chemical vapor deposition, LCVD)，Veintemillas-Verdaguer et al. 【10】採用有機金屬化學氣相沈積法(MOCVD) 等方法。Wuu et al.【11】以CH4/SiH4/H2為反應氣體，採用電漿輔助化學氣相沈積法(PECVD)可以在1300℃長出多晶型之碳化矽薄膜。從元件製作的觀點而言，低溫晶體成長技術愈形重要。因此需藉由高密度電漿(HDP)來成長高品質薄膜。
在高密度電漿方面，Shimkunas et al. 【12】以C2H4及Ar混合氣體與Si(100)基板反應採用電子迴旋共振電漿化學氣相沉積法(ECRCVD)在約930 ℃的溫度長出a-SiC + poly-SiC的膜；Y amada et al. 【13】在約770 ℃下以C2H4/SiH4/H2混合氣體長出多晶β-SiC。
(三) 電子迴旋共振化學氣相沉積法原理
電子迴旋共振化學氣相沉積產生高密度電漿的原理是由於電子在磁場中產生迴旋運
動，迴旋頻率
ce
ω為【14】
m
ω
e
ce
eB
=
(1)
其中B為磁場強度，而e及m e分別為電子電荷及質量。當外加磁場B= 875 高斯時，電子迴旋頻率ωce= 2.45 GHz，若此時外
加頻率為 = 2.45GHz之微波，則電子獲得此微波的能量而形成共振，使微波能量與磁場的能量相耦合，會在放電區中形成一層電子迴旋共振薄層。電子在通過此薄層時能被同步加速而獲取較大能量，此時電子動能極大再藉著碰撞氣體傳遞能量，因此激化並離子化氣體，所以可產生高密度電漿。ECR比傳統RF電漿具有較高電漿密度與解離度，且可在較低壓力及溫度下操作，並具較低的離子能量對基板的損傷等優點。因此對於薄膜沉積頗具吸引力。
三、以電子迴旋共振化學氣相沉積法沉
積之薄膜材料分析
因不同薄膜製程所得之薄膜組成及表面型態通常有很大的區別。以電子迴旋共振電漿輔助化學氣相沉積儀來成長碳化矽薄膜，影響實驗結果重要實驗參數為氣體的總壓、CH4/SiH4流量比、微波能量大小及攜載氣體種類。而基板溫度及有無成長緩衝層對碳化矽薄膜成長結果影響較小。下面將舉例討論程序參數對於沉積膜化學組成、微結構及表面型態的影響及其薄膜分析。並簡述各分析儀器的用途及分析方法。
(一) 穿透式電子顯微鏡(transmission
electron microscopy, TEM)：
用於沉積膜的微結構分析及厚度量測。依電子顯微鏡對沉積膜觀測方式的不同，可分為橫截面(cross-section)及平面(plan-view)兩種。
(1).試片製作
a. cross sectional TEM (X-TEM)試片製作
1.將玻璃片放置在加熱盤上塗上熱熔
膠，將晶片放在上面且Film面朝下(注意晶片的相對位置)，並輕輕壓平。2.將玻璃片以雙面膠黏於食指，置於砂
紙上研磨，先以小號數的粗砂紙研磨再慢慢換成大號數的細砂紙至2000號，越薄越好。
3.置於加熱盤上在熱熔膠熔融成液狀
後，取出晶片後按編號放置於丙酮中靜置30分鐘以去除熱熔膠。
4.依序地將試片疊片於夾子上(注意試片
相疊的位置，且每片都須壓緊)
5.完成後連同夾子用止洩帶綁緊，外圍
以海綿皮筋絪綁，置於加熱盤上加熱2小時以上。
6.取下試片放置於塗上熱熔膠的小塊玻
片上，以海綿輕輕壓平。
7.將黏有疊片的玻璃片置於砂紙上研磨
至表面光滑(先以小號數的砂紙研磨再
慢慢換成大號數砂紙至4000號，再將
玻璃片微微加熱使熱熔膠熔掉並翻面
黏上，且在四周黏上不要的小墊片(利
用小墊片磨耗程度判斷試片是否水
平)，重複研磨步驟至透紅光為止。
8.上銅環。以Ion Miller形成薄區後上機
做X-TEM。
b. plan view試片製作
1.將玻璃片放置在加熱盤上塗上熱熔膠，將
晶片放在上面且Film面朝下，且在四周黏上不要的小墊片(利用小墊片磨耗程度判斷試片是否水平)；並輕輕壓平。
2.將玻璃片以雙面膠黏於食指，置於砂紙上
研磨，先以小號數180號的粗砂紙研磨再
慢慢換成大號數至4000號的細砂紙研磨
至整個試片透紅光為止，上銅環。亦可利
用蝕刻法即將銅環及周邊非分析區域以
黑膠覆蓋及將試片置於已配置好之適當
蝕刻液蝕刻出小洞
3.以Ion Miller造成薄區後上機做TEM。(2).橫截面(cross-sectional) TEM薄膜分析
藉由TEM可分析沉積膜的結晶結構，其方法如下於試樣中薄區所得之選區繞射，沿著菊池線(Kikuchi line)之縮收束及圖二【15】之方向可找到Zone axis= <110>的選區繞射圖。由圖三知碳化矽材料從<110> zone 觀測較強的繞射晶面為{111}、{220}及{311}；即較強的繞射方向為〈111〉、〈220〉及〈311〉方向。圖四為不同總壓所得沉積膜於Zone axis= <110> 之XTEM暗視野成像(dark field image, DFI)、明視野成像(bright field image, BFI)及圈選沉積膜與矽基板界面所得繞射圖形(diffraction pattern, DP)的照片。由圖四(a)總壓為40 mTorr繞射圖形中矽基板Si〈111〉方向的繞射點為參考點，可以發現在Si 〈111〉、Si〈220〉及Si〈311〉方向之環上有許多繞射點此為沉積膜中多晶矽的結晶所引起的繞射點而其環外有很微弱的同心圓狀的繞射環，由電子繞射理論可知【16】，倒置晶格中原點至倒置點之距離∣R*hkl∣為實空間晶面間距離的倒數，而矽的晶格參數大於碳化矽晶格參數，所以倒置晶格中碳化矽之繞射環在矽之繞射環的外圍，故可推斷此微弱繞且暈開射環應為非晶碳化矽的貢獻。(下幾節將利用FTIR、XPS及RBS在此相同條件下製得的薄膜確認材料的組成及結構)。
故此條件下的沉積膜為含非晶碳化矽及多晶矽(a-SiC+Poly-Si)的薄膜。於Si之〈111〉繞射環上取一繞射點，可以轉得該沉積膜的暗視野成像的照片，如圖四(a)之左側的照片，影像中的亮點為非晶碳化矽沉積膜中Si的結晶，呈柱狀結構。而由穿透點可得該沉積膜的明視野成像的照片，如圖四(a)之中間的照片，影像中的較暗區為沉積膜中Si的結晶。當總壓降至30 mTorr時薄膜結構如四(b)總壓Pt=30 mTorr之結果。以繞射圖形中矽基板Si 〈111〉、Si〈220〉及Si〈311〉方向的繞射點為參考點，可以發現在參考點外有環狀的繞射環，測量這三個微弱繞射環的半徑，可以計算三者之比值R〈111〉：R〈220〉：R 〈311〉?3：8：11，此結果與閃鋅礦(zinc blended)結構的電子繞射結果相符，又由電子繞射理論可知，
L
d
R)hk l(
)
hk l
(
λ
=(2)
對於圖四(b)中的繞射圖形，由(2)式可列出下面的關係式，即
d
R
=
d
R)111(Si
)
111
(
Si
)
111
(
SiC
)
111
(
SiC(3)
而在立方晶格中，晶格常數與晶面距離之間有如下關係
l
k
h
d
2
2
2
)
hk l
(
+
+
a
=
(4)
將方程式(4) 代入方程式(3) 中可得(5)式
a
R
R
a Si
)
hk l
(
SiC
)
hk l
(
Si
SiC
?
=
(5)
由繞射圖形(DP)照片可量得繞射中心點至Si 〈111〉之繞射點的半徑R Si)111(及至SiC〈111〉之繞射環的半徑，而由文獻【17】可查得矽之晶格常數aSi為0.5436 nm，可由式(4)計算出aSiC約為0.435 nm，此值與β-SiC文獻【18】值0.4358 nm非常接近。故可判定微弱的繞射
環為碳化矽的貢獻。若於SiC之〈111〉繞射環上取一繞射點，可以轉得該沉積膜的暗視野成像的照片，如圖四(b)之左側的照片，影像中的亮點為微晶碳化矽沉積膜中SiC的結晶。而由穿透點可得該沉積膜的明視野成像的照片，如圖四(b)之中間的照片，影像中的較暗區為沉積膜中SiC的微結晶。故沉積膜為微晶碳化矽(μc-SiC)的薄膜。
若總壓再降至10~20 mTorr時薄膜結構可得如圖四(c)總壓Pt=20 mTorr之結果，以繞射圖形中矽基板Si〈111〉方向的繞射點為參考點，可以發現在參考點外有三個較4-3b明顯的繞射環，依上述方法可以計算此沉積膜為閃鋅礦(zinc blended)結構，且其晶格常數為0.436 nm，此值與β-SiC文獻值非常接近。相同方法可於SiC之〈111〉繞射環上取一繞射點，轉得該沉積膜的暗視野成像的照片，如圖四(c)之左側的照片，影像中的亮區較明顯且較大為多晶碳化矽沉積膜中SiC的結晶，故可判定沉積膜為多晶碳化矽(poly-SiC)的薄膜。
(3).平面(plan-view) TEM
沉積膜的表面型態及晶粒大小則可運用平面TEM (P-TEM)加以測量，如圖五以Ar 為攜載氣體，在總壓20 mTorr，CH4/SiH4流量比為2，微波能量1200 W的沉積條件下，由圖上的暗野成像照片，可以清楚地觀察到β-SiC晶粒分佈的情形，並量得晶粒大小約為0.2 μm，在1500 W時晶粒形狀接近但晶粒較大。
(4).高解析(HRTEM)
沉積膜與基材界面及膜內是否有缺陷如刃差排(edge dislocation)、螺旋差排(screw dislocation)、雙晶(twin)、疊差（stacking fault）相界（phase boundary）--等以及晶格大小量測，則可運用HRTEM加以分析，圖六以Ar 為攜載氣體，在總壓20mTorr，微波能量1200W，CH4/SiH4流量比為2，的沉積條件下由圖上可看出薄膜界面平整。
(二) 原子力顯微鏡(atomic forace
microscopy, AFM)：
用於觀測沉積膜的晶粒大小、粗糙度、表面型態及初始成核階段之研究，尤其對於奈米材料的研究十分廣用。
AFM和掃瞄式穿隧顯微鏡(STM)，磁力顯微鏡(MFM)--等屬於掃瞄式探針顯微鏡(SPM)。AFM操作模式可分為接觸式(contact mode)、非接觸式(non-contact mode) 以及間歇接觸式(tapping mode)。對於堅硬之陶瓷材料等可採用非接觸式或間歇接觸式以免刮傷尖針，對於易吸水之膜等並注意校準以免產生假像。
由AFM觀測1200 W所沉積之膜的表面型態結果可知其晶粒大小也約為0.2 μm，如圖七所示，和圖五之平面TEM結果相符。
(三) X射線光電子能譜儀(X-ray
photoelectron spectrometer, XPS;
ESCA)：
X光光電子能譜儀是藉著量測X光光電子能譜來分析材料表面各種元素的化學狀態。X光光電子能譜儀又稱為電子能譜化學分析儀(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis, ESCA)。用於沉積膜的成份分析。
當X光由材料表面入射進入材料內部時，X光會將原子內的核心電子(core electron)或鍵結電子(valence electron)激發至高能態，靠近材料表面的高能態電子，有機會逃逸出材料表面進入真空，這些逃逸出材料表面的電子稱為X光光電子。
如圖八是使用X射線源使用鎂靶(Mg KαX-rays 1253.6eV)。能量分析器為型號CLAM-2的半球形電子能量分析器(hemispherical electron energy analyzer)以收集光電子訊號在總壓在20 mTorr，Ar、CH4、SiH4氣體流量分別為100、5、2.5 sccm，微波能量1200 W，所成長之沉積膜的XPS全範圍掃瞄(wide sacn)圖譜。由圖可知，僅有Si、C及O 存在於沉積膜表面而無其它雜質訊號，其中C 1s波峰強度與Si 2s及Si 2p的波峰強度相當，但O 1s的波峰強度則很低，表示沉積膜因曝露在空氣中有些微氧化。由圖九(與圖八相同試樣)之Si 2p與C 1s的高解析XPS圖譜，可以估算沉積膜中SiC X的組成X，其方法乃是將Si 2p 波峰依Si波峰位置(99 eV處)與SiC波峰位置(100.2eV)【19】以Gaussian-Lorentzian波峰形式而分峰；C1s波峰則依SiC波峰位置(282.3~ 283.1eV)與CH波峰位置(285eV)分峰。分峰後相關於SiC波峰之C 1s與Si 2p波峰面積值，分別除以的校正因子(SF Si 2p=0.27與SF C 1s=0.25) 【20】可得沉積膜SiC化學組成，發現此條件下生成的SiC沉積膜符合化學計量係數比。另外可利用電漿子(plasmon)峰輔助判斷薄膜組成。
(四) 傅立葉轉換紅外線光譜儀(Fourier
transform infrared spectrometer,
FTIR)：
用於沉積膜的化學鍵結分析。圖十為不同總壓所得沉積膜的FTIR圖譜，其中SiC的伸展振動(stretching mode)吸收波峰約在800 cm-1處【21】，Si與SiO2的吸收波峰則分別位於610cm-1及1100cm-1處。在總壓為10~40 mTorr的圖譜除了含有矽基板的Si與SiO2之吸收波峰外皆可觀察到800cm-1的吸收峰顯示出SiC鍵結的形成。但當總壓高於30 mTorr時，FTIR圖譜中800cm-1的吸收峰之半波寬(full-width at half-maximum, FWHM)明顯變寬，表示薄膜結晶性變差。
(五) X光繞射儀(XRD):
由Bragg's繞射原理【22-24】：2dsinΘ=λ及結構因子(structure factor)或JCPDS (Joint Committee of Powder Diffraction Standard)卡等資訊了解沉積膜的結構，並可藉由波峰半高寬等資訊帶入謝樂公式(Scherrer Formula)求得晶粒大小，對磊晶薄膜中的結晶缺陷如差排者其附近晶面略有扭曲，因稍偏離繞射條件而影響繞射峰之強度與寬度，可用Double Crystal Rocking Curve (DCRC)法加以偵測，通常缺陷數量愈多會使得特定結晶面之DCRC繞射峰半高寬明顯增大。以及藉由繞射繳度位移了解薄膜受應力之變化。圖十一為典型的多晶 -SiC XRD圖。
(六)拉塞福背向散射儀(Rutherford
backscattering spectrometer, RBS)：
用於沉積膜的薄膜厚度量測、組成成份分析、材料中雜質或佈植之摻雜質的濃度和縱深分佈及各層材料或離子佈植之摻質因退火處理而發生的擴散現象等。拉塞福背向散射分析儀具有非破壞性、分析速度快以及定
量時不需標準品等特點。RBS係利用入射方向為160。左右的氦離子源撞擊試片，其α粒子與試片中之原子發生彈性碰撞而反彈離開試片表面，因每一物種之運動因子(kinematic factor)、散射截面(Scattering cross section)及能量損失率(stopping power)不同，【24,25】再由偵測器收集分析訊號。圖十二為一典型之拉塞福背向散射芬析能譜示意圖。
(七) 歐傑電子能譜(AES):
歐傑(Auger)電子的產生是先用電子將材料的電子激發進入真空，此時原來的電子位置會留下電洞，比此電洞的能量位置更高的電子會跳到電洞位置，此時有兩種方式釋放出所多出來的能量差激發另一個電子，逃逸到真空，此電子稱為歐傑電子。
可利用Ar濺鍍鎗（sputtering gun）作歐傑縱深分析求出每個元素在不同材料深度的濃度X。實驗的原始數據為：歐傑訊號強度對濺鍍時間（sputtering time）圖，縱深分析在資料處理方面常要將此原始數據改為：原子濃度對深度（depth）圖。圖十三為一典型之SiC之AES示意圖。而圖十四為SiC膜之AES depth profile示意圖可知膜之組成均勻。
(八) 二次離子質譜儀(SIMS):
SIMS具有高靈敏度的摻、雜質偵測能力，偵測極限可達百萬分之一(ppm)原子密度，對於部份元素的偵測極限甚至可達十億分之一(ppb)原子密度的分析能力。SIMS以能量0.5-20kV的離子束如O2+、Cs+、Ar+、Ga+等撞擊試片表面，產生離子化的二次粒子，再用質量分析儀加以偵測。利用二次離子質譜儀技術可以得到三種型式的資料：質譜圖
(mass spectra)、縱深分佈圖(depth profiles) 及離子影像(ion images)。質量分析器有扇型磁場式(magnetic sector)、四極柱式(quadrupole)及飛行時間式(Time-of-Flight, TOF)三種，其中Quadrupole SIMS的優點是設備最簡單，偵測速率快，適合縱深分析；但偵測的質量低，質量的偵測解析度低，是其缺點。而magnetic sector SIMS的優點是具有很高的質量偵測解析度，能分別元素以及其同位素在質量的差別，但因需較大的extraction voltage以便提升偵測訊號強度，因此不適合分析粗糙不平的表面。Time of Flight SIMS的優點是偵測訊號強，可偵測非常高的質量解析度佳，但其缺點是偵測速率較慢，不適合縱深分析。圖十五為為總壓20 mTorr，微波能量1200 W下，SIMS所測得在矽基板上沉積多晶碳化矽膜的雜質濃度分佈曲線。在碳化矽膜中矽與碳的濃度相當且均勻，而氧、氫等其它雜質濃度均比沉積膜中主要成份碳與矽的濃度小兩個階數以上。
(九) 光子激發光(photoluminescence, PL)：
PL利用He-Cd為雷射源、Hg燈校正，可用於沉積膜的發光分析。此膜利用PL光譜在低溫(10 K)觀測發光情形，於肉眼即可觀察到藍綠光，其光譜如圖十六所示。有文獻報告【26】指出矽基板會造成發光紅移(red-shifted)且發光強度與膜厚成正比。因此圖中525~625 nm 之間的波峰應為基板所造成，而450 nm左右有一小峰即為SiC膜所放射藍光的結果。
(十) 低能量電子繞射（LEED）、反射式高能
量電子繞射(RHEED)：
若將Si(100)試片經適當清潔處理，在真空中加熱至900℃幾分鐘可得非常乾淨的Si(100)2x1表面【27】，當把表面放在低能量電子繞射儀格子網的聚焦點時，從電子鎗射來的低能量約50eV至500eV電子束垂直入射Si(100)表面，此時利用depressor技術，將非彈性碰撞電子以及二次電子濾掉，只讓彈性碰撞的電子通過格子網，此時在螢幕會看到明亮的LEED pattern。
RHEED的工作方式，是將5-50KeV的電子沿著幾乎平行表面的角度入射，此時電子因入射角約只有3-5度，電子的穿透深度非常淺，約2-3層原子深度，因此反射的電子雖具有高能量，但因穿透深度非常淺，反射電子的訊號只攜帶表面的繞射訊號，若試片表面是單晶，反射電子會在螢幕上形成條狀的繞射圖。雖然繞射圖樣和低能量電子繞射不一樣，但此兩種技術都可由繞射原理也就是k' - k = G hkl來解釋其繞射圖。圖十七為典型的多晶 -SiC RHEED及LEED圖。
(十一) 拉曼光譜儀（Raman）：
於沉積膜的鍵結分析。圖十八為總壓20 mTorr，微波能量1200 W下所得沉積膜的Raman圖譜，其中在794 cm-1處為3C-SiC之transverse optical(TO) mode，967 cm-1處為3C-SiC之longitudinal optical (LO) mode 【21】由圖可知所成長膜為3C-SiC。
(十二) 掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscopy, SEM)：
半導體薄膜分析中，使用率最高的分析技術應該算是SEM，在SEM的表面微結構分析中，需利用低加速電壓來觀察，當加速電
壓增高時，電子束的穿透力及擴散力增大，試片中易產生一些多餘的訊號如背向散射電子的數量增加，而降低影像的對比，並掩蓋表面的微結構，需用低加速電壓才能取得較佳的影像。如圖十九為20 mTorr，微波能量1200 W的沉積條件下所得SEM圖，由圖上可清楚地觀察到 -SiC晶粒分佈的情形，並量得晶粒大小約為0.2 μm。
我們可利用附加於SEM之EDX分析薄膜表面之粒子缺陷，利用圖面分佈(Mapping)方式分析可觀察選定之成份元素在二維空間上之相對含量。針對電子束所激發的特性X 光分析，一般亦稱為電子束微分析法(Electron Probe for Microanalysis, EPMA)，根據偵測X光的分析方法不同，主要可分為能量散佈分析儀(Energy Dispersive Spectrometer, EDS) 或波長散佈分析儀(Wavelength Dispersive Spectrometer, WDS) 兩種，兩者的偵測原理、量測極限皆有不同各有其優缺點。
四、電漿成長薄膜材料之分析
對於薄膜成長期間之分析可藉由光學發射光譜儀(optical emission spectrometer, OES)、表面殘餘氣體分析儀(residual gas analyzer, RGA)。OES用於沉積反應時電漿中臨場(in-situ)的發光物種分析。而電漿中的氣體臨場(in-situ)的活性基及中間物可藉由RGA協助分析，利於電漿成膜或蝕刻之電漿診斷。電漿電漿診斷的方法尚有【28】光學吸收光譜(optical absorption spectroscopy, OAS)、雷射激起螢光光譜(laser-induced fluorescence, LIFS)、CARS(coherent anti-Stokes Raman spectroscopy)和FTIR之光
譜法，以及Langmuir probe、雙探針、放射探針(emission probe)之探針分析法和GC、ESR(electron-spin resonance)等其它分析法。其中OES具有非破壞性，可測光放射之中性及離子等物種且不干擾電漿狀態和有效快速等優點，因此廣用於電漿中的化學組態分析。
另外尚有許多分析儀器如展阻量測分析儀(SRP)將試片傾斜研磨經由探針在試片所量得的觀察載子在不同深度的分佈情形，即可量測載子濃度及接面深度、聚焦式離子束顯微鏡(Focused Ion beam, FIB)可做元件修補及微區分析、全反射式X-光螢光分析儀(Total Reflection X-ray Fluorescence, TXRF)用於晶圓(wafer)等表面污染之量測、霍爾量測(Hall measurement)用於n或P型半導體之判別及摻值濃度和移動率(mobility)量測、四點探針(four point probe)之片阻值量測、橢圓儀(Ellipsometry)可知薄膜的厚度和折射率、α-step 可知薄膜的厚度、熱差分析儀(DTA)、熱重分析儀(TGA)、示差掃描熱量分析儀(DSC)、熱機械分析儀(TMA)---等熱分析儀器及核磁共振光譜儀(NMR)---等可了解先驅物熱分解反應輔以了解成膜機制，及I-V、C-V---等皆可用來協助故障分析(failure analysis) 和品保分析、製程監控(process monitoring)、技術開發(technology development)、和進行產品功能異常偵錯(debug)等用途。使薄膜成長之條件因充分分析而能確實掌握其品質。
五、結論
以電子迴旋共振化學氣相沈積法成長碳化矽薄膜可藉由材料分析了解不同製程參數對薄膜結構及組成的影響如下:
1、在20 mTorr，CH4/SiH4流量比為2，微
波能量1200W，能沈積多晶 -SiC膜，在此條件晶粒大小約0.2 μm。
2、在微波能量1200W，10~20 mTorr沉積膜為多晶碳化矽(poly-SiC)，30 mTorr沉積膜為微晶碳化矽(μc-SiC)，相對高壓(40 mTorr)沉積膜為非晶碳化矽中含多晶矽(a-SiC+poly-Si)。
3、在總壓20 mTorr，微波能量1200 W的沉積條件下所得之沉積膜於低溫下用PL觀測，肉眼即可觀察到藍綠光。
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圖一碳化矽之(a)3C-SiC (b)6H-SiC結構【25】
圖二β-SiC低指標軸之三角標準圖譜【58】
圖三<110> zone 觀察碳化矽繞射點
圖四在總壓為(a)40, (b)30, (c)20 mTorr所得
沉積膜之XTEM之暗視野成像、明視野
成像及繞射圖形照片
圖五總壓20mTorr，微波能量1200W，β-SiC 的P-TEM照片。
薄膜材料的应用与发展 薄膜材料的发展以及应用，薄膜材料的分类，如金刚石薄膜、铁电薄膜、氮化碳薄膜、半导体薄膜复合材料、超晶格薄膜材料、多层薄膜材料等。各类薄膜在生产与生活中的运用以及展望。 1 膜材料的发展 在科学发展日新月异的今天，大量具有各种不同功能的薄膜得到了广泛的应用，薄膜作为一种重要的材料在材料领域占据着越来越重要的地位。 自然届中大地、海洋与大气之间存在表面，一切有形的实体都为表面所包裹，这是宏观表面。生物体还存在许多肉眼看不见的微观表面，如细胞膜和生物膜。生物体生命现象的重要过程就是在这些表面上进行的。细胞膜是由两层两亲分子--脂双层膜构成，它好似栅栏，将一些分子拦在细胞内，小分子如氧气、二氧化碳等，可以毫不费力从膜中穿过。膜脂双层分子层中间还夹杂着蛋白质，有的像船，可以载分子，有的像泵，可以把分子泵到膜外。细胞膜具有选择性，不同的离子须走不同的通道才行，比如有K＋通道、Cl－通道等等。细胞膜的这些结构和功能带来了生命，带来了神奇。 2 膜材料的应用 人们在惊叹细胞膜奇妙功能的同时，也在试图模仿它，仿生一直以来就是材料设计的重要手段，这就是薄膜材料。它的一个很重要的应用就是海水的淡化。虽然地球上70％的面积被水覆盖着，但是人们赖以生存的淡水只占总水量的2.5％～3％，随着人口增长和工业发展，当今世界几乎处于水荒之中。因此将浩瀚的海水转为可以饮用的淡水迫在眉睫。淡化海水的技术主要有反渗透法和蒸馏法,反渗透法用到的是具有选择性的高分子渗透膜,在膜的一边给海水施加高压,使水分子透过渗透膜,达到膜的另一边,而把各种盐类离子留下来,就得到了淡水。反渗透法的关键就是渗透膜的性能,目前常用有醋酸纤维素类、聚酰胺类、聚苯砜对苯二甲酰胺类等膜材料.这种淡化过程比起蒸法法,是一种清洁高效的绿色方法。 利用膜两边的浓度差不仅可以淡化海水,还可以提取多种有机物质。工业生产中，可用膜法过滤含酚、苯胺、有机磺酸盐等工业废水，膜法过滤大大节约了成本,有利于我们的生存环境。 膜的应用还体现在表面化学上面。在日常生活中,我们会发现在树叶表面,水滴总是呈圆形,是因为水不能在叶面铺展。喷洒农药时,如果在农药中加入少量的润湿剂(一种表面活性剂),农药就能够在叶面铺展,提高杀虫效果,降低农药用量。 更重要的，研究人员还将膜材料用于血液透析，透析膜的主要功能是移除体内多余水份和清除尿毒症毒素，大大降低了肾功能衰竭患者的病死率[1] 3 膜材料的分类 近年来,随着成膜技术的飞速发展,各种材料的薄膜化已经成为一种普遍趋势。 薄膜材料种类繁多,应用广泛,目前常用的有：超导薄膜、导电薄膜、电阻薄膜、半导体薄膜、介质薄膜、绝缘薄膜、钝化与保护薄膜、压电薄膜、铁电薄膜、光电薄膜、磁电薄膜、磁光薄膜等。目前很受人们注目的主要有一下几种薄膜。 3.1金刚石薄膜 金刚石薄膜的禁带宽，电阻率和热导率大，载流子迁移率高，介电常数小，击穿电压高，是一种性能优异的电子薄膜功能材料，应用前景十分广阔。 近年来,随着科技的发展,人们发展了多种金刚石薄膜的制备方法,比如离子束沉积法、磁控溅射法、热致化学气相沉积法、等离子化学气相沉积法等.成功获得了生长速度快、具有较高质量的膜,从而使金刚石膜具备了商业应用的可能。
半導體薄膜材料分析 李文鴻 化學工程系 黎明技術學院 摘要 使用電子迴旋共振電漿化學氣相沉積法(electron cyclotron resonance plasma chemical vapor deposition, ECRCVD)以CH4/SiH4/Ar混合氣體於低溫下成長碳化矽薄膜為例，藉由穿透式電子顯微鏡(TEM)、X光繞射儀(XRD)、掃描式電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)、傅立葉轉換紅外線光譜儀(FTIR)、X射線光電子能譜儀(XPS; ESCA)、歐傑電子能譜儀(AES)、拉塞福背向散射儀(RBS)、低能量電子繞射（LEED）、反射式高能量電子繞射(RHEED)、拉曼光譜儀（Raman）來研究碳化矽薄膜的微結構、表面型態及化學組成與沉積參數之間的關係，藉由二次離子質譜儀(SIMS)來研究沉積膜的雜質濃度分佈，利用光子激發光(PL)來量測發光波長範圍。 關鍵字：材料分析、電子迴旋共振電漿化學氣相沉積法、碳化矽薄膜 一、前言光電半導體產業的發展非常迅速，其中
積體電路製程技術的發展朝向尺寸微小化，目前已邁入0.13μm以下製程及邁向奈米的範疇，並朝多層薄膜的趨勢。然而新材料和製程的開發及其分析更是必須掌握的。本文將以跨世紀的接班材料-碳化矽(silicon carbide)為例，介紹材料之薄膜成長及其分析。 碳化矽為具有許多優異特性的電子材料，如寬能隙、高電子遷移率、高飽和飄移速度、高崩潰電壓、高操作溫度、高熱傳導度、化學惰性、高融點及高硬度【1】，並具耐熱震(thermal shock resistance)、抗高溫氧化、比矽低的介電常數等優點。由Johnson 之優值指標(評估元件在高功率及高頻下運作的指標)碳化矽(β-SiC)為矽之1137.8倍，及Keyes 之優值指標(評估元件在高速下運作的指標) 碳化矽(β-SiC)為矽之5.8倍【2】，故碳化矽元件能在高功率、高頻及高速下操作的特性，在光電元件的製造上，具極大之應用價值，且可用於微機電系統(microelectromechanical system；MEMS)元件之薄膜【3】、封裝材料及濾材之分離膜等【4】。在商業應用發展方面，Cree Research、日本三洋公司及信越半導體等的碳化矽藍光LED已商品化，Motorola將碳化矽應用於RF 及微波的高頻高功率元件，General Electric 應用於高功率及高溫元件之感測器，Westinghouse 應用於高頻MESFET元件等。可見碳化矽具多用途且具發展潛力，因此被諭為跨世紀的接班材料。 由於材料之製程會影響材料結構及性質進而影響其應用，因此本文將介紹碳化矽材
金屬氧化物透明導電材料的基本原理 一、透明導電薄膜簡介 如果一種薄膜材料在可見光範圍內(波長380-760 nm)具有80%以上的透光率，而且導電性高，其比電阻值低於1×10-3 ·cm，則可稱為透明導電薄膜。Au, Ag, Pt, Cu, Rh, Pd, A1, Cr等金屬，在形成3-15 nm厚的薄膜時，都有某種程度的可見光透光性，因此在歷史上都曾被當成透明電極來使用。但金屬薄膜對光的吸收太大，硬度低而且穩定性差，因此人們開始研究氧化物、氮化物、氟化物等透明導電薄膜的形成方法及物性。其中，由金屬氧化物構成的透明導電材料(transparent conducting oxide, 以下簡稱為TCO)，已經成為透明導電膜的主角，而且近年來的應用領域及需求量不斷地擴大。首先，隨著3C產業的蓬勃發展，以LCD為首的平面顯示器(FPD)產量逐年增加，目前在全球顯示器市場已佔有重要的地位，其中氧化銦錫(In2O3:Sn, 意指摻雜錫的氧化銦，以下簡稱為ITO)是FPD的透明電極材料。另外，利用SnO2等製成建築物上可反射紅外線的低放射玻璃(low-e window)，早已成為透明導電膜的最大應用領域。未來，隨著功能要求增加與節約能源的全球趨勢，兼具調光性與節約能源效果的electrochromic (EC) window (一種透光性可隨施加的電壓而變化的玻璃)等也可望成為極重要的建築、汽車及多種日用品的材料，而且未來對於可適用於多種場合之透明導電膜的需求也會越來越多。 二、常用的透明導電膜
一些目前常用的透明導電膜如表1所示，我們可看出TCO佔了其中絕大部分。這是因為TCO具備離子性與適當的能隙(energy gap)，在化學上也相當穩定，所以成為透明導電膜的重要材料。 表1 一些常用的透明導電膜 三、代表性的TCO材料 代表性的TCO材料有In2O3， SnO2， ZnO， CdO， CdIn2O4， Cd2SnO4，Zn2SnO4和In2O3-ZnO等。這些氧化物半導體的能隙都在3 eV以上，所以可見光(約1.6-3.3 eV)的能量不足以將價帶(valence band)的電子激發到導帶(conduction band)，只有波長在350-400nm(紫外線)以下的光才可以。因此，由電子在能帶間遷移而產生的光吸收，在可見光範圍中不會發生，TCO對可見光為透明。
半导体材料吸收光谱测试分析 一、实验目的 1.掌握半导体材料的能带结构与特点、半导体材料禁带宽度的测量原理与方法。 2.掌握紫外可见分光光度计的构造、使用方法和光吸收定律。 二、实验仪器及材料 紫外可见分光光度计及其消耗品如氘灯、钨灯、绘图打印机，玻璃基ZnO 薄膜。 三、实验原理 1.紫外可见分光光度计的构造、光吸收定律 UV762双光束紫外可见分光光度计外观图： (1)仪器构造：光源、单色器、吸收池、检测器、显示记录系统。 a ．光源：钨灯或卤钨灯——可见光源，350~1000nm ；氢灯或氘灯——紫外光源，200~360nm 。 b ．单色器：包括狭缝、准直镜、色散元件 色散元件：棱镜——对不同波长的光折射率不同分出光波长不等距； 光栅——衍射和干涉分出光波长等距。 c ．吸收池：玻璃——能吸收UV 光，仅适用于可见光区；石英——不能吸收紫外光，适用于紫外和可见光区。 要求：匹配性（对光的吸收和反射应一致） d ．检测器：将光信号转变为电信号的装置。如：光电池、光电管（红敏和蓝敏）、光电倍增管、二极管阵列检测器。 紫外可见分光光度计的工作流程如下： 光源 单色器 吸收池 检测器 显示 双光束紫外可见分光光度计则为：
双光束紫外可见分光光度计的光路图如下： (2)光吸收定律 单色光垂直入射到半导体表面时，进入到半导体内的光强遵照吸收定律： x x e I I ?-=α0 d t e I I ?-=α0 (1) I 0：入射光强；I x ：透过厚度x 的光强；I t ：透过膜薄的光强；α：材料吸收系数，与材料、入射光波长等因素有关。 透射率T 为： d e I I T ?-==α0 t (2)
第44卷第5期2016年5月 硅酸盐学报Vol. 44，No. 5 May，2016 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY https://www.doczj.com/doc/083757706.html, DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.2016.05.15 多孔金属氧化物半导体薄膜的制备及其光催化性能 吴朵朵1，鲍艳2，马建中2，田万乐2 (1. 陕西科技大学化学与化工学院，西安 710021；2. 陕西科技大学资源与环境学院，西安 710021) 摘要：以垂直蒸发沉积法制备的聚苯乙烯(PS)胶态晶体为模板，采用溶胶-凝胶法制备多孔ZnO和TiO2薄膜，分别考察其对罗丹明B(RhB)溶液的光催化降解效果。使用扫描电子显微镜观察PS胶态晶体以及多孔ZnO和TiO2薄膜的形貌，以紫外-可见吸收光谱仪表征光催化降解效果。结果表明：PS分散液浓度对PS胶态晶体的组装层数有显著影响；PS胶态晶体的组装层数及ZnO和TiO2溶胶的浓度对多孔ZnO和TiO2薄膜的光催化降解效果有显著影响。 关键词：PS胶态晶体；多孔ZnO薄膜；多孔TiO2薄膜；光催化降解 中图分类号：TB32 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2016)05–0000–06 网络出版时间：网络出版地址： Preparation and Photocatalytic Activity of Porous Metal Oxides Films WU Duoduo1, BAO Yan2, MA Jianzhong2, TIAN Wanle2 (1. College of Chemistry and Chemical Engineering, Shaanxi University of Science and Technology, Xi’an 710021, China; 2. College of Resources and Environment, Shaanxi University of Science and Technology, Xi’an 710021, China) Abstract: Porous ZnO and TiO2 films were fabricated on ITO conductive glass by sol-dipping method using polystyrene colloidal crystal as template, which was prepared via vertical deposition method. The effect of porous ZnO and TiO2 films on photocatalysis degradation to Rhodamine B solution was investigated. Scanning electron microscopy was used to observe the structure of polystyrene colloidal crystal templates, porous ZnO and TiO2 films. Photocatalysis degradation ability of porous ZnO and TiO2 films was evaluated by ultraviolet-visible spectrometer. The results show that the concentration of polystyrene suspension has a significant influence on colloidal crystal layer. Simultaneously, PS colloidal crystal layer and sol concentration affects greatly to the photocatalytic degradation ability of ZnO and TiO2 films. Keywords: polystyrene colloidal crystal; porous ZnO films; porous TiO2 films;photocatalysis degradation 常用的金属氧化物半导体材料有ZnO和TiO2，半导体材料在受到光照射时产生的电子和空穴具有较强的还原和氧化能力，可以有效地催化降解有机污染物，最终使之生成无毒、无味的二氧化碳和水。目前，已经成功制备出不同形貌的ZnO和TiO2，且已被广泛用于光催化领域中[1-4]。然而常用的ZnO 和TiO2是粉体材料，纳米粉末在应用过程中存在容易团聚从而降低光催化效果的缺陷。同时，光催化结束后从悬浮液中分离出不可溶解的纳米粉末非常困难。多孔金属氧化物薄膜具有比表面积大、分散性好、易于回收等优点，在光催化领域具有潜在的应用。 迄今为止，已有大量文献报道了多孔材料的制备方法。如可利用模板分子的立体效应进行制备，Lupo等[5]以呫吨染料曙红作为结构诱导剂，通过电化学沉积法制备了多孔ZnO。也可以聚合物为模板制备多孔材料[6–7]，Zhao等[6]以一种生物质作为硬模板，嵌段式聚醚作为软模板制备了多孔ZnO，可有 收稿日期：2015–10–13。修订日期：2016–02–28。第一作者：吴朵朵(1993—)，女，硕士研究生。 通信作者：马建中(—)，男，教授。Received date: 2015–10–13. Revised date: 2016–02–28. First author: WU Duoduo (1993–), female, Master candidate. E-mail: wuduoduo3@https://www.doczj.com/doc/083757706.html, Corresponding author: MA Jianzhong(), male, Professor. E-mail: majz@https://www.doczj.com/doc/083757706.html,
《半导体与晶体薄膜的XRD 测量》 实验报告 学院数理与信息工程学院专业物理学课程近代物理实验姓名阮柳晖学号 09180229 组员王健華指导老师斯劍霄 完成时间：2012年5月27日 【摘要】：利用Y —2000型X 射线衍射仪，对不同衬底所镀晶体薄膜进行XRD 测量，利用测量出的衍射峰，可以较好地分析薄膜晶面在不同温度下的生长趋势，从而帮助获得较高纯度的晶体薄膜。此外，利用各衍射峰的半高宽，可以获得相关晶体所对应的密勒指数下的晶粒大小，并对不同温度相同晶面的晶粒大小进行比较分析。 【关键词】：XRD 测量衍射峰晶体薄膜半高宽晶粒大小 【引言】：自从伦琴于1895 年发现X 射线以来，人们对X 射线的应用开展了深入的研究。X 射线衍射技术是利用X 射线在晶体、非晶体中衍射与散射效应，进行物相分析、结构类型和不完整性分析的技术，可广泛应用于物理学、化学、分子物理学、医学、金属学、材料学、高分子科学、工程技术学、地质学、矿物学等学科领域，是目前应用最广泛的一项技术，在材料现代分析方法中占有重要的地位。XRD 主要应用于定性相分析、定量相分析、晶粒大小的测定、材料的宏观和微观应力测定、织构(择优取向分析、取向度和晶体及多晶体的定向测量。
本文主要介绍利用XRD 衍射仪测量晶体衍射峰强度，从而了解所镀膜层随温度变化晶体生长取向的变化趋势，以及根据晶体对应密勒指数下的衍射峰的半高宽计算晶粒大小，进而对薄膜材料的制备条件有更为深入的了解。 【正文】： 一、实验原理 （1）、布拉格方程及其衍射理论 图1 X 射线布拉格衍射示意图 布拉格方程一般表示为： 2d hkl sin θ = n λ 其中，d hkl 是(hkl 晶面间距，θ 是布拉格角，整数n 是衍射级数，λ 是所用X 射线的波长。布拉格方程反映了X 射线在晶体中衍射时所遵循的规律。 （2）、谢乐公式 根据XRD 衍射数据，可以采用谱线宽化法间接测定晶体中平均晶粒大小，其计算式如下 L h , l , k k λ=βh , k , l cos θh , k , l
薄膜技术在能源材料中的应用——薄膜太 阳能电池 一概述 能源和环境是二十一世纪面临的两个重大问题，据专家估算，以现在的能源消耗速度，可开采的石油资源将在几十年后耗尽，煤炭资源也只能供应人类使用约200年。太阳能电池作为可再生无污染能源，能很好地同时解决能源和环境两大难题，具有很广阔的发展前景。照射到地球上的太阳能非常巨大，大约40 min照射到地球上的太阳能就足以满足全球人类一年的能量需求。因此，制备低成本高光电转换效率的太阳能电池不仅具有广阔的前景，而且也是时代所需。 太阳能电池行业是21世纪的朝阳行业，发展前景十分广阔。在电池行业中，最没有污染、市场空间最大的应该是太阳能电池，太阳能电池的研究与开发越来越受到世界各国的广泛重视。 太阳能电池种类繁多，主要有硅太阳能电池、聚光太阳能电池、无机化合物薄膜太阳能电池、有机薄膜太阳能电池、纳米晶薄膜太阳能电池和叠层太阳能电池等几大类[1]。 二薄膜太阳能电池。 1、薄膜硅太阳能电池 薄膜硅太阳能电池(硅膜厚约50μm)的出现，相对晶体硅太阳能电池，所用的硅材料大幅度减少，很大程度上降低了晶体硅太阳能电池的成本。薄膜硅太阳能电池主要有非晶硅(a—Si)、微晶硅(μc—Si)和多晶硅(p-Si)薄膜太阳能电池，前两者有光致衰退效应，其中μc—Si薄膜太阳能电池光致衰退效应相对较弱但μc-Si薄膜沉积速率低(仅1.2 nm/s) ，光致衰退效应致使其性能不稳定，发展受到一定的限制，而后者则无光致衰退效应问题，因此是硅系太阳能电池
的发展方向[1]。 太阳能电池是制约太阳能发电产业发展的瓶颈技术之一。目前主要的研究工作集中在新材料、新工艺、新设计等方面，其目的是为了提高电池转换效率和降低电池制造成本。制造太阳能电池的材料主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅以及其他新型化合物半导体材料，其中非晶硅属直接转换型半导体，光吸收率大，易于制成厚度0．5微米以下、面积l平方米以上的薄膜，并且容易与其他 原子结合制成对近红外高吸收的非晶硅锗集层光电池，这是目前的主攻方向之一；另一种是非晶硅和多晶硅混合薄膜材料，它转换率高、用材省，是新世纪最有前途的薄膜电池之一。 2、无机化合物薄膜太阳能电池 选用的无机化合物主要有CdTe，CdS，GaAs，CulnSe2(CIS)等，其中CdTe的禁带宽度为1．45 eV(最佳产生光伏响应的禁带宽度为1．5 eV)，是一个理想的半导体材料，截止2004年，CdTe电池光电转化效率最高为16．5％；CdS的禁带宽度约为2．42 eV，是一种良好的太阳能电池窗口层材料，可与CdTe、SnS和CIS等形成异质结太阳能电池；GaAs的禁带宽度为1．43 eV，光吸收系数很高，GaAs单结太阳电池的理论光电转化效率为27％，目前GaA/Ge单结太阳电池最高光电转换效率超过20％，生产水平的光电转换效率已经达到19～20％，其与GalnP组成的双节、三节和多节太阳能电池有很大的发展前景；CIS薄膜太阳能电池实验室最高光电转化效率已达19．5％，在聚光条件下(14个太阳光强)，光电转化效率达到21．5％，组件产品的光电转化效率已经超过13％；CIS 薄膜用Ga部分取代In，就形成Culn1-x Ga x Se2 (简称CIGS)四元化合物，其薄膜的禁带宽度在1．04～1．7 eV范围内可调，这为太阳能电池最佳禁带宽度的优化提供了机会，同时开发了两种新的材料，用Ga完全取代In形成CuGaSe2，用S完全取代Se形成CulnS2，以备In、Se资源不足时可以采用。但是，Cd和As是有毒元素，In和Se是稀有元素，严重地制约着无机化合物薄膜太阳能电池的大规模生
小编为您解读半导体生产过程中的主要设备概况。 1、单晶炉 设备名称：单晶炉。
设备功能：熔融半导体材料，拉单晶，为后续半导体器件制造，提供单晶体的半导体晶坯。 主要企业（品牌）： 国际：德国 PVA TePla AG 公司、日本 Ferrotec 公司、美国 QUANTUM DESIGN公司、德国 Gero 公司、美国KAYEX公司。 国内：北京京运通、七星华创、北京京仪世纪、河北晶龙阳光、西安理工晶科、常州华盛天龙、上海汉虹、 西安华德、中国电子科技集团第四十八所、上海申和热磁、上虞晶盛、晋江耐特克、宁夏晶阳、常州江南、 合肥科晶材料技术有限公司、沈阳科仪公司。 2、气相外延炉 设备名称：气相外延炉。 设备功能：为气相外延生长提供特定的工艺环境，实现在单晶上，生长与单晶晶相具有对应关系的薄层晶 体，为单晶沉底实现功能化做基础准备。气相外延即化学气相沉积的一种特殊工艺，其生长薄层的晶体结 构是单晶衬底的延续，而且与衬底的晶向保持对应的关系。 主要企业（品牌）： ProtoFlex公司、国际：美国 CVD Equipment 公司、美国GT公司、法国Soitec公司、法国AS公司、美 国 美国科特·莱思科（Kurt J.Lesker）公司、美国Applied Materials公司。 国内：中国电子科技集团第四十八所、青岛赛瑞达、合肥科晶材料技术有限公司、北京金盛微纳、济南 力冠电子科技有限公司。
3、分子束外延系统（MBE，Molecular Beam Epitaxy System） 设备名称：分子束外延系统。 设备功能：分子束外延系统，提供在沉底表面按特定生长薄膜的工艺设备；分子束外延工艺，是一种制备 单晶薄膜的技术，它是在适当的衬底与合适的条件下，沿衬底材料晶轴方向逐层生长薄膜。主要企业（品 牌）： 国际：法国 Riber 公司、美国Veeco 公司、芬兰DCA Instruments公司、美国SVTAssociates公司、美国NBM公司、德国 Omicron 公司、德国 MBE-Komponenten公司、英国 Oxford Applied Research（OAR）公司。 国内：沈阳中科仪器、北京汇德信科技有限公司、绍兴匡泰仪器设备有限公司、沈阳科友真空技术有限 公司。 4、氧化炉（ VDF）
一、金相实验室 ? Leica DM/RM 光学显微镜 主要特性：用于金相显微分析，可直观检测金属材料的微观组织，如原材料缺陷、偏析、初生碳化物、脱碳层、氮化层及焊接、冷加工、铸造、锻造、热处理等等不同状态下的组织组成，从而判断材质优劣。须进行样品制备工作，最大放大倍数约1400倍。 ? Leica 体视显微镜 主要特性：1、用于观察材料的表面低倍形貌，初步判断材质缺陷； 2、观察断口的宏观断裂形貌，初步判断裂纹起源。 ?热振光模拟显微镜 ?图象分析仪 ?莱卡DM/RM 显微镜附 CCD数码照相装置 二、电子显微镜实验室 ?扫描电子显微镜(附电子探针) (JEOL JSM5200，JOEL JSM820，JEOL JSM6335) 主要特性： 1、用于断裂分析、断口的高倍显微形貌分析，如解理断裂、疲劳断裂（疲劳辉纹）、晶间断裂（氢脆、应力腐蚀、蠕变、高温回火脆性、起源于晶界的脆性物、析出物等）、侵蚀形貌、侵蚀产物分析及焊缝分析。 2、附带能谱，用于微区成分分析及较小样品的成分分析、晶体学分析，测量点阵参数/合金相、夹杂物分析、浓度梯度测定等。 3、用于金属、半导体、电子陶瓷、电容器的失效分析及材质检验、放大倍率：10X—300,000X；样品尺寸：0.1mm—10cm；分辩率:1—50nm。 ?透射电子显微镜（菲利蒲 CM-20,CM-200） 主要特性： 1、需进行试样制备为金属薄膜，试样厚度须<200nm。用于薄膜表面科学分析，带能谱，可进行化学成分分析。 2、有三种衍射花样：斑点花样、菊池线花样、会聚束花样。斑点花样用于确定第二相、孪晶、有序化、调幅结构、取向关系、成象衍射条件。菊池线花样用于衬度分析、结构分析、相变分析以及晶体精确取向、布拉格位移矢量、电子波长测定。会聚束花样用于测定晶体试样厚度、强度分布、取向、点群、空间群及晶体缺陷。 三、X射线衍射实验室 ? XRD-Siemens500—X射线衍射仪 主要特性： 1、专用于测定粉末样品的晶体结构（如密排六方，体心立方，面心立方等），晶型，点阵类型，晶面指数，衍射角，布拉格位移矢量，已及用于各组成相的含量及类型的测定。测试时间约需1小时。 2、可升温（加热）使用。 ? XRD-Philips X’Pert MRD—X射线衍射仪 主要特性： 1、分辨率衍射仪，主要用于材料科学的研究工作，如半导体材料等，其重现性精度达万分之一度。 2、具备物相分析（定性、定量、物相晶粒度测定；点阵参数测定），残余应力及织构的测定；薄膜物相鉴定、薄膜厚度、粗糙度测定；非平整样品物相分析、小角度散射分析等功能。 3、用于快速定性定量测定各类材料（包括金属、陶瓷、半导体材料）的化学成分组成及元素含量。如：Si、P、S 、Mn、Cr、Mo、Ni、V、Fe、Co、W等等，精确度为0.1%。 4、同时可观察样品的显微形貌，进行显微选区成分分析。
1.为了研究真空和实际使用方便，根据各压强范围内不同的物理特点，把真空划分为 粗真空，低真空，高真空，超高真空四个区域。 2.在高真空真空条件下，分子的平均自由程可以与容器尺寸相比拟。 3.列举三种气体传输泵旋转式机械真空泵，油扩散泵和复合分子泵。 4.真空计种类很多，通常按测量原理可分为绝对真空计和相对真空计。 5.气体的吸附现象可分为物理吸附和化学吸附。 6.化学气相反应沉积的反应器的设计类型可分为常压式，低压式，热壁 式和冷壁式。 7.电镀方法只适用于在导电的基片上沉积金属和合金，薄膜材料在电解液中是以 正离子的形式存在。制备有序单分子膜的方法是LB技术。 8.不加任何电场，直接通过化学反应而实现薄膜沉积的方法叫化学镀。 9.物理气相沉积过程的三个阶段：从材料源中发射出粒子，粒子运输到基片和粒子 在基片上凝聚、成核、长大、成膜。 10.溅射过程中所选择的工作区域是异常辉光放电，基板常处于负辉光区，阴极 和基板之间的距离至少应是克鲁克斯暗区宽度的3-4倍。 11.磁控溅射具有两大特点是可以在较低压强下得到较高的沉积率和可以在较低 基片温度下获得高质量薄膜。 12.在离子镀成膜过程中，同时存在吸附和脱附作用，只有当前者超 过后者时，才能发生薄膜的沉积。 13.薄膜的形成过程一般分为：凝结过程、核形成与生长过程、岛形成与 结合生长过程。 14.原子聚集理论中最小稳定核的结合能是以原子对结合能为最小单位不连续变化 的。 15.薄膜成核生长阶段的高聚集来源于：高的沉积温度、气相原子的高的动能、 气相入射的角度增加。这些结论假设凝聚系数为常数，基片具有原子级别的平滑度。 16.薄膜生长的三种模式有岛状、层状、层状-岛状。 17.在薄膜中存在的四种典型的缺陷为：点缺陷、位错、晶界和 层错。 18.列举四种薄膜组分分析的方法：X射线衍射法、电子衍射法、扫描电子 显微镜分析法和俄歇电子能谱法。 19.红外吸收是由引起偶极矩变化的分子振动产生的，而拉曼散射则是由引起极化率 变化的分子振动产生的。由于作用的方式不同，对于具有对称中心的分子振动，红外吸收不敏感，拉曼散射敏感；相反，对于具有反对称中心的分子振动，红外吸收敏感而拉曼散射不敏感。对于对称性高的分子振动，拉曼散射敏感。 20.拉曼光谱和红外吸收光谱是测量薄膜样品中分子振动的振动谱，前者 是散射光谱，而后者是吸收光谱。 21.表征溅射特性的主要参数有溅射阈值、溅射产额、溅射粒子的速度和能 量等。 什么叫真空？写出真空区域的划分及对应的真空度。 真空，一种不存在任何物质的空间状态，是一种物理现象。粗真空 105～102Pa 粘滞流，分子间碰撞为主低真空 102～10-1 Pa 过渡流高真空 102～10-1 Pa分子流，气体分子与器壁碰撞为主超高真空 10-5～10-8 Pa气体在固体表面吸附滞留为主极高真空 10-8 Pa 以下
高分子膜的发展应用 【摘要】：薄膜材料的发展以及应用，薄膜材料的分类，如金刚石薄膜、铁电薄膜、氮化碳薄膜、半导体薄膜复合材料、超晶格薄膜材料、多层薄膜材料等。各类薄膜在生产与生活中的运用以及展望。 【关键词】：薄膜；金刚石；铁电；氮化碳；半导体；超晶格 1 膜材料的发展 在科学发展日新月异的今天，大量具有各种不同功能的薄膜得到了广泛的应用，薄膜作为一种重要的材料在材料领域占据着越来越重要的地位。 自然届中大地、海洋与大气之间存在表面，一切有形的实体都为表面所包裹，这是宏观表面。生物体还存在许多肉眼看不见的微观表面，如细胞膜和生物膜。生物体生命现象的重要过程就是在这些表面上进行的。细胞膜是由两层两亲分子--脂双层膜构成，它好似栅栏，将一些分子拦在细胞内，小分子如氧气、二氧化碳等，可以毫不费力从膜中穿过。膜脂双层分子层中间还夹杂着蛋白质，有的像船，可以载分子，有的像泵，可以把分子泵到膜外。细胞膜具有选择性，不同的离子须走不同的通道才行，比如有K＋通道、Cl－通道等等。细胞膜的这些结构和功能带来了生命，带来了神奇。 2 膜材料的分类 近年来,随着成膜技术的飞速发展,各种材料的薄膜化已经成为一种普遍趋势。薄膜材料种类繁多,应用广泛,目前常用的有：超导薄膜、导电薄膜、电阻薄膜、半导体薄膜、介质薄膜、绝缘薄膜、钝化与保护薄膜、压电薄膜、铁电薄膜、光电薄膜、磁电薄膜、磁光薄膜等。目前很受人们注目的主要有一下几种薄膜。2.1金刚石薄膜 金刚石薄膜的禁带宽，电阻率和热导率大，载流子迁移率高，介电常数小，击穿电压高，是一种性能优异的电子薄膜功能材料，应用前景十分广阔[2]。 近年来,随着科技的发展,人们发展了多种金刚石薄膜的制备方法,比如离子束沉积法、磁控溅射法、热致化学气相沉积法、等离子化学气相沉积法等.成功获得了生长速度快、具有较高质量的膜,从而使金刚石膜具备了商业应用的可能。金刚石薄膜属于立方晶系,面心立方晶胞,每个晶胞含有8个C原子,每个C原子采取sp3杂化与周围4个C原子形成共价键,牢固的共价键和空间网状结构是金刚石硬度很高的原因.金刚石薄膜有很多优异的性质：硬度高、耐磨性好、摩擦系数效、化学稳定性高、热导率高、热膨胀系数小,是优良的绝缘体。 利用它的高导热率,可将它直接积在硅材料上成为既散热又绝缘的薄层,是高频微波器件、超大规模集成电路最理想的散热材料。利用它的电阻率大,可以制
薄膜物理与技术课程教学大纲 一、课程说明 （一）课程名称、所属专业、课程性质、学分； 课程名称：薄膜物理与技术 所属专业：电子器件与材料工程 课程性质：必修课 学分：3 （二）课程简介、目标与任务； 本课程讲授薄膜的形成机制和原理、薄膜结构和缺陷、薄膜各项物理性能和分析方法等物理内容；讲授薄膜各种制备技术。通过本课程学习，使学生具备从事电子薄膜、光学薄膜、以及各种功能薄膜研究与开发的能力 （三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接； 《量子力学》、《热力学与统计物理》、《固体物理》、《电子技术》、《电路分析》等。 （四）教材与主要参考书。 教材：杨邦朝，王文生. 《薄膜物理与技术》，成都：电子科技大学出版社，1994 主要参考书：1.陈国平.《薄膜物理与技术》，东南大学出版社，1993 2.田民波，薄膜技术与薄膜材料，清华大学出版社，2006-8 二、课程内容与安排 本课程全部为课堂讲授。重点：真空的获得和真空测量的工作原理；物理气相沉积和化学气相沉积的原理及方法；薄膜生长的机理。 难点：磁控溅射的机理及控制；MOCVD技术；薄膜形成过程的机理 （一）绪论2学时 1、薄膜的概念和历史 2、薄膜材料与薄膜技术的发展 3、薄膜科学是边缘交叉学科 4、薄膜产业是腾飞的高科技产业
（二）真空技术基础2学时 1、真空的基本知识 2、真空的获得 3、真空的测量 （三）真空蒸发镀膜4学时 1、真空蒸发原理 2、蒸发源的蒸发特性及膜厚分布 3、蒸发源的类型 4、合金及化合物的蒸发 5、膜厚和淀积速率的测量与控制 （四）溅射镀膜4学时 1、溅射镀膜的特点 2、溅射的基本原理 3、溅射镀膜类型 4、溅射镀膜的厚度均匀性 （五）离子镀膜2学时 1、离子镀原理 2、离子镀的特点 3、离子轰击的作用 4、离子镀的类型 （六）化学气相沉积镀膜4学时 1、化学气相沉积的基本原理 2、化学气相沉积的特点 3、化学气相沉积方法简介 4、低压化学气相沉积 5、等离子体化学气相沉积 6、其他化学气相沉积 （七）溶液镀膜法2学时 1、化学反应沉积 2、阳极氧化法
第六章
新型半导体薄膜材料
本章主要介绍硅基非晶半导体薄膜材料的结 构特点、制备方法、光学和电学特性以及这 些材料的研究现状。同时还将介绍微晶Si薄 膜和多晶Si薄膜的结构特点、制备方法及其 应用。在应用方面，将重点介绍高效率、长 寿命、低价格、大面积非晶硅（a-Si:H）太 阳能电池的工作原理及发展现状。
概 述
? 新型半导体薄膜材料的研究与发展，主要 是以研究和发展非晶态半导体薄膜材料制 备与器件应用最为活跃，已成为材料学科 的一个重要组成部分 ? 随着非晶态半导体在科学和技术上的飞速 发展，它已在高新技术领域中得到广泛应 用，并正在形成一类新兴产业。
例如，用高效、大面积非晶硅（a-Si:H）薄 膜太阳电池制作的发电站已并网发电（它是 无任何污染的绿色电源）；用a-Si薄膜晶体 管制成的大屏幕液晶显示器和平面显像电视 机已作为商品出售；非晶硅电致发光器件和 高记录速度大容量光盘等。也正在向实际应 用和商业化方向发展。 大量事实说明，研究非晶态半导体薄膜材料 的意义不仅在于技术上能够产生新材料、新 器件和新工艺，而且对于认识固体理论中的 许多基本问题也会产生深远的影响。
硅基非晶态半导体薄膜
“非晶”固体或“无定形”（Amorphous）固 体是一种不具有晶体结构的固体。通常“非晶” 或“无定形”是同义词。但是，严格说来，所 谓“非晶”就是指那些不结晶的物质。液体等 也包括在内。所谓“无定形”是指“玻璃态”的 物质。“玻璃”这一术语多半是指将熔化状态 的物质通过冷急法冻结成的固体。
第一章真空技术 1、真空的定义：真空是指在给定的空间内压力低于一个大气压的稀薄气体状态。 2、真空度：通常用压强为单位来描述“真空”状态下的气体稀薄程度——真空度。（压强高则真空度低，压强低则真空度高） 3、真空度单位： 毫米汞柱（mmHg）托（Torr）帕斯卡（Pa）巴（bar） 单位之间的换算：1 Pa =1 牛顿/米2=1 千克/米*秒2=10 达因/cm2=0.0075 Torr 4、真空不同分区的特点：在气压高于10 Torr 的真空范围区域，气体性质和常压，气流特性也以分子间的碰撞为主;当压力渐渐减小，分子密度降低，平均自由程增加，分子间的碰撞开始减少；当达到高真空区域，真空特性以气体分子和真空器壁的碰撞为主；在超高真空区，气体分子在空间活动减少，而以在固体表面上吸附停留为主。 5、常用的真空泵：机械运动——机械泵、涡轮分子泵 蒸气流喷射——扩散泵 化学吸附——吸气剂泵：升华泵 吸气剂离子泵：溅射离子泵 6、一般机械泵的极限真空度为0.1Pa, 可以在大气中与大气相连工作。 7、扩散泵使用注意事项： A.扩散泵不能单独工作，一定要用机械泵作为前级泵，并使系统抽到0.1Pa 量级时才能启动扩散泵。
B.泵体要竖直，按规定量加油和选用加热电炉功率。 C.牢记先通冷却水，后加热。结束时则应先停止加热，冷却一段时间后才能关闭。 8、常用真空计：热电偶真空计、电阻真空计、热阴极电离真空计、冷阴极电离真空计、电容薄膜真空计、压缩式真快计、压敏真空计（记住常用的三种即可以了）。 9、真空系统的质量：指系统真空度的好坏，特别是系统内所含水蒸气与油污染的程度。 10、真空镀膜的过程（大致了解见书18面） 11、要保持较高真空度需要： A、减少蒸发分子与残余气体分子的碰撞； B、抑制它们之间的反应，减少对衬底表面的污染。 第二章蒸发技术 1、物理气相沉积：指在一定的真空条件下，利用热蒸发或辉光放电或弧光放电等物理过程使材料沉积在衬底上的薄膜制备技术。 2、真空蒸发镀膜法（简称蒸镀）：指将固体材料置于高真空环境中加热，使之升华或蒸发并沉积在特定衬底上以获得薄膜的工艺方法。 3、真空蒸发所得到的薄膜，一般都是多晶膜或无定形膜，薄膜以岛状生长为主，历经成核和成膜两个过程。 4、真空蒸发多晶薄膜的结构和性质，与蒸发速度、衬底温度有密切关系。 5、饱和蒸气压：指在一定温度下，真空室中蒸发材料的蒸气在与固体或液体平衡过程中所表现出的压力就为该温度下的饱和蒸气压。
深圳大学考试答题纸 (以论文、报告等形式考核专用) 二○～二○学年度第学期 课程编号课程名称主讲教师评分学号姓名专业年级 教师评语： 题目：
目录 摘要 (4) 1.ZnO的发展历史与基本性质 (5) 1.1 ZnO的发展历史 (5) 1.2 ZnO的基本性质 (5) 1.2.1 ZnO的晶体结构 (5) 1.2.2 ZnO的物理化学性质 (6) 1.2.3 ZnO的其他性质 (7) 1.2.3.1 紫外受激发射特性 (7) 1.2.3.2透明导体特性 (8) 1.2.3.3 气敏性 (8) 1.2.3.4 压敏特性 (8) 1.2.3.5 P-N结特性 (9) 1.2.3.6压电特性 (9) 2.ZnO的原料的获取与提纯 (10) 2.1原料的获取 (10) 2.2原料的提纯 (11) 2.2.1直接法（美国法） (11) 2.2.2间接法（法国法） (11) 2.2.3化学湿法 (12) 3.ZnO的单晶的制备 (13) 3.1水热法 (13) 3.2 化学气相输运法 (14) 4.ZnO的薄膜的制备 (16) 4.1 脉冲激光沉积法PLD (16) 4.2 金属有机物气相外延法MOCVD (17) 4.3 喷雾热解法 (17) 4.4磁控溅射法 (18)
4.5溶胶-凝胶法Sol-gel (19) 5.ZnO的应用与前景 (21) 5.1ZnO的应用方向 (21) 5.1.1短波长发光材料 (21) 5.1.2氮化镓薄膜的缓冲层 (22) 5.1.3集成光学 (22) 5.1.4电声器件与声光器件 (22) 5.1.5 传感器和高效率器件 (22) 5.2 ZnO的问题与挑战 (23) 5.3 ZnO的前景 (24) 谢辞 (25) 参考文献 (26)
Film Deposition Deposition is the process of depositing films onto a substrate. There are three categories of these films: * POLY * CONDUCTORS * INSULATORS (DIELECTRICS) Poly refers to polycrystalline silicon which is used as a gate material, resistor material, and for capacitor plates. Conductors are usually made of Aluminum although sometimes other metals such as gold are used. Silicides also fall under this category. Insulators refers to materials such as silicon dioxide, silicon nitride, and P-glass (Phosphorous-doped silicon dioxide) which serve as insulation between conducting layers, for diffusion and implantation masks, and for passivation to protect devices from the environment.
微电子技术中的半导体薄膜材料 摘要：本文着重介绍了用于微电于技术的非晶态、宽带隙、纳米相、超晶格、量子微结构 以及多孔硅等半导体薄膜材料并指出，原子组态的无序化，材料禁带的宽带隙化，能带剪裁的任意化以及人工结钩的低维化和量子化，集中体现了半导体薄膜材料的发展特点。 关键词：薄膜材料，结构性质，发展特点 1引言 薄膜材料是发展微电子技术的先导条件和制造微电子器件的物质基础，近半个世纪以来，随着各种成膜方法的长足进步，半导体薄膜材料从体单晶到非晶态，从非晶态到纳米相，从窄禁带到宽带隙，从常规制备到人工设计，涌现出了一大批高质量和有重要实用价值的新材料。目前，关于半导体薄膜材料物理与工艺的研究，已成为真空、微电子和材料科学中一个极其活跃的领域[1]。 半导体薄膜材料研究的核心为新材料的研究和传统材料性能的提高。前者是按照人为的意志构想新的结构形式和设计新的化学组分，并通过现代超薄层外延技术加以实现；后者则是利用适宜的工艺方法改变材料的微观结构，使其呈现出常规材料所不具有的全新原子组态。2不同结构类型的半导体薄膜材料 2.1非晶态材料 非晶态半导体是一门在凝聚态物理领域中占据着重要地位且发展十分迅速的新兴学科，研究非晶态材料的意义不仅是在科学技术上获得大量的新材料和新器件，而且可以开拓和加深人们对固体物理领域中许多基本问题的认识与理解。以促进固体物理学的发展，同时对其许多周边物质，如非晶态合金及多层异质结、超微粒子、多孔硅以及硅系高分子等的研究也将产生积极而深远的影响。 原子结构的无序性和化学组分的多样化，使非晶态半导体具有许多显著不同于晶态半导体的物理特性[2]。对于大多数非晶态材料而言，其组成原子都是由共价键结合在一起，形成了一种连续的共价键无规网络结构；在非晶态半导体中可以实现连续的物性控制，当连续改变其化学组成时，其禁带宽度、电导率和相变温度等都随之连续变化；在热力学上，非晶态处于一种亚稳状态，仅在一定条件下才可以转变成晶态；此外，非晶态材料的结构特性、电学及光学性质都灵敏地依赖制备方法与工艺条件。 非晶态半导体材料种类繁多，目前已采用等离子体辉光放电，光诱导化学气相沉积，微波辉光放电，低压化学气相沉积以及反应溅射等工艺制备了以硅系为主的十几种非晶态材料。