电子科大薄膜物理(赵晓辉)绪论

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：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3、电镀法4、LB膜的制备（八）薄膜的形成4学时1、凝结过程2、核形成过程3、薄膜形成过程生长模型4、溅射薄膜的形成过程5、薄膜的外延生长6、薄膜形成过程的计算机模拟（九）薄膜的结构和缺陷4学时1、薄膜的结构2、薄膜的缺陷3、薄膜表面缺陷：再构表面和吸附表面4、薄膜结构与组分的分析方法（十）薄膜的性质和应用4学时1、薄膜的力学性质和应用2、光学薄膜的性质和应用3、金属薄膜的电学性质和应用4、功能介质薄膜的电学性质和应用5、半导体薄膜的性质和应用6、磁性薄膜的性质和应用7、超导薄膜的性质和应用8、金刚石薄膜的性质和应用制定人：审定人：批准人：日期：。

《薄膜物理与技术》课程教学大纲课程代码：ABCL0527课程中文名称: 薄膜物理与技术课程英文名称：Thin film physics and technology课程性质：选修课程学分数：1.5课程学时数：24授课对象：新能源材料与器件专业本课程的前导课程：《材料表面与界面》、《近代物理概论》、《材料科学基础》、《固体物理》、《材料物理性能》一、课程简介本课程主要论述薄膜的制造技术与薄膜物理的基础内容。

其中系统介绍了各种成膜技术的基本原理与方法，包括蒸发镀膜、溅射镀膜、离子镀、化学气相沉积、溶液制膜技术以及膜厚的测量与监控等。

同时介绍了薄膜的形成，薄膜的结构与缺陷，薄膜的电学性质、力学性质、半导体特性、磁学性质以及超导性质等。

通过本课程的讲授，使学生在薄膜物理基础部分，懂得薄膜形成物理过程及其特征，薄膜的电磁学、光学、力学、化学等性质。

在薄膜技术部分初步掌握各种成膜技术的基本内容以及薄膜性能的检测。

二、教学基本内容和要求掌握物理、化学气相沉积法制膜技术，了解其它一些成膜技术。

学会对不同需求的薄膜，应选用不同的制膜技术。

了解各种薄膜形成的过程及其物理特性。

理解并能运用热力学界面能理论及原子聚集理论解释薄膜形成过程中的一些现象，了解薄膜结构及分析方法，理解薄膜材料的一些基本特性，为薄膜的应用打下良好的基础。

以下分章节介绍：第一章真空技术基础课程教学内容：真空的基础知识及真空的获得和测量。

课程重点、难点：真空获得的一些手段及常用的测量方法。

课程教学要求：掌握真空、平均自由程的概念，真空各种单位的换算，平均自由程、碰撞频率、碰撞频率的长度分布率的公式，高真空镀膜机的系统结构及抽气的基本过程。

理解蒸汽、理想气体的概念，余弦散射率，真空中气体的来源，机械泵、扩散泵、分子泵以及热偶真空计和电离真空计的工作原理。

了解真空的划分，气体的流动状态的划分，气体分子的速度分布，超高真空泵的工作原理。

第二章真空蒸发镀膜法课程教学内容：真空蒸发原理，蒸发源的蒸发特性及膜厚分布，蒸发源的类型，合金及化合物的蒸发，膜厚和淀积速率的测量与监控。

摘要氮化硼属于人工合成的III-V族半导体材料，而六方氮化硼作为良好的热导体和绝缘体的同时，与石墨烯的晶格也十分匹配，使其可以作为石墨烯器件的衬底或绝缘栅材料，在深紫外光电器件与大功率微电子器件领域有很广阔的应用前景。

因此，近年来，高质量六方氮化硼薄膜的生长与制备成为了研究热点，但是由于生长条件苛刻，较难获得表面平整，且高纯度、高结晶质量的厚六方氮化硼薄膜。

此外，目前对物理气相沉积法制备的六方氮化硼薄膜稳定性和微结构的研究较少。

本文通过射频磁控溅射的方法，在Si (100)基片上制备六方氮化硼薄膜，分别改变溅射时间、衬底温度、溅射功率、衬底负偏压和溅射气体中的氮氩比，利用傅里叶红外光谱仪、原子力显微镜、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪和X射线衍射仪等设备仪器对六方氮化硼薄膜样品的光学性质、结晶质量、形貌特点、元素组分等进行测试表征，得到不同工艺参数对六方氮化硼薄膜相关性能可能产生的影响。

制备得到了高质量六方氮化硼薄膜，主要工作包括以下几个部分：1．对比不同制备工艺对六方氮化硼薄膜稳定性的影响：(1)在制备薄膜之前通过提前高温烘烤真空腔体可以有效提高薄膜样品的稳定性，样品在空气中暴露72h 后依然为较纯的六方氮化硼；(2)通过此方法制备出的样品都具有高度c轴择优取向性，特征峰峰值位于26.8°。

2. 改变靶材进行溅射的时间（30 min～120 min），随着溅射时间的增加：(1)薄膜样品红外特征峰的强度越来越大，晶化质量越来越好，且在溅射初期，主要形成了c轴垂直于衬底的六方氮化硼薄膜；(2)薄膜样品的表面粗糙度越来越大，120 min时柱状颗粒的高度起伏最大，为8.3 nm；(3)薄膜样品的厚度呈线性增长，沉积速率在6 nm/min左右。

3. 改变衬底的沉积温度（100 ℃～400 ℃），随着衬底温度的上升：(1)薄膜样品红外特征峰的半高宽越来越小，晶化质量增强；(2)表面粗糙度越来越大，400 ℃时RMS值为3.265 nm，柱状颗粒的高度起伏达到最大值10.46 nm。