薄膜技术及应用
薄膜技术与应用(共13张PPT)
市场应用前景
❖ 太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁能源正 在得到迅速的发展与应用。太阳能发电站、太阳 能卫星供电、太阳能汽车充电等等。而作为太阳 能能源转换媒介的太阳能电池扮演了重要的角色 ，其中作为第三代太阳能
❖ 电池：CIS系薄膜太阳能电 ❖ 池，它具有优良的抗干扰、 ❖ 耐辐射、使用寿命长转换 ❖ 效率高等特点，注定了它 ❖ 必然在未来的太阳能产业 ❖ 链中大放异彩。
第十二页，共13页。
第十三页，共13页。
H2Se是最好的硒源，但具有 毒性且 容易挥发；固态 Se作为硒源，Se难以压制， 在热处理过程中会导致In、 Ga等元素的损失。
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真空硒化退火装置示意图
氩气
辉光 放电
Ar+
靶材
Cu、In、Ga
基底
磁控溅射制备预置层
磁控溅射系统示意图
CIG预置 层
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铜铟镓硒（CIGS）薄膜产品与应用
据薄膜沉积过程，共蒸发可分为一步法、两步法
和三步法。
共蒸发法实验设备示意图
第五页，共-Se预置层 表面富Cu的CIGS薄膜
等化学计量比的CIGS
稍微贫铜的P型CIGS
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❖ 基底温度较低的情况下（400°C）蒸发In、Ga、 Se形成一层In-Ga-Se预置层。控制原子比例 In:Ga=0.7 : 0.3, In+Ga/Se=2:3
❖组成材料：Mo、ZnO、AI、ZnS、MgO以及
Cu、In、Ga、Se等材料。
Ø多源共蒸发法！
真空工艺
•制备工艺
Ø溅射后硒化法！ Ø分子束外延法
Ø化学气相沉淀法
Ø电化学沉积法
薄膜技术的发展和应用
薄膜技术的发展和应用随着科技的不断进步，薄膜技术也得到了广泛应用和发展。
本文将就薄膜技术的发展和应用进行介绍。
一、薄膜技术的定义和分类薄膜技术是指将材料以极薄的层数覆盖在基材表面上的技术。
薄膜技术因其独特的性质，在电子、医疗、能源、光电和材料领域都有广泛的应用。
薄膜技术按照制备工艺可分为物理气相沉积法、化学气相沉积法、溅射法、离子束沉积法和溶液法等。
其中，物理气相沉积法和化学气相沉积法是基于气相反应制备薄膜，而溅射法和离子束沉积法则是基于固态反应制备薄膜。
二、薄膜技术的应用1、电子领域薄膜技术在电子领域有着广泛的应用，如显示器件中的膜电极和透光薄膜，硅上集成电路中的金属线薄膜和凸点薄膜，以及太阳能电池中的透明导电膜等。
通过不同种类的薄膜组合，可以制造出光电显示器件、光二极管、半导体器件等。
2、医疗领域薄膜技术在医疗领域也有广泛的应用，如人造器官表面的生物相容性薄膜、药物释放薄膜、医用传感器薄膜、隔离膜和过滤膜等。
这些薄膜可以帮助医学界实现更好的医学检测和治疗。
3、能源领域薄膜技术在能源领域也发挥了重要的作用，如太阳能电池和燃料电池中的薄膜。
通过合适的制备工艺可以制造出透明导电膜、锂离子电池隔膜、固体氧化物燃料电池氧离子传输膜等薄膜材料。
4、光电领域光电领域是薄膜技术应用较早的领域之一，尤其是光学涂层和抗反射膜方面的应用。
薄膜技术不仅可以增强光学元件的透过率和强度，还可以制造仿生光学器件等。
5、材料领域薄膜技术还可以制造出纳米微观结构，实现材料性质的精细控制，如金属膜的纳米微结构、高分子复合薄膜、磁性薄膜等，这些材料在生产制造、传感器等领域有广泛的应用。
三、薄膜技术未来的发展趋势随着技术的不断更新，薄膜技术也在不断地发展和创新。
未来薄膜技术的发展趋势将主要集中在以下几个方面：1、多层薄膜技术的发展多层薄膜技术是目前的一个研究热点，它可以实现对于薄膜性质的控制和变化。
通过不同比例的堆叠和改变各种材料的结构和性质，可以制备出更加精细的薄膜材料。
《薄膜技术及应用》课件
2 未来几年
薄膜技术有望获得持续健康发展，特别是在 光伏、新能源车等领域有着更加广阔的应用 前景。
薄膜技术与现代产业
未来汽车
薄膜技术和新能源汽车实现无 缝对接，开拓先进光伏材料、 电池材料、排放净化材料等领 域。
智慧建筑
薄膜技术的突破将逐步推动我 们的建筑前沿技术的发展，不 断提升建筑性能。
人工智能
应用价值
薄膜技术已经广泛应用于光电子、信息技术、太阳 能、新能源、生物医学等领域。
薄膜技术的分类
磁性材料薄膜技术
磁性材料薄膜技术主要应用于光信息存储材料、 记录材料、传感器等。
金属材料薄膜技术
金属材料薄膜技术主要应用为电阻器、电容器、 电化学传感器、防腐材料等。
半导体薄膜技术
半导体薄膜技术应用于太阳能电池、TFT-LCD、 半导体激光等。
碳基薄膜技术
碳基薄膜技术应用于涂覆材料、涂层材料、防 腐材料、石墨涂层等。
薄膜技术的应用
薄膜技术是当今最先进的材料技术之一。它的应用范围极为广泛。
太阳能行业
薄膜电池比晶体硅太阳电池更轻 薄，更灵活适应市场需求。
信息技术行业
薄膜技术在信息技术领域的应用 包括TFT-LCD、LED显示器、半导 体激光等。
《薄膜技术及应用》PPT 课件
本课程旨在探索薄膜技术的应用及未来展望。从光电子、信息技术、太阳能、 新能源、生物医学、材料科学六大行业入手，深入学习薄膜技术相关知识。
Hale Waihona Puke 么是薄膜技术？薄膜技术是指将材料制备成很薄的薄膜（通常小于1微米），然后进行加工和利用的技术。
制备工艺
薄膜技术的制备工艺包括溅射、化学气相沉积等多 种方法。
4
新能源领域
薄膜材料及其在光电领域中的应用
薄膜材料及其在光电领域中的应用引言：随着科技的飞速发展，光电领域在各个领域中扮演着至关重要的角色。
薄膜材料是光电领域中的重要组成部分，具有广泛的应用前景。
本文将深入探讨薄膜材料的特性以及在光电领域中的应用，并探究其未来发展的趋势。
1. 薄膜材料的特性薄膜材料是一种厚度在纳米到微米的材料，具有以下特性：1.1 良好的光学性能：薄膜材料具有独特的光学性质，如高透射率、低反射率和高折射率。
这些性能使其成为制备高效光电器件的理想选择。
1.2 高比表面积：薄膜材料具有大比表面积，这使得其在吸附分子、电化学催化和光催化反应中具有显著的优势。
同时，高比表面积也提高了薄膜材料的光敏度，使其在光电器件中具有更高的效率。
1.3 可控的化学性质：薄膜材料的制备过程可以通过控制反应条件来精确调控其化学性质。
这种可控性使得薄膜材料能够适应不同的应用需求，并提供定制化的解决方案。
2. 薄膜材料在太阳能电池中的应用由于其出色的光学性能和可控的化学性质，薄膜材料在太阳能电池中有着广泛的应用。
2.1 透明导电膜：透明导电膜是太阳能电池中的关键组件之一，用于实现电荷的收集和传输。
氧化铟锡（ITO）薄膜是目前最常用的透明导电膜，但其成本较高且含有稀有金属。
近年来，氧化铟锌（IZO）薄膜和导电聚合物薄膜逐渐成为替代品，具有更好的导电性能和成本效益。
2.2 光吸收层：在太阳能电池中，薄膜材料可以用作光吸收层，用于吸收太阳能并转化为电能。
硒化镉（CdTe）和硫化铜铟镓（CIGS）是常用的光吸收层材料，具有较高的光电转换效率和较低的制造成本。
2.3 保护层：薄膜材料还可以作为太阳能电池的保护层，用于保护光吸收层免受外界环境的损害，如氧化、湿氧化和光热等。
二氧化硅（SiO2）和聚合物薄膜是常用的保护层材料，具有良好的化学稳定性和机械强度。
3. 薄膜材料在光电显示器件中的应用薄膜材料在光电显示器件中具有广泛的应用，其中最具代表性的是液晶显示器（LCD）和有机发光二极管显示器（OLED）。
薄膜材料的应用及进展
薄膜材料的应用及进展薄膜材料是在一定的加工工艺下制成的厚度小于1毫米的材料。
随着科学技术的不断发展，薄膜材料已经被广泛应用于各个领域。
本文将从应用和进展两个方面介绍薄膜材料的发展现状。
一、应用：1、太阳能电池板：薄膜材料的应用最为突出的便是太阳能电池板。
通过采用热蒸发、电子束蒸发、溅射等技术，在底片上制成彩色薄膜太阳能电池板。
此外，薄膜太阳能电池板具有高效率、轻质化以及柔性等优点，成为新一代太阳能电池板的主要研究方向。
2、面板显示技术：另外，薄膜材料在面板显示技术中也有着广泛的应用，包括LED电视机、手机屏幕等。
甚至在手机屏幕领域，柔性薄膜技术也已经被开发出来，为顾客的应用带来更舒适的体验。
3、储能电池：在储能电池方面，薄膜材料也起到了重要的作用。
采用薄膜材料制成的锂离子电池，相比传统电池，具有更高的能量密度、更佳的稳定性和安全性，因此在大型储能设备、节能照明灯具、电动汽车等领域具有可观的市场前景。
4、靶材和涂层材料：此外，薄膜材料还在很多高科技领域中被用到。
比如在半导体行业，薄膜材料作为靶材和涂层材料，被广泛应用于制作金属薄膜、光学薄膜等，以满足集成电路和显示器等领域的制造需求。
二、进展：1、制备工艺的发展：为了应对不同的应用需求，薄膜材料的制备工艺也在不断优化和改进。
例如，采用热蒸发法制备太阳能电池板，可以提高太阳能电池板的转化效率；采用电镀法和溶胶凝胶法制备锂离子电池，可以提高锂离子电池的功率密度和循环寿命等。
2、薄膜材料的多元化：当前，一些新型薄膜材料正在被研究和开发，以满足更多领域的需求，比如大规模、高功率电池。
石墨烯和二硫化钼等材料的薄膜化制备技术也正在逐渐成熟。
3、柔性薄膜的研究与应用：柔性薄膜技术是近年来比较热门的研究方向，柔性薄膜的应用具有颠覆性的革新意义。
柔性薄膜材料在可穿戴电子设备、可折叠电视，以及挤压式传感器等领域具有广泛的应用前景。
总之，薄膜材料的应用和研究进展表明了其在很多领域中的重要作用。
薄膜材料制备原理、技术及应用
薄膜材料制备原理、技术及应用薄膜材料是在基材上形成的一层薄膜状的材料，通常厚度在几纳米到几十微米之间。
它具有重量轻、柔韧性好、透明度高等特点，广泛应用于电子、光学、能源、医疗等领域。
薄膜材料制备的原理主要涉及物理蒸发、溅射、化学气相沉积等方法。
其中，物理蒸发是指将所需材料制成块状或颗粒状，利用高温或电子束加热，使材料从固态直接转变为蒸汽态，并在基材上沉积形成薄膜。
溅射是将材料制成靶材，用惰性气体或者稀释气体作为工作气体，在高电压的作用下进行放电，将靶材表面的原子或分子溅射到基材上形成薄膜。
化学气相沉积是指在一定条件下，将气态前体分子引入反应室，通过化学反应沉积到基材上，形成薄膜。
薄膜材料制备技术不仅包括上述原理所述的基本制备方法，还涉及到不同材料、薄膜厚度、表面质量等方面的特定要求。
例如，为了提高薄膜的品质和厚度均匀性，可采用多台蒸发源同时蒸发的方法，或者通过旋涂、喷涂等方法使得所需薄膜材料均匀地覆盖在基材上。
此外，为了实现特定功能，还可以通过控制制备条件、改变材料组成等手段来改变薄膜的特性。
薄膜材料具有多种应用领域。
在电子领域，薄膜材料可以用于制作集成电路的介质层、金属电极与基板之间的隔离层等。
在光学领域，薄膜材料可以用于制作光学滤波器、反射镜、透明导电膜等。
在能源领域，薄膜材料在太阳能电池、锂离子电池等器件中扮演重要角色。
在医疗领域，薄膜材料可以用于制作人工器官、医用伽马射线屏蔽材料等。
此外，薄膜材料还应用于防腐蚀涂料、食品包装、气体分离等领域。
虽然薄膜材料制备技术已经相对成熟，但是其制备过程中仍然存在一些挑战。
例如，薄膜厚度均匀性、结晶性能、粘附性能等方面的要求十分严格，制备过程中需要控制温度、压力、物质流动等多个参数的影响，以确保薄膜的质量。
此外，部分薄膜材料的制备成本相对较高，制约了其在大规模应用中的推广。
总的来说，薄膜材料制备原理、技术及其应用具有重要的实际意义。
通过不断改进制备技术，提高薄膜材料的制备效率和质量，将有助于推动薄膜材料在各个领域的更广泛应用。
薄膜技术及应用
20世纪末至今
随着新材料和制备技术的 不断发展，新型薄膜材料 不断涌现，薄膜技术应用 领域不断扩大。
02
薄膜制备技术
物理气相沉积（PVD）
真空蒸发沉积
利用加热蒸发材料，使其 原子或分子从固态表面升 华进入气态，然后在基底 表面凝结形成薄膜。
导体薄膜
功能薄膜
用于制造集成电路、微电子器件和薄 膜晶体管等，具有高导电性能和稳定 性。
如光电转换薄膜、磁性薄膜、传感器 用敏感薄膜等，在电子器件中具有特 定功能。
绝缘薄膜
用作电子器件的介质层和绝缘材料， 具有低介电常数和损耗、高击穿场强 等特点。
光学领域
反射和滤光薄膜
用于控制光的反射、透射、干涉和偏振等特性， 在光学仪器、摄影、照明等领域有广泛应用。
多功能化薄膜
通过材料复合和结构设计，制备具有多功能特性的薄膜，如光学、热学、电学、磁学等多重性能的集 成。
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薄膜的分类
01
按材料分类
金属薄膜、制备方法分类
功能薄膜（如导电薄膜、光学薄 膜、磁性薄膜等）、结构薄膜等。
物理气相沉积、化学气相沉积、 溶胶-凝胶法等。
薄膜技术的发展历程
01
02
03
19世纪末
真空蒸发镀膜技术出现， 主要用于制造光学仪器和 装饰品。
20世纪中期
薄膜技术及应用
目录
• 薄膜技术简介 • 薄膜制备技术 • 薄膜的应用领域 • 薄膜的未来发展与挑战
01
薄膜技术简介
薄膜的定义与特性
定义
薄膜是一种厚度在微米到纳米级别的 材料，覆盖在基底上，具有特定的物 理、化学和机械性能。
薄膜技术的应用研究
薄膜技术的应用研究随着科技的发展，人们对于材料的要求越来越高。
薄膜技术作为一项先进的新型材料处理技术，不仅能够有效地改良材料的性质，还能满足人们对于新型材料的不断追求。
薄膜技术的应用研究，关乎着材料科学的未来发展。
本文将探究薄膜技术的应用研究。
一、什么是薄膜技术？薄膜技术是指利用各种物理化学的手段、尤其是利用化学气相沉积、溅射、离子注入、电化学沉积、溶液浸涂等方式制备的具有一定形貌和一定功能的高分子、金属、半导体、非晶体、单质及复合材料的薄膜。
薄膜一般可以分成单层薄膜、多层薄膜和复合薄膜三大类。
薄膜技术具有制备方法简单、无污染、成本低、制备速度快、制备膜层具有良好的压电、防腐蚀性、能吸附有害气体、有光电功能等特点。
这使得薄膜技术在电子、光电、光学、生物医学、信息存储、能源等领域得到了广泛的应用。
二、薄膜技术在电子领域的应用电子设备需求微小成分和高效性能，这使得薄膜技术成为电子领域的重要技术。
薄膜技术可以用于制造电容器、电阻器、电感器、磁性材料、半导体器件、微处理器等电子材料。
在显示技术中，薄膜技术制备的ITO透明电极不仅具备良好的电传导性能，而且还具有很好的光透过性能，使得其在OLED、太阳能电池和触控屏等电子显示器件中广泛应用。
在半导体器件中，薄膜技术可以用于制造半导体材料的原材料、累积生长多晶硅、微处理器的加工等。
同时，薄膜技术制备的硅质薄膜保证了晶体管及集成电路的良好工作性能，还可以防止杂散电压的产生，保证电路设计的稳定运行。
三、薄膜技术在生物医学领域的应用薄膜技术在生物医学领域的应用主要包括生物传感器、药物控释及组织工程领域等。
在生物传感器中，薄膜技术可以制备敏感度高、选择性好、反应快速的传感材料薄膜，实现生物分子的检测。
例如，用薄膜技术制备的氨气传感器、NO2气体传感器、生物传感器可以准确地用于检测空气质量和水质污染情况。
在药物控释中，薄膜技术可以通过制备具有特殊性质的材料薄膜来实现药物的缓慢释放，延长药效持续时间。
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薄膜材料学涉及的内容： (1)薄膜材料的制备手段； (2)薄膜材料的形核与生长理论； (3)薄膜材料的表征技术； (4)薄膜材料的体系、性能及应用。
• High performance Nano-FETs • Nano-Optoelectronic Devices • Photodetectors • Nano LEDs • Sensors • Solar cell
薄膜材料往往具有特殊的材料性能或性能组合。
薄膜材料科学成为材料科学中发展最迅速分支 的原因：
(1)现代科学技术的发展，特别是微电子技 术的发展，过去需要众多材料组合才能实现的 功能，现在仅仅需要少数几个器件或一块集成 电路板就可以完成。薄膜技术正是实现器件和 系统微型化的最有效的技术手段。
薄膜材料科学成为材料科学中发展最迅速分支 的原因：
(2)器件的微小型化不仅可以保持器件原有 的功能并使之更加强化，而且随着器件的尺寸 减小并接近了电子或其他粒子量子化运动的微 观尺度，薄膜材料或其器件将显示出许多全新 的物理现象。薄膜技术作为器件微型化的关键 技术，是制备这类具有新型功能器件的有效手 段。
薄膜材料科学成为材料科学中发展最迅速分支 的原因：
(3) 薄膜技术作为材料制备的有效手段，可 以将各种不同材料灵活地复合在一起，构成具 有优异特性的复杂材料体系，发挥每种材料各 自的优势，避免单一材料的局限性．薄膜材料 学在科学技术以及国民经济的各个领域发挥着 越来越大的作用。
薄膜分类（按功能及其应用领域）： ⑴ 电学薄膜 ① 半导体器件与集成电路中使用的导电材料与 介质薄膜材料
在一般的温度和压力条件下，所有气体可 看作理想气体。
In a solid, a metal for example, the particles are atoms, arranged in an orderly array. The atoms are relatively close to one another, and the motion of each atom is restricted by its interaction with other atoms.
Al、Cr、Pt、Au、多晶硅、硅化物薄膜； SiO2、Si3N4、Ta2O5、SiOF薄膜。
② 超导薄膜 YbaCuO系高温超导薄膜； BiSrCaCuO系高温超导薄膜； TiBaCuO系高温超导薄膜。
YBa2Cu3O7-x Film
③ 光电子器件中使用的功能薄膜 GaAs/GaAlAs、HgTe/CdTe、a-Si：H、A-
⑵光学薄膜 减反射膜、反射膜、分光镜、滤光片； 照明光源所用的反热镜与冷光镜薄膜； 建筑物、汽车等交通工具所用的镀膜玻璃； 激光唱片与光盘中的光存储薄膜； 集成光学元件所用的介质薄膜与半导体薄膜。
ANTI-REFLECTION CHART
three layers
⑶硬质膜、耐蚀膜、润滑膜 ⑷有机分子薄膜 ⑸装饰膜 ⑹包装膜
④ 薄膜敏感元件与固态传感器 薄膜可燃气体传感器、薄膜氧敏传感器、薄膜应变
电阻与压力传感器、薄膜热敏电阻和薄膜离子敏传感 器等。
Thin Film Pressure Sensor
Diamond Thin Film UV sensor
Schematic of fiber optic cable with chemochromic hydrogen sensor deposited on end.
第一章 薄膜制备的真空技术基础
1.1 气体分子运动论的基本概念 1.1.1气体分子的运动速度及其分布 气体分子运动论：
气体分子一直处无规热运动； 平均运动速度取决于温度； 分子之间和分子与器壁之间相互碰撞。 结果：气体分子的速度服从一定统计分
布,气体本身对外显压力。
理想气体气体模型：
气体分子之间除相互碰撞的瞬间之外，不 存在相互作用，可看作是相互独立运动硬 球，且硬球的半径远小于球与球之间的距 离。
薄膜技术及应用
参考书
《薄膜材料制备原理、技术及应用》 唐伟忠，冶金工业出版社
《薄膜物理与技术》 杨邦朝，电子科技大学出版社
《薄膜物理与技术》 陈国平，东南大学出版社
在材料科学的各分支中，薄膜材料科学发展的 地位极为重要。
薄膜材料是采用特殊的方法，在体材料的表面沉 积或制备的一层性质与体材料性质完全不同的物质 层。
⑤薄膜电阻、薄膜电容、薄膜阻容网络与混合集成电路
Hybrid ICFra bibliotek⑥ 薄膜太阳能电池 非晶硅、CuInSe2和CdSe薄膜太阳电池。
Copper-indium-diselenide (CuInSe2, or CIS) Thin-film material with efficiency of up to 17%. The material is promising, yet not widely used due to production specific procedures.
⑧ 用ZnO、AlN等薄膜制成的声表面波滤波器。 ⑨ 磁记录薄膜与薄膜磁头
高质量和录象的磁性材料薄膜录音带与录象带； 计算机数据存储的CoCrTa、CoCrNi等的薄膜软盘 和 硬盘； 垂直磁记录中FeSiAl薄膜磁头等。 ⑩ 静电复印鼓用Se-Te、SeTeAs合金薄膜及非晶硅薄 膜。
铁电存储器
⑦ 平板显示器件 液晶显示、等离子体显示和电致发光显示三大类平
板显示器件所用的透明导电电极（ITO薄膜）。 电致发光多层薄膜（包括ITO膜，ZnS：Mn等发
光膜，Al电极膜等）组成的全固态平板显示器件及 OLED显示器件。
OLED Displays: Better Than Plasma Or LCD
SiGe：H、a-SiC：H、a-SiN：H、a-Si/a-SiC等一 系列晶态与非晶态超晶格薄膜。
C-V Characteristics of GaAs/AlGaAs Superlattice Structure showing capacitance Oscillations Associated with charge accumulation due to the sequential tunneling of electrons.