脉冲激光沉积制备MIM结构
脉冲激光沉积
沉积气压的影响
沉积气压主要影响消融产物飞向衬底这一过程，其对沉积薄膜的影响分为两类： 1)环境气压不参与反应时，气压主要影响消融粒子内能和平均动能，从而影响沉 积速率； 2)环境气压参与反应时，气压不仅影响薄膜的沉积速率，更重要的是会影响薄膜 成分结构． 环境气体与从靶材中溅射出的等离子体发生碰撞，将离子到达衬底表面的动能降 低．当气压较低时，激光融蚀靶材产生的等离子体中粒子受到较少碰撞，当 它们到达衬底时，动能太大，会导致薄膜晶格位置偏移，且前面的膜层还没 来得及调整自己在择优方向生长就被后续原子所覆盖固化，降低薄膜质 量．当气压较高时，等离子体中粒子与环境气体碰撞增加，等离子体到达衬 底表面时动能太小，其在衬底表面迁移扩散能力降低，也会使薄膜晶体质量 下降，缺陷增多甚至变为非晶．
待解决的问题
1）不易于制备大面积的膜。 2）在薄膜表面存在微米-亚微米尺度的颗粒物污染，所制备薄膜的均匀 性较差。 3）某些材料靶膜成分并不一致。对于多组元化合物薄膜，如果某些种阳 离子具有较高的蒸气压，则在高温下无法保证薄膜的等化学计量比生 长。
2.脉冲激光沉积原理
• 激光与靶材的相互作用 • 等离子体的膨胀 • 衬底上沉积成膜
衬底对薄膜质量的影响
在PLD制备薄膜的过程中，对于衬底基片的要求非常高，很大程度上决定 了薄膜是否符合要求，目前国内外对衬底基片的研究非常多，主要是 基片的类型、基片温度．用PLD制备的薄膜有超导膜、半导体膜、铁 电膜、压电膜等，这些膜大都各向异性，为得到符合要求性能的薄膜， 必须保证膜晶粒取向择优生长，因此肿过程中要求基片与膜的晶格常 数匹配、物理性能(热膨胀系数，热传导系数)匹配．衬底基片温度大 小及均匀性对薄膜结构、生长速率有影响．基片温度不同，膜的晶粒 取向就会不一样．基片温度较低时，粒子在基片表面的迁移扩散能力 低，会阻止原子的重新排列．基片温度过高，会引起膜的再蒸发，从 而降低沉积速率．目前对于衬底温度的选择尚无系统理论指导，只能 通过反复实验，从而确定最佳温度值．沉积zno薄膜时，不同衬底上 得到最优结晶性能时的衬底温度和退火温度各不同
mim技术基本原理
mim技术基本原理MIM技术基本原理摩尔定律的发展使得集成电路的规模越来越小，而微电子器件的尺寸也趋向于纳米级别。
在这种情况下，传统的光刻技术已经无法满足芯片制造的需求。
为了克服这一限制，出现了一种新的微纳加工技术，即分子束激光凝聚技术（Molecular Beam Epitaxy, MBE）。
MIM（Metal-Insulator-Metal）技术就是基于MBE技术的一种新型制造方法。
MIM技术的基本原理是通过在绝缘层中插入金属层，形成金属-绝缘体-金属的结构。
这种结构能够实现电子的高速传输和存储，并且具有较低的功耗和较高的集成度。
MIM技术在微纳电子器件中得到广泛应用，如高速晶体管、电容器和存储器等。
MIM技术的制造过程包括以下几个步骤：1. 基片制备：首先，选择适合的基片材料，通常是高纯度的硅片。
然后，在基片表面形成一层绝缘层，如氧化铝或氮化硅。
2. 金属蒸发：利用分子束激光凝聚技术，将金属材料蒸发成分子束，并沉积在绝缘层表面。
这样可以形成金属-绝缘体-金属结构中的金属层。
3. 绝缘层制备：在金属层上继续沉积绝缘层材料，形成绝缘层。
绝缘层的选择和制备对于器件性能起着重要作用。
4. 金属蒸发：再次进行金属材料的蒸发和沉积，形成另一层金属层。
这样就完成了金属-绝缘体-金属结构的制备。
通过以上步骤，MIM结构就成功地制备出来了。
在MIM结构中，金属层起到了导电的作用，绝缘层则具有隔离电流的功能。
由于金属层和绝缘层的特殊结构，MIM器件具有较低的电阻和电容，并且能够实现高速传输和存储。
MIM技术在微纳电子器件中具有重要的应用价值。
例如，在高速晶体管中，MIM结构可以用作栅极电容，提高晶体管的开关速度和工作频率。
在存储器中，MIM结构可以用作电容器，实现高密度的存储单元。
此外，MIM技术还可以应用于光电器件、传感器和滤波器等领域，为微纳电子技术的发展提供了新的可能性。
MIM技术是一种基于MBE技术的微纳加工方法，通过在绝缘层中插入金属层，形成金属-绝缘体-金属的结构，实现电子的高速传输和存储。
利用脉冲激光制备材料表面纳米结构
利用脉冲激光制备材料表面纳米结构当谈论材料表面纳米结构时，脉冲激光技术是一个备受瞩目的方法。
利用脉冲激光制备材料表面的纳米结构可以赋予材料独特的性能和功能，进而推动材料科学研究和工业应用的发展。
1、脉冲激光制备纳米表面结构的原理和方法脉冲激光制备纳米表面结构的原理是通过激光脉冲的高能量密度和短脉冲宽度，将材料表面局部区域加热到临界温度以上并迅速冷却，从而在材料表面形成纳米级的结构。
这种制备方法凭借其高精度和高效性，可以实现对材料表面形貌和化学组成的精确控制。
其中，脉冲激光的参数对于纳米表面结构的形成起着至关重要的作用。
激光的能量密度、脉冲宽度和重复频率等参数需要经过精确调控，以实现对材料表面的微观结构和宏观性能的精细调控。
此外，脉冲激光还可以与材料表面的化学反应相结合，使得纳米表面结构不仅能够形成有序排列的纳米颗粒，还能够具有特定的化学组成。
这种化学反应的结合可以进一步提高材料的功能性。
2、利用脉冲激光制备材料表面纳米结构的应用和挑战利用脉冲激光制备材料表面的纳米结构可以赋予材料多种独特的性能和功能。
例如，通过制备纳米结构，可以改变材料的表面粗糙度和润湿性，从而实现超疏水或超亲水的表面特性。
这些特性在涂层、光学器件以及生物医学领域等方面具有广泛的应用前景。
另外，脉冲激光制备的纳米表面结构还可以用于实现光催化反应、表面增强拉曼散射等功能。
这些应用都对材料表面的结构和形貌有着极高的要求，而脉冲激光制备技术能够满足这些需求。
然而，利用脉冲激光制备材料表面纳米结构也存在一些挑战。
首先，脉冲激光加工过程中可能引入热应力和欧拉应力等。
这些应力可能会导致纳米结构的形变或破裂，降低材料的性能。
其次，脉冲激光加工过程中产生的高温区域可能会导致材料的晶体结构改变，从而影响材料的力学性能和稳定性。
因此，需要在脉冲激光加工过程中严格控制加工参数，以避免这些问题的发生。
3、未来的发展趋势和展望随着脉冲激光技术的不断发展，利用脉冲激光制备材料表面纳米结构的研究和应用也将继续深入。
脉冲激光沉积技术在微电子制造中的应用
脉冲激光沉积技术在微电子制造中的应用“脉冲激光沉积技术在微电子制造中的应用”
随着微电子制造技术的不断发展和进步，脉冲激光沉积技术已经成为了微电子制造中不可缺少的一部分。
脉冲激光沉积技术是一种将激光束辐射到基板表面的加工技术，可以通过直接蒸发金属或者先形成含有需要的成分的化学物质薄膜，来制造微小的电子元器件。
该技术有着许多优势，包括高精度、高效率和可控制等。
在微电子制造中，脉冲激光沉积技术主要应用于制造可重复使用的硅晶片和金属线路。
这种技术可以通过控制激光束的能量和持续时间来实现对材料的高精度微加工。
而且，脉冲激光沉积技术可以实现非常细小的加工尺寸，从而实现更小的电子元器件，最终实现更高的性能和更低的功耗。
在微电子加工中，脉冲激光沉积技术的应用和优化需要考虑一些关键因素。
其中，最重要的因素包括能量密度、激光脉冲宽度、激光能量和基板温度。
这些因素会影响到沉积材料的微结构和物理性质，从而影响到元器件的性能。
脉冲激光沉积技术的另一项重要应用是在MEMS（微机电系统）中。
MEMS 是一种集成了机械、电子、光学和材料科学等多学科技术的微型化器件和系统。
与传统的微制造技术相比，MEMS技术更加灵活和多样化。
其中，脉冲激光沉积技术可以应用于制造MEMS中的微小结构和装置。
总的来说，脉冲激光沉积技术在微电子制造中的应用已经受到了广泛的认可。
随着MEMS技术的不断发展和微电子制造的不断进步，脉冲激光沉积技术将继续发挥重要的作用，并且成为微型化和高性能电子器件制造的重要手段。
脉冲激光沉积制备MIM结构00
ZnO压敏电阻器常用的性 • 非线性系数、压敏电压、漏能电流参表数示了压敏电阻
器的小电流特性，通流能力、残压比则表示的是 大电流特性。此外，表征压敏电阻器性能的参数 还有电压温度系数、能量耐量，固有电容等，限 于篇幅，在此只对常用的参数作以简单介绍。
1.非线性系数a
2.压敏电压U1mA
4、预处理
2020/7/11
4 、试验结果以及数据 分析
4.1 PLD压敏特性图及（ZnO）
2020/7/11
衬底温度对ZnO薄膜 表面结构的影响
2020/7/11
• 氧化锌（ZnO）是一种重要的宽带隙（室温下3.3 eV）Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料,它的激子束缚能 高达60 meV,远大于GaN的25 meV和ZnSe的22 meV。ZnO具有六方纤锌矿结构，晶格常数 a=0.3249 nm,c=0.5206 nm。ZnO薄膜具有良好 的透明导电性、压电性、光电性、气敏性、压敏 性、且易于与多种半导体材料实现集成化。这些 优异的性质，使其具有了广泛的用途，如表面声 波器件、平面光波导，透明电极，紫外光探测器 、压电器件、压敏器件、紫外发光器件、气敏传 感器等。在短波区域，ZnO可用于制造紫外发光 器件和紫外激光器，对于提高光记录密度及光信 息的存取速度起着非常重要的作用 。
2.1 ZnO薄膜的晶体结构
非化学计量的ZnO晶体
能带图
• Sukker等人经过综合 各方面的数据和理论 分析，给出了与ZnO 晶体的能带结构有关 的常温电子学参数。 根据这些数据，可以 得到，纯净的ZnO由 于存在固有原子点缺 陷，使得晶体结构的 周期性被破坏，在禁 带中引入局域能级的 能带结构，如图所示
3.漏电流
4.通流能力
MIM电容研究进展
MIM电容研究进展摘要：随着集成电路的发展，传统的电容器件已经不能满足射频电路的要求。
金属-绝缘体-金属（MIM）电容器件成为替代传统电容器的新型电容器件。
文章介绍了对MIM电容的要求，制备MIM电容的主要方法，总结了MIM电容的研究现状以及待解决的问题。
关键词：MIM电容；ALD；high-k材料电容器在射频集成电路中有广泛的应用，过去这些电容器件都是采用多晶硅-绝缘体-多晶硅结构或金属-氧化层-硅衬底结构，然而这两种结构都会产生寄生电容，同时非金属电极都会产生大的耗散电阻。
对于射频电路，这个问题是不能容忍的，因为等比例缩小工艺对电容的稳定性提出了更高的要求。
金属-绝缘体-金属（MIM）结构电容器件通过采用金属作为两个电极，有效降低了寄生电容和电容两极的接触电阻。
因此导电性强、无损耗的高电容密度MIM电容成为替代传统集成电路电容的新型电容器件。
1 MIM电容的性能要求1.1 高电容密度可以看出，要得到大的MIM电容值，考虑到芯片集成度的问题，通过提高MIM单位面积的电容即电容密度来提高电容值。
可以通过下面两种方法实现。
第一，减小原有MIM电容介质（SiO2或Si3N4）的厚度来d。
第二，改变介质的材料，使用高介电常数（high k）材料。
然而，过薄的介质厚度会使MIM电容产生比较大的漏电流以及一些可靠性的问题。
因此使用高K绝缘介质成为提高电容密度的必然选择。
1.2 小的电容电压系数（VCCs）1.3 低漏电对于漏电的要求主要是考虑到器件的可靠性和功耗问题。
根据ITRS2009，MIM电容的漏电流应该小于10-8A/cm2@3V。
2 high-k材料制备方法在MIM电容制备过程中，对于high-k绝缘介质的制备是非常重要的。
有许多制备high-k材料的方法，例如脉冲激光沉积（PLD），原子层淀积（ALD）和等离子体增强的ALD（PEALD）。
PLD是一种新的薄膜制造技术，适合于氧化物薄膜的外延。
mim电容及其形成方法
mim电容及其形成方法MIM电容是一种基于金属-绝缘体-金属（Metal-Insulator-Metal）结构的电容器。
它由两层金属电极之间的绝缘层组成，通过控制金属电极之间的电荷分布来存储电能。
MIM电容具有高电容密度、低损耗、高频性能优良等特点，在集成电路、射频电路和通信系统中得到广泛应用。
MIM电容的形成方法主要包括物理气相沉积法、溅射法、化学气相沉积法和溶液法等。
下面分别介绍这些方法的原理和步骤。
物理气相沉积法是一种常用的MIM电容形成方法。
该方法利用高纯度金属靶材，在真空环境下通过物理气相沉积技术将金属原子沉积到绝缘层上形成电极。
首先，将绝缘层材料放置在基片上，然后将基片放入真空腔室中。
接下来，通过加热靶材使金属原子蒸发，然后沉积在基片上形成金属电极。
最后，通过控制沉积时间和温度，可以得到所需的电容值。
溅射法也是一种常用的MIM电容形成方法。
该方法利用离子束或电子束轰击金属靶材，使其离子化并沉积在绝缘层上形成电极。
首先，将绝缘层材料放置在基片上，然后将基片放入溅射腔室中。
接下来，通过加热靶材使金属原子离子化，然后通过静电作用沉积在基片上形成金属电极。
最后，通过控制溅射时间和功率，可以得到所需的电容值。
化学气相沉积法是一种利用化学反应来形成MIM电容的方法。
该方法利用气体中的化学物质在高温下进行化学反应，生成金属电极。
首先，在基片上形成绝缘层材料，然后将基片放入反应腔室中。
接下来，通过加热反应腔室并引入相应的化学物质，使其在基片表面发生化学反应，生成金属电极。
最后，通过控制反应时间和温度，可以得到所需的电容值。
溶液法是一种简单、低成本的MIM电容形成方法。
该方法利用溶液中的金属离子在基片上沉积形成金属电极。
首先，制备金属离子的溶液，并将其涂敷在基片上形成绝缘层。
接下来，通过热处理或化学反应使金属离子还原为金属，形成金属电极。
最后，通过控制涂敷层的厚度和金属离子的浓度，可以得到所需的电容值。
脉冲激光沉积法制备的纳米硅薄膜的结构与光学性质
脉冲激光沉积法制备的纳米硅薄膜的结构与光学性质石明吉;李清山;孔祥贵【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2006(027)006【摘要】采用二次阳极氧化法,制备了多孔氧化铝模板.在真空背景下,用脉冲激光沉积法,在多孔氧化铝模板上沉积一层硅,制成了硅与多孔氧化铝的复合膜,然后用盐酸将多孔氧化铝模板完全腐蚀掉,制备均匀分布着硅纳米线的硅膜.用扫描电子显微镜、X射线衍射、光致发光对纳米硅的结构和光学性质进行了测试分析.结果表明:硅纳米线的直径约为67.5 nm,长度约为100 nm,数密度约1011/cm2.光致发光谱是可见光范围内的一个宽发射峰,上面叠加了许多具有精细结构的尖峰,尖峰之间的波长间隔不相等,但能量间隔相等.分析了样品的结构特点,利用量子限制模型和表面发光中心模型对光谱进行了解释,提出了一个新的能级模型,求出了各个尖峰对应激发态能级的量子数.为探讨纳米硅的发光机制和实现硅发光器件的制备提供了实验依据.【总页数】6页(P981-986)【作者】石明吉;李清山;孔祥贵【作者单位】曲阜师范大学,物理工程学院,山东,曲阜,273165;曲阜师范大学,物理工程学院,山东,曲阜,273165;中国科学院,激发态物理重点实验室,吉林,长春,130033【正文语种】中文【中图分类】O482.31【相关文献】1.脉冲激光沉积制备类金刚石薄膜的结构和光学性质 [J], 刘毅;林晓东;张磊;张麟;陈弟虎2.纳米硅镶嵌氮化硅薄膜的制备及非线性光学性质研究 [J], 吕蓬;郭亨群;申继伟;王启明3.脉冲激光沉积法在多孔铝衬底上生长的ZnO薄膜的结构与光学性质 [J], 石明吉;李清山;张宁;赵波;李修善4.纳米多孔二氧化硅薄膜的制备及其光学性质研究 [J], 王娟;张长瑞;冯坚5.纳米氧化铟和稀土共掺杂二氧化硅薄膜的结构和光学性质研究 [J], 林涛;万能;徐骏;徐岭;李伟;陈坤基因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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和表面帖装技术( S MT)的应用。 (2) 低压化：由于电子仪器的集成化，电路的电压也随之低电
压化。 (3) 基础理论的研究有待深入，尤其是加强晶界现象、导电机
理、缺陷理论等方面的研究。将计算机技术与材料研究相 结合，以探讨 ZnO压敏材料的显微结构与导电机理等将可 能受到人们关注。
2.1 ZnO薄膜的晶体结构
非化学计量的ZnO晶体
能带图
• Sukker等人经过综合 各方面的数据和理论 分析，给出了与ZnO 晶体的能带结构有关 的常温电子学参数。 根据这些数据，可以 得到，纯净的ZnO由 于存在固有原子点缺 陷，使得晶体结构的 周期性被破坏，在禁 带中引入局域能级的 能带结构，如图所示
2020/7/29
ZnO压敏电阻的晶界能带
2020/7/29
• 双肖特基势垒
求解泊松方程后，得到双肖特基势垒高度:
式中，ε是ZnO半导瓷的介电常数，Φ是势垒的 高度，Nd为晶粒施主浓度，Ns为界面受主态密 度，e为单位电子电荷。由上式可知，双肖特 基势垒高度与表面受主态密度的平方成正比， 与晶粒施主浓度成反比，在晶界处吸附受主杂 质能提高n型半导瓷晶界得势垒高度。正是由 于双肖特基势垒的形成，才使得ZnO压敏电阻 器具有非线性的特性。
2020/7/29
3、激光脉冲沉积法的基 本原理
及ZnO薄膜的制备
• 目前国内外薄膜制备方法基本有：磁控溅射，喷雾 热解，化学气相沉积，分子束外延技术，原子层外 延生长法，脉冲激光沉积，溶胶-凝胶这几种方法， 各种制备工艺各有优缺点。不同的制备技术及工艺 参数决定了薄膜的结晶取向，薄膜厚度，表面平整
4.通流能力
2020/7/29
5.残压比
ZnO压敏材料在各方面 的
应用及发展 • ZnO压敏材料广泛应用于工业、铁路、通信、电力及家电等 方面,尤其在过电压保护方面.用 ZnO压敏材料制成的 ZnO 避雷器 ,可以用于雷电引起的过电压和电路工作状态突变造 成电压过高.过电压保护主要用于大型电源设备、 大型电机 、 电磁铁等强电应用中，也可用于一般电器设备的过电压 保护。
2020/7/29
• 氧化锌（ZnO）是一种重要的宽带隙（室温下3.3 eV）Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料,它的激子束缚能 高达60 meV,远大于GaN的25 meV和ZnSe的22 meV。ZnO具有六方纤锌矿结构，晶格常数 a=0.3249 nm,c=0.5206 nm。ZnO薄膜具有良好 的透明导电性、压电性、光电性、气敏性、压敏 性、且易于与多种半导体材料实现集成化。这些 优异的性质，使其具有了广泛的用途，如表面声 波器件、平面光波导，透明电极，紫外光探测器 、压电器件、压敏器件、紫外发光器件、气敏传 感器等。在短波区域，ZnO可用于制造紫外发光 器件和紫外激光器，对于提高光记录密度及光信 息的存取速度起着非常重要的作用 。
1、存底的清洗 5、高温热处理
4、预处理
2020/7/29
4 、试验结果以及数据 分析
2020/7/29
PLD压敏特性图及（ZnO）
• 右图所示为不同温度下生长在 Si衬底上的ZnO薄膜的X射线 衍射图谱（XRD）由下图可知 生长温度的不同对ZnO薄膜样 品的影响都是很显著的。薄膜 生长时氧气压强为1OPa，生 长温度分别500℃，550℃， 600℃，沉积时间均为2小时。 为改善样品结晶质量，对样品 进行了退火处理，退火温度均 为650℃，并保温l小时。图示 中所有样品的X射线衍射谱中 衍射峰强度最大的均为ZnO的 (101)衍射峰，出现在2θ为 36.3处，还在2θ为33。4处存 在非常弱的衍射峰。表明我们 生长的样品为(101)择优的多晶 薄膜。 2020/7/29
2020/7/29
• 压敏电阻器是其电阻值随电压灵敏变化的 电子元件，它是基于压敏材料的非线性伏 安特性工作的，己被广泛地应用于过压保 护和稳压方面。SiC作为压敏材料的历史比 较悠久，1908年即出现了SiC避雷器的研究 。自从1968年日本松下公司首次研制成功 了以ZnO作为主体的压敏电阻器以来，ZnO 压敏电阻器的研究和应用得到了长足的发 展，ZnO迅速成为制造压敏电阻器的主导材 料。
2020/7/29
Contents
1 压敏电阻的基本概念 激光脉冲沉积法的基本原理
2 及ZnO薄膜的制备 3 试验结果以及数据分析 4 总结
2020/7/29
1、压敏电阻的基本概念
• 压敏电阻是一种限压型保护器件。利用压 敏电阻的非线性特性，当过电压出现在压 敏电阻的两极间，压敏电阻可以将电压钳 位到一个相对固定的电压值，从而实现对 后级电路的保护。压敏电阻的主要参数有 ：压敏电压、通流容量、结电容、响应时 间等。
2020/7/29
ZnO压敏材料导电原理
• 隧穿电流表达式为:
式中，K为常数，，C为常数，U为外加电压，为真 空介电常数。上式 表明，当电压较高，由于隧穿机制， 流过晶界的电流随外加电压的增大而急剧增大。结合热 电子发射机制和隧穿势垒机制就可以较好地解释ZnO压 敏电阻器的非线性U-I特性。当外加电压升高达到一定值 时，通过压敏电阻器的电流随外加电压的增加变化很大， 一般可达几个数量级，表现出强烈的非线性。正是由于 具有非线性特性，ZnO压敏电阻器在过压保护和稳压方 面得到广泛的应用。在过压保护电路中，当有浪涌电流 通过时，压敏电阻器处于非线性区，将浪涌电流吸收， 起到保护设备的作用。
2020/7/29
ZnO压敏材料常用的性能 参数 • 非线性系数、压敏电压、漏电流表示了压敏电阻
器的小电流特性，通流能力、残压比则表示的是 大电流特性。此外，表征压敏电阻器性能的参数 还有电压温度系数、能量耐量，固有电容等，限 于篇幅，在此只对常用的参数作以简单介绍。
1.非线性系数
2.压敏电压
3.漏电流
2020/7/29
2020/7/29
2020/7/29
2、激光脉冲沉积法的基本原理 及ZnO压敏电阻器的制备
图1-1为ZnO晶体的原 子点阵示意图，ZnO 晶体具有纤锌矿结构 （四配位，六角结 构）、闪锌矿结构 （也是四配位，但和 纤锌矿相原子排列不 同）、NaCl结构（也 叫岩盐结构）和CsCl 结构，这四种结构。
度以及光电、压电等性质的差异。
2020/7/29
国内外 薄膜制备方法
磁控溅射法 喷雾热分解法 化学沉积法
国内外 薄膜制备方法
分子束外延法
原子层外延生长法 脉冲激光沉积法
（PLD）
2020/7/29
PLD
2020/7/29
脉冲激光沉积示意图
在衬底上沉积ZnO薄膜的 实验过程
2、溶胶的配置
3、提拉