薄膜（Thin Film）的定义及几种薄膜的应用
发布时间：2024-11-13
引言
在现代集成电路工艺技术中，薄膜起着主导作用，它在集成电路的所有通用工艺中都得到了最有成效和最重要的应用。在这些应用中，薄膜结构的一个必不可少的标准是能否保持结构的完整性。20 世纪以来，薄膜技术无论是在学术上还是在商业应用中，都取得了丰硕的成果。在现今的集成电路中，薄膜的应用也变得越来越重要。
一、薄膜的定义
薄膜技术的发展历史距今已有一千多年了。古时候已经发展并形成了装饰品的贵金属电镀技术。人类在进入 18 世纪时才从科学的角度研究薄膜，对薄膜的形成机理、薄膜生长机制和结构等正式研究是从 19 世纪开始的，直到 19 世纪中叶，电解法、化学反应法和真空镀膜法的出现，才标志着固体薄膜技术的制造技术逐步形成。
薄膜（Thin Film）是非常复杂并难以明确定义的概念。百度百科对薄膜的定义是“薄膜是一种薄而软的透明薄片，是用塑料、胶粘剂、橡胶或其他材料制成的”，“薄膜材料是指厚度介于单原子到几毫米间的薄金属或有机物层”。这种关于薄膜的定义基本上是源于人们对薄膜这种物质的传统认识，并不能包含所有的薄膜物质。从物质形态上来讲，薄膜是一种特殊的物质形态，由于其在厚度这一特定方向上尺寸很小，是指微观可测量的量，而且在厚度上由于表面、界面的存在，使物质的连续性发生中断，从而使薄膜材料产生了与块状材料不同的独特性能。
构成薄膜的物质应当是没有任何限制的，从广义上来讲，薄膜就是两个几何学平行平面间所夹着的物质。但是就实际应用来看，气体和液体薄膜的实际应用目前并不广泛，因此，本书中所讨论的薄膜都指的是固体薄膜。薄膜的特性是以其“薄”而存在的，具体的厚度范围是多少才能称为薄膜，目前也没有准确的定义。随着大规模、大容量的薄膜制作装置逐步采用和推广，薄膜的厚度也在逐步增大。现在，厚度在几十微米的膜层也称之为薄膜，但是随着科学技术的发展，更厚的膜层是否还会称为薄膜或者其他的专有名称，还有待于科学技术的发展而进一步讨论和论证。不管今后的技术进步和对更厚薄膜的定义和命名如何，在本书中关于薄膜的讨论都定义为厚度在几十微米的固体薄膜，进一步来讲，本书讨论的薄膜技术基本上都是集成电路工艺中所涉及的半导体薄膜。
二、几种薄膜的应用
在科学技术发展日新月异的时代，大量具有不同功能的薄膜材料得到了广泛的应用，薄膜作为一种重要的材料在材料科学领域占据着越来越重要的地位。近年来，随着薄膜制造技术的飞速发展，各种材料的薄膜化已经成为一种材料应用的发展趋势。薄膜材料种类繁多，应用广泛，目前常见并得到应用的薄膜主要有：超导薄膜、导电薄膜、铁电薄膜、电阻薄膜、半导体薄膜、介质薄膜、绝缘薄膜、钝化膜、光电薄膜等。下面介绍几种薄膜的主要应用。
1、超导薄膜：超导薄膜（Superconducting Thin Film）是利用蒸发、喷涂等工艺方法沉积的厚度小于 1 μm 的超导材料。以超导薄膜为基础制作数字电路，比半导体材料制作的数字电路具有速度更快、损耗更小、容量更大的特点。由于超导薄膜没有电阻，用它制成的天线、谐振器、滤波器、延迟线等微波通信器件具有常规材料（金、银）等不可比拟的高灵敏度，从而成为未来电子对抗中各国军方高度重视的一种材料。在制造超导体器件中，一个重要的目标就是找到纳米尺度的超导材料，这样的超薄超导材料在超导体晶体管及需要更高速度的电子学中，因为节能和超快的响应速度而发挥重要作用。超导技术具有广阔的发展前景，同时，发展高温超导技术是 21 世纪国际高技术竞争中，保持尖端优势的关键所在。在电力、通信、国防和医疗方面的发展急需利用超导技术解决现有的关键问题。应用超导技术将带来电力方面的重大变革。在国防工艺技术方面，由于超导技术不可替代的特殊性和优越性，将在超导电机、电磁武器、传感器导航用高精度超导陀螺仪等领域中广泛应用，所以提高临界转变温度、临界电流密度和改良其加工性能和工艺技术，制造出理想的、更低价格的新一代超导材料，成为了超导薄膜发展的新趋势。
2、导电薄膜：导电薄膜是一种能实现特定电子功能的材料。这类薄膜分为半导电薄膜和导电薄膜。半导电薄膜只有半绝缘多晶硅薄膜。半导电薄膜主要有外延生长的硅单晶薄膜和 CVD 生长的掺杂多晶硅薄膜、半绝缘多晶硅薄膜。绝缘体薄膜主要有氧化硅薄膜、氮化硅薄膜等。金属薄膜主要有 Al、Au、NiCr 等薄膜。另外，还有在半导体工艺中应用的光刻胶薄膜。透明的导电薄膜是一种既能导电又能在可见光范围内具有高透明度的薄膜，主要有金属膜系、氧化物膜系、其他化合物膜系、高分子膜系、复合膜系等。金属膜系导电性能好，但是透明度差。半导体薄膜系列正好相反，导电性差，透明度高。当前应用和研究最为广泛的是金属膜系和氧化物膜系。透明导电薄膜主要用于光电器件的窗口材料，比较常见的透明导电薄膜为 ITO（锡掺杂三氧化铟）、AZO（铝掺杂氧化锌）等，它们的禁带宽度大，只吸收紫外光，不吸收可见光而“透明”。最近几年来，国内外的研究者分别在低温制备的设备、工艺、薄膜的表面改性、多层膜系的设计和制备工艺方面进行了广泛而深入的研究。我国在低温，尤其在常温下制备 ITO 薄膜方面的研究还落后于国际上其他国家，与国外相比，制备方法比较单一，这一方面是由于我国在 ITO 薄膜的研究起步较晚，另一方面是受限于先进工艺设备的影响。ITO 导电薄膜可以广泛地应用于液晶显示器、太阳能电池及各种光学领域中。
3、铁电薄膜：铁电薄膜是一种重要的功能性薄膜材料。具有铁电性且厚度为几十纳米到几微米的膜材料称为铁电薄膜。铁电薄膜具有良好的铁电性、压电性、热释电性、电学及非线性光学等特性，铁电薄膜可以广泛应用于微电子学、光电子学、集成光学和微机电系统（MEMS）等领域，目前铁电材料的研究也是国际上新型功能材料的研究热点之一。铁电薄膜的制备方法目前主要有 SOL-GEL 凝胶法、MOCVD 法、PLD 法和溅射法。铁电薄膜主要应用于制造各种存储器材、传感器和换能器及光电器件。铁电薄膜的应用前景广阔。近年来，人们对铁电薄膜的研究取得了可喜的进展，但铁电薄膜要在实际应用中取得重大突破，还有非常多的研究工作需要去做。这些工作既包括铁电薄膜的基础性研究工作，也包括铁电薄膜的应用基础研究工作。铁电性已经被发现了将近个世纪，关于铁电性的研究也取得了很大的进展，但是与铁电性及器件相关的新原理、新方法、新效应和新应用还有待进一步深入研究和开发。
4、电阻薄膜：电阻薄膜也称为薄膜电阻，是一种具有很高阻值精度和极低温度系数的片式电阻器。一般这类薄膜电阻常用的材料是陶瓷基板。薄膜电阻一般是采用真空蒸镀、直流或交流溅射、化学沉积等工艺方法，将一定电阻率材料蒸镀于绝缘材料表面制成的膜式电阻材料。薄膜电阻的阻值精度可达 ±0.05 %，温度系数可达 ±5 ppm/℃，稳定度达到 ±0.02 %，是替代低精度的厚膜式片式电阻的理想材料。薄膜电阻可以广泛应用于汽车电子、工业电子和消费电子等领域。
5、半导体薄膜：半导体薄膜主要有两种形式，非晶态半导体薄膜和多晶半导体薄膜。非晶态半导体是具有半导体性质的非晶态材料。非晶态半导体是半导体的一个重要部分。通常以“非晶”或“无定形”来称呼这种形态的晶体，这种晶体是一种不具有晶体结构的固体。非晶态材料的原子排列不像晶体那样规则，短程有序，长程无序。非晶态半导体与晶态半导体具有类似的能带结构，也有导带、价带和禁带。非晶态半导体与晶态半导体相比，其中存在着大量的缺陷，这些缺陷在禁带中引入一系列局域能级，它们对非晶态半导体的电学和光学性质有着重要的影响。目前主要的非晶态半导体有两大类：硫系玻璃和四面体键非晶态半导体。硫系玻璃的制备方法通常是利用熔体冷却或气相沉积，而四面体键非晶态半导体的制备方法不能用熔体冷却的方法，只能采用薄膜沉积的方法，如蒸发、溅射或化学气相沉积等。非晶态半导体薄膜在技术领域的应用具有很大的潜力。目前非晶硅的应用主要是太阳能电池，最近也有人员在试验把非晶硅场效应晶体管应用于液晶显示和集成电路中。多晶半导体薄膜不像单晶半导体薄膜那样引人关注，但是目前在工业上也有着许多重要的应用。半导体集成电路行业常用的是多晶硅薄膜，它多被用来制作集成电路中的栅极、电阻、布线等一些无源元器件。多晶薄膜的制备一般采用 LPCVD、固相晶化法（SPC）、准分子激光晶化法（ELA）、金属横向诱导法（MILC）和 PECVD 等方法。
6、钝化膜：一般来讲，钝化膜主要是指在金属表面上形成金属氧化物或盐类，这些物质紧密地覆盖在金属表面上形成钝化膜，一般可以采用电化学钝化和化学钝化，化学钝化是利用强氧化剂对金属直接作用而在金属表面形成氧化膜。不论何种形式所形成的钝化膜，其根本目的都是防腐。
7、光电薄膜：光电薄膜的应用广泛，主要包括光学膜片、光电显示用胶带等，光学膜片主要包括反射片、扩散片、棱镜片等。光电薄膜器件是 LCD 面板不可或缺的重要组成部分。
（来源：材料研究那些事儿）
转自——薄膜界公众号
我司供应 CPE/BOPE 薄膜用——超透超低雾度防粘连剂 SILTON JC 硅酸铝盐系列
依据广告法，可能是目前最好的选择
技术咨询：张凯，13825504923
出货事宜：程明，13825501180
