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1、薄膜材料与技术薄膜材料与技术邹友生邹友生 15996294651 2014.2-2014.4办公室：办公室：339栋栋411室室0 绪论绪论v薄膜的应用薄膜的应用v薄膜的定义薄膜的定义v薄膜的特性及分类薄膜的特性及分类v薄膜材料与薄膜技术研究内容薄膜材料与薄膜技术研究内容能源、材料、信息科学技术是新技术革命的先导和支柱。作为特殊形态材料的薄薄膜膜，已经成为微电子学、光电子学、磁电子学、机械加工工具、传感器、太阳能利用等新兴交叉学科的材料基础，并渗透到当代科技和国民经济的的各个领域，如航空航天、交通、医疗、通信和信息等。（1）薄膜的应用）薄膜的应用多种类多种类高性能高性能新工艺新工艺A:A:信息
2、社会中，信息采集、处理和网络设备需要大量的电子元器件、电子回路、集成电路等。薄膜技术是制作它们的基础薄膜技术是制作它们的基础B:B:21世纪进入了以PDP，LCD为代表的平板显示器时代。以PDP为例，制作的关键是在对角线1m以上大尺寸玻璃板表面形成数以百万计的放电胞。放电胞的节距一般为200400微米，胞间障壁宽度为50微米，高150微米。汇流电极由透明导电膜做成，选址电极由Ag膜等做成。为保证电极寿命，需要在前玻璃基板表面涂覆MgO保护膜。要制作这些电极及各种膜层，离不开薄膜技术及微细加工技术。离不开薄膜技术及微细加工技术。PDP,Plasma Display PanelTFT（thin f
3、ilm transistor）LCD一个象素大小约几十微米，薄膜三极管的特征尺寸一般为35微米。制作薄膜三极管需要在玻璃基板上形成非晶硅或多晶硅半导体膜，还要形成原极，栅极，漏极，每个像素都要有共用电极和显示电极。此外，还要产生RGB三原色的滤色膜。这些都离不开薄膜技术和微细加工技术这些都离不开薄膜技术和微细加工技术薄膜：薄膜：当固体或液体的一维线性尺度远远小于它的其他二维尺度时，我们将这样的固体或液体称为膜，在本课中我们关注的是在固态基片上沉积的固体薄膜。（2）薄膜定义：）薄膜定义：cBNDiamondThin Film、Coating研究表面几个到几十个原子层薄膜材料是相对块体材料而言，但
4、不是简单地将块体材料压薄而成的，而是采用特殊的方法在体材料表面制备一层与体材料性质完全不同的物质层，它一般具有特殊的材料性能或性能组合。在真空薄膜沉积过程中，可以看成是原子量级的铸造工艺，它是将单个原子一个一个地凝结在衬底表面上形成薄膜。薄膜材料可用各种单单质质元元素素、无无机机化化合合物物或或有有机机材材料料来制作膜；也可以用固固体体、液液体体或或气气体体物质来合成。可以是单晶、多晶、微晶、纳米晶；单晶、多晶、微晶、纳米晶；（）薄膜分类：）薄膜分类：半导体器件和集成电路中使用的导电薄膜与介电薄膜，如Al、Cr、Au、SiC、SiO2、Si3N4等；光电子器件中功能薄膜，如GaAs/GaAlA
5、s、a-Si：H；薄膜太阳能电池，如非晶硅、CdSe；显示器件，如透明导电薄膜电极和各种发光薄膜(ZnS)电学薄膜：电学薄膜：利用薄膜材料的电学性能利用薄膜材料的电学性能 减发射膜，如MgF2薄膜、ZnS、CeO2等红外减反射膜。激光唱片与光盘中的光学存储薄膜，如硫系化合物膜 集成光学元件与光波导中的介质薄膜与半导体薄膜。用于工具、模具和刀具等机械加工元件表面上的各种硬质薄膜如TiN、TiC、TiB2、DLC、Diamond、cBN等。Co-Cr膜、巨磁阻薄膜、Fe/Cr和Co/Cr等多层膜光学薄膜：光学薄膜：利用薄膜材料的光学性能利用薄膜材料的光学性能磁性薄膜：磁性薄膜：利用薄膜材料的磁学性
6、能利用薄膜材料的磁学性能硬质薄膜：硬质薄膜：利用薄膜材料的机械和力学性能利用薄膜材料的机械和力学性能有机分子薄膜：有机分子薄膜：DiamondZnOLangmuir Blodgett film Co-Cr膜ZnSe 光学光学薄膜薄膜p 同块体材料相比，很容易产生尺寸效应和表面效应，也就是说薄膜材料的物性会受到薄膜厚度的影响物性会受到薄膜厚度的影响。p 薄膜材料的表面积与体积之比很大，因此表表面面效效应应很显著，表面态、表面能、表面散射和表面干涉对它的物性影响很大。p 薄膜材料中还包含有大量的表表面面晶晶粒粒间间界界和和缺缺陷陷态态，对电子输运性能也影响很大。（）薄膜特性：（）薄膜特性：如何使某
7、一物质（可以是块状、液体和气态）能成为薄膜形状？也就是研究该材料的制备工艺技术；研究薄膜具有哪些新的特性（光、电、热、磁、力学），研究这些特性的物理本质；如何把不同的薄膜材料应用到各个领域，尤其是高新技术领域。（）薄膜材料与薄膜技术研究内容：（）薄膜材料与薄膜技术研究内容：作为材料学的一个分支，薄膜材料学主要涉及以下内容：薄膜材料的制备手段；薄膜材料的形核与生长理论；薄膜材料的表征技术；薄膜材料的体系、性能及应用。微电子技术的发展，打破了体材料的一统天下。过去需要多材料组合才能实现的功能，现只需少数几个器件或一块集成电路板就可实现。每种材料的性能都有局限性。薄膜技术可以将各种不同的材料有机灵活
8、地组合在一起，发挥各自优势，避免单一局限性。薄膜材料正向综合型、智能型、复合型、环境友好型、节能长寿型及纳米化方向发展。（）薄膜材料科学迅速发展原因：（）薄膜材料科学迅速发展原因：第一章第一章 等离子体的等离子体的基本知识基本知识v等离子体的概念等离子体的概念v等离子体中的反应等离子体中的反应v低温等离子体与成膜低温等离子体与成膜低温等离子体技术在材料、微电子、化工、机械等领域得到广泛应用，形成等离子体工业。决定物质状态的内在因素决定物质状态的内在因素:分子分子(原子原子)的热动能的热动能 E Ek k=3k=3kB BT/2T/2 分子分子(原子原子)之间的相互作用能之间的相互作用能 U(r
9、)U(r)(1)(1)当当E Ek kU(r)U(r)U(r)时时,物质呈气态物质呈气态(高温高温););如果温度继续升高，物质的状态如何如果温度继续升高，物质的状态如何?1 1、1 1 等离子体的概念等离子体的概念等离子体是物质第四态固体 冰液体 水气体 水汽等离子体 电离气体温度00C1000C100000C除固、液、气以外的物质第四种状态，它是由带电粒子（包括离子、电子、离子团）和中性粒子组成的系统。具体地讲，等离子体就是一种特殊的电离气体。PlasmaPlasma：等离子区：等离子区/等离子体等离子体/电浆电浆（1）概念：）概念：普通气体普通气体等离子体等离子体等离子体等离子体放电放电
10、电子Electrons离子IonsPositiveAr +e-Ar+2e-NegativeCl2 +2e-2Cl-自由基Free Radicals:CH4 +e-.CH3 +.H +e-光子PhotonsAr +e-Ar*+e-Ar +e-+hn 中性粒子Neutrals等离子体组成：等离子体组成：人们对等离子体的认识过程人们对等离子体的认识过程18791879年年CrookCrook指出放电管中的电离气体是不同于气体、液体、固体的指出放电管中的电离气体是不同于气体、液体、固体的 物质第四态；物质第四态；19281928年朗缪尔年朗缪尔(Langmuir)(Langmuir)给它起名为等离子体
11、，给它起名为等离子体，plasma;plasma;到到2020世纪世纪2020年代，等离子体的基本概念和特征运动的时空尺度已基年代，等离子体的基本概念和特征运动的时空尺度已基本建立本建立,并进行了大量的直流辉光和直流电弧放电实验；并进行了大量的直流辉光和直流电弧放电实验；上世纪上世纪3030年代左右，由于无线电通讯技术的要求，人们开始研究空间等年代左右，由于无线电通讯技术的要求，人们开始研究空间等离子体，如离子体，如AlvenAlven，获诺贝尔奖；，获诺贝尔奖；上世纪上世纪30-5030-50年代，建立了等离子体物理的基本理论框架；年代，建立了等离子体物理的基本理论框架；从上世纪从上世纪50
12、50年代起，开始进行受控热核聚变等离子体研究；年代起，开始进行受控热核聚变等离子体研究；在上世纪在上世纪6060年代，热等离子体技术工业化，如合成氨；年代，热等离子体技术工业化，如合成氨；上世纪上世纪7070年代以后，低温等离子体技术进入微电子工业，带来突破性地年代以后，低温等离子体技术进入微电子工业，带来突破性地发展发展。产生方法分：产生方法分：产生方法分：产生方法分：自然等离子体：自然等离子体：广泛存在于宇宙中，星云、闪电、极光。人工产生的等离子体：人工产生的等离子体：气体放电、射线辐照、热电离、激光压缩、日光灯放电、核聚变、核裂变 （2）分类）分类 自然界中自然界中 99%99%的物质是
13、以等离子体状态存在的！的物质是以等离子体状态存在的！恒星、恒星系、星际空间恒星、恒星系、星际空间稀薄等离子体稀薄等离子体太阳太阳就是一个为上亿度的等离子体球，其内部不断发生热就是一个为上亿度的等离子体球，其内部不断发生热核聚变反应，并释放出大量的带电粒子。这些带电粒子运动核聚变反应，并释放出大量的带电粒子。这些带电粒子运动到地球表面的近空间区，就形成所谓的到地球表面的近空间区，就形成所谓的“太阳风太阳风”。氢及其同位素发生的热核聚变反应地球周围的电离层，如地球周围的电离层，如极光极光现象。现象。极光（Polar light）是由于太阳带电粒子（太阳风）进入地球磁场，在地球南北两极附近地区的高空
14、，高层大气分子或原子激发或电离而产生的灿烂美丽光辉。在南极称为南极光,在北极称为北极光。闪电闪电:大气中的强放电现象美美国国摄摄影影师师杰杰费费恩恩拍拍摄摄到到闪闪电电直直接接打打在在自自由由女女神神像像上上的的惊惊人人照照片片，据据悉悉他他为为了了拍拍摄摄这这一一幕幕已已经经等等候候了了4040多多年年。费费恩恩现现年年5858岁岁（20102010年年），他他尝尝试试拍拍摄摄闪闪电电打打中中自自由由女女神神像像的的照照片片已已经经有有4040多多年年了了，从从少少年年时时期期刚刚接接触触摄摄影影开开始始，这这就就是是他他的的一一个个心心愿愿。为为了了拍拍摄摄闪闪电电打打中中自自由由女女神神
15、像像的的照照片片，费费恩恩冒冒着着暴暴风风雨雨在在曼曼哈哈顿顿的的巴巴特特利利公公园园城城守守候候了了将将近近两两个个小小时时，摆摆好好相相机机拍拍了了8080多多张张照照片片，最最终终在在20102010年年9 9月月2222日日晚晚上上8 8点点4545分等来了这一罕见时刻。分等来了这一罕见时刻。l荧光灯，霓虹灯灯管中的电离气体l核聚变实验中的高温电离气体l电焊时产生的高温电弧，电弧灯中的电弧l火箭喷出的气体l等离子显示器和电视l太空飞船重返地球时在飞船的热屏蔽层前端产生 的等离子体l在生产集成电路用来蚀刻电介质层的等离子体人工产生的等离子体人工产生的等离子体人工产生的等离子体人工产生的等
16、离子体依赖于放电条件（方方式式、气气体体种种类类、功功率率、气压、电流等气压、电流等）气体电离程度分气体电离程度分气体电离程度分气体电离程度分：a=ne/(ne+nn)，nn为中性粒子浓度完全电离：完全电离：所有分子（原子）都电离成电子和离子。a=1部分电离：部分电离：部分分子（或原子）电离成电子和离子，其余为中性分子（或原子）。0.01 a 1弱电离：弱电离：只有少量分子（或原子）电离。10-12 a 0.01等离子体分类等离子体分类(四四)按系统温度分类按系统温度分类 (1 eV=11,610 K)按系统温度分按系统温度分 (1 eV=11610 K)：高温等离子体高温等离子体 (广泛存在
17、于宇宙中，星云、闪电、极光。LTE)LTE)Tg=Ti=Te=108-9 K (104-5 eV)低温等离子体低温等离子体（人工产生的等离子体：气体激光、日光灯放电、气体辉光放电）1).1).热等离子体热等离子体（处于热平衡状态，重粒子温度与 电子温度相等。）Tg Ti Te （LTE)5,000 K Tg Ti Tg （NTE)100 K Tg VB（击穿）Target atom几百几百V,V,几百毫安几百毫安直流辉光放电区域的划分RF power plasma13.56MHz电容耦合电容耦合电容耦合电容耦合RFRF产生大体积稳态等离子体产生大体积稳态等离子体两环形电极环形电极以适当间隔匹配
18、在放电管上，加在电极上的高频电场透过玻璃管使气体放电。射频辉光放电：射频辉光放电：电电容容耦耦合合，是是将将输输入入功功率率耦耦合合为为放放电电一一种种方方式式，也也就就是是说说，利利用用两两个个电电极极及及其其鞘鞘层层形成一个电容。形成一个电容。为什么选择频率13.56MHz?Ion EnergyIon DensityPower FrequencyDC40-100 kHz13.56 MHz2.45 GHz频率范围从300KHz30GHz之间天线感应耦合天线感应耦合天线感应耦合天线感应耦合绕在放电管上的线圈代替线圈代替电极电极，通过高频磁场在放电管中产生涡流电场使气体电离Lam TCP 940
19、0SETM plasma etching system平面线圈耦合的平面线圈耦合的ICPICP1.容容性性耦耦合合等等离离子子体体中中的的射射频频电电场场性性质质同同静静电电场场，旋旋度度为为零零，电电场场的的方方向向垂直于电极面，具有纵向场的特点。垂直于电极面，具有纵向场的特点。2.容容性性耦耦合合放放电电装装置置类类似似于于一一个个电电容容器器，放放电电区区是是一一个个“三三明明治治”结结构构，即即“鞘鞘层层/等等离离子子体体/鞘鞘层层”。射射频频电电压压主主要要降降落落在在阻阻抗抗较较大大的的等等离离子子体体鞘层区内。鞘层区内。3.电电场场随随时时间间是是周周期期性性变变化化的的。电电子
20、子在在周周期期性性电电场场的的作作用用下下，不不断断改改变变运运动动方方向向，即即与与中中性性原原子子的的碰碰撞撞几几率率高高。因因此此，与与直直流流辉辉光光放放电电相相比比，射射频放电等离子体密度较高。频放电等离子体密度较高。4.在在早早期期的的容容性性耦耦合合放放电电中中，为为单单频频电电源源驱驱动动放放电电，而而且且电电源源的的频频率率为为 f=13.56MHz。第第一一代代等等离离子子体体刻刻蚀蚀源源。最最近近几几年年，出出现现的的双双频频电电源源驱驱动动放放电电，两两个个电电源源的的频频率率不不同同，如如：60/2 MHz，27/2 MHz。两两个个电电源源可可以施加在同一个电极或不
21、同的电极。以施加在同一个电极或不同的电极。5.与与容容性性耦耦合合放放电电不不同同，感感性性耦耦合合等等离离子子体体中中的的射射频频电电场场为为涡涡旋旋场场，而而且且有有感感应应磁磁场场。放放电电区区分分为为趣趣肤肤层层区区和和等等离离子子体体区区，电电场场随随时时间间周周期期性性变变化。感应耦合放电等离子体密度更高。化。感应耦合放电等离子体密度更高。ECR微波等离子体放电微波能量转化为气体分子的内能，使之激发、电离产生等离子体。波导管或天线将微波电源产生的微波耦合到放电管内。无需电极、功率局域集中、或高密度等离子体。微波放电微波放电:电子绕磁力线做回旋运动的方向与右旋极化电场的方向电子绕磁力
22、线做回旋运动的方向与右旋极化电场的方向一致回旋频率为：一致回旋频率为：wce=eB/me通过调整线圈的位置，即磁场在放电室的轴向分布，使通过调整线圈的位置，即磁场在放电室的轴向分布，使得回旋频率得回旋频率wce在轴向某一位置上等于微波电场的极化频在轴向某一位置上等于微波电场的极化频率率w w=wce则发生电子回旋共振。一般地，微波的频率为则发生电子回旋共振。一般地，微波的频率为2.45GHz,则对应的磁场为则对应的磁场为875G。电子回旋共振微波放电电子回旋共振微波放电:实验测试的方法来确定等离子体中的一些物理参数实验测试的方法来确定等离子体中的一些物理参数（粒子的密度、温度、输运系数等）（粒
23、子的密度、温度、输运系数等）。“打进去打进去”的方法：探针方法的方法：探针方法人为地向等离子体内部送入各种形式的探针，如静电探针（Langmuir探针)、微波探针、粒子探针等。“拉出来拉出来”的方法：光谱法（发射光谱、激光诱导的方法：光谱法（发射光谱、激光诱导荧光光谱、拍照）荧光光谱、拍照）光谱诊断系统由单色仪、光电倍增管、放大器及记录仪等组成。“打进去打进去”+“拉出来拉出来”的方法的方法 plasma 的诊断：的诊断：由于电子的热速度远大于离子的热速度，因此当探针插入到等离子体中时，电子首先到达探针的表面。这样，探针的表面电位是负的。当接上外界电源之后，探针上面就有电流通过。通过测量探针的
24、伏安曲线（VI），即可以确定出等离子体的密度和电子的温度。1 1、2 2 等离子体中的反应等离子体中的反应在低温等离子体中，电子从电场获得能量，进行高速运动，并与气体分子进行碰撞而使气体分子激发或电离，激发分子或离子在等离子体中引起各种化学反应。由电子碰撞引起的激发和电离；由离子碰撞引起的激发和电离；由中性粒子碰撞引起的激发和电离；光致激发和光致电离1.2.11.2.1激发和电离激发和电离激发：激发：A+e A*+e AB+e AB*+e（1 1）由电子碰撞引起的激发和电离）由电子碰撞引起的激发和电离气体原子中的电子吸收了入射电子的能量后，由低能级跃迁到高能级，破坏了原子的稳定状态，成为激发态
25、，该原子为受激原子。电离：电离：AB+e A+B+e 直接电离：直接电离：A+e A+2e AB+e AB+2e 累积电离：累积电离：A*+e A+2e AB*+e A+B+2e 解离电离：解离电离：AB+e A+B+2e 电子给出的能量大于电离位能，则原子或分子发生电离发生电离电子给出更大的能量，则分子的解离和电离同时发生解离和电离同时发生SiH4与电子碰撞发生的解离电离过程与电子碰撞发生的解离电离过程解离电离过程：出现电压（eV）：高速电子与多原子气体（高速电子与多原子气体（SiH4）产生非弹性碰撞，引起分）产生非弹性碰撞，引起分子的激活、自由基化和离解离子化子的激活、自由基化和离解离子化
26、（2 2）由离子和中性粒子碰撞引起的激发和电离）由离子和中性粒子碰撞引起的激发和电离热电离：热电离：当气体处于高温时，中性粒子的动能增加，从而产生由于碰撞而使原子或分子电离的中性高速粒子，这种由于粒子的热运动碰撞而发生的电离过程为热电离。潘宁（潘宁（PenningPenning）电离：）电离：亚亚稳稳定定激激发发粒粒子子同比其能量具有更低的电离能的中性粒子的碰撞而引起的电离过程，由于中性原子和分子不被电场加速，所以高速离子或中性粒子碰撞所引起的激发和电离过程主要是热电离。1.2.2 1.2.2 复合复合（1 1）离子与电子复合）离子与电子复合发射复合：发射复合：A+e A*+hv 双电子复合：
27、双电子复合：A+e A*A*A*+hv A*+B A*+B*解离再复合：解离再复合：AB+e A*+B*三体复合：三体复合：A+e+e A+e A+e+B A+B A*：一次激发原子一次激发原子；A*：二次激发原子二次激发原子受激原子是不稳定的，一般在10-710-8 s内放出所获能量回到正常态，放出的能量以光子的形式辐射出。（2 2）离子与离子复合）离子与离子复合发射复合：发射复合：A+B-AB+hv 电荷交换复合：电荷交换复合：A+B-A*+B*1 1、3 3 描述等离子体的基本理论方法描述等离子体的基本理论方法（1 1）流体力学理论）流体力学理论 (Fluid theory)将等离子体看
28、成是一个带电的流体带电的流体，其状态分别用一些宏观物理量来描述，如对于低气压等离子体，这些宏观量为：电子密度 ne(r,t)离子密度 ni(r,t)电子温度 Te(r,t)电场、磁场 E(r,t),B(r,t)流体力学方程组流体力学方程组Poisson Poisson 方程方程或或MaxwellMaxwell方程组方程组电子的流体力学方程组电子的流体力学方程组 （静电模型，无外磁场）（静电模型，无外磁场）连续性方程连续性方程能量平衡方程能量平衡方程电子的通量电子的通量,飘逸扩飘逸扩散近似散近似热流矢量热流矢量离子的流体力学方程组：离子的流体力学方程组：一般情况下，认为离子的温度变化很小，近似地
29、一般情况下，认为离子的温度变化很小，近似地等于中性气体的温度。等于中性气体的温度。低温等离子体技术应用领域：低温等离子体技术应用领域：l l沉积功能薄膜材料（沉积功能薄膜材料（沉积功能薄膜材料（沉积功能薄膜材料（PVD,CVD)PVD,CVD)PVD,CVD)PVD,CVD)l集成电路(芯片)辅助加工l微电机系统(Micro-electro-mechanical system,MEMS)辅助加工l超大平板显示系统(等离子体彩电)1 1、4 4 低温等离子体与薄膜制备低温等离子体与薄膜制备（1）等离子体鞘层）等离子体鞘层Substrate Biased power(DC,RF,or pulse)
30、PlasmaSheath在等离子体制备薄膜及等离子体刻蚀工艺中，通常在基片上施加一偏压（直直流流、射射频频或或脉脉冲冲偏偏压压），从而在基片附近形成一非非电电中中性性的区域，即等等离离子子体体鞘鞘层层（plasma plasma sheathsheath）。鞘层电场直接控制着入射到基片上的离子能量分布和角度分布，从而影响等离子体的工艺过程。等离子体中的离子、电子、活性基团等带电粒子或中性粒子，与固体表面相互作用，而发生各种物理和化学反应。（2）等离子体与固体表面的相互作用）等离子体与固体表面的相互作用离离子子原子原子plasma溅溅射射中性中性粒子粒子二次二次电子电子鞘层鞘层 固体表面固体表面
31、等离子体区等离子体区 吸附和捕获吸附和捕获等离子体中的中性粒子（原子、分子及基团）不受鞘层电场的作用，直接向表面迁移。当中性粒子吸附在固体表面时，将使表面的自由能降低。吸附率：吸附率：单位时间被吸附的粒子数与撞击的粒子数之比。每秒钟气体分子与单位面积固体表面发生碰撞的数每秒钟气体分子与单位面积固体表面发生碰撞的数Z为：为：并不是所有撞击到固体表面上的中性粒子都可以被表面吸附，这与撞击粒子的种类、能量及表面性质有关。如果入射离子能够进入固体表面层，与固体中的原子发生一系列的弹性和非弹性碰撞，并不断地损失其能量。当入射离子的能量损失到某一定的值（约为20eV左右)时，将停止在固体中不再运动。离子注
32、入离子注入IonEatoms如果固体中的原子在同入射离子碰撞时获得能量大于某一阈值时，将做反冲运动。该反冲原子将进一步与其它静止原子发生碰撞，形成新的反冲原子。这样依次下去，形成一系列原子的运动，被称为原子的级联运动。原子的级联运动原子的级联运动表面产生缺陷、位错表面产生缺陷、位错 溅射溅射被加速的粒子轰击到固体表面时，由于动量的交换，使原子发生级联运动，当级联运动的原子运动到固体表面时，如果其能量大于表面的势垒，它将克服表面的束缚而飞出表面，构成固体原子的释放，而被溅射出来。溅射出来的粒子除了是原子外，也可以是原子团。溅射出来的原子进入鞘层后，与鞘层内的离子碰撞后将发生电离，形成新的离子。冷
33、等离子体应用等离子体的化学过程刻蚀化学气相沉积（成膜）等离子体材料处理表面改性灭菌消毒(活性基团与微生物反应、高能粒子打断微生物分子化学键、紫外线）表面冶金（渗金属、合金强化、N)光源冷光源（节能，线光谱）气体激光器等离子体显示器 电子能量（eV）远大于分子键能（0.1eV）?非热平衡等离子体，背景温度低，电子温度高，存在大量的活性粒子（3 3）低温等离子体在成膜上的应用）低温等离子体在成膜上的应用离子镀在低温等离子体的气氛中进行蒸发，蒸发的金属原子在等离子体中被电离。溅射沉积在氩等惰性气氛或低温等离子体进行溅射沉积化学气相沉积多种气体在高温下发生化学反应而生成固体。等离子体化学气相沉积通过等
34、离子体之间的化学反应而沉积在固体表面表面改性通过高频放电使金属氮化或氧化包括在物理气相沉积物理气相沉积和化学气相沉积化学气相沉积上的应用。负偏压负偏压靶靶基片基片plasma物理气相沉积技术物理气相沉积技术 （溅射技术）（溅射技术）反应性气体反应性气体基片基片CH4化学气相沉积技术化学气相沉积技术 MWCVD可以稳定地制备高质量毫米量级厚度的金刚石片，并用金刚石膜加工成金刚石电子热 沉 片，热 导 率 高 达7.6W/(kcm)，可用于大功率电子器件。金刚石质量表征热等离子体应用高温加热冶金、焊接、切割材料合成、加工陶瓷烧结、喷涂、三废处理 （热等离子体作为热源加热熔化作用）光源强光源（近黑体
35、连续辐射）?热平衡等离子体，电子、离子、原子同样的温度，热量大?通常是高气压（1个大气压左右或更高的气压）?电弧、等离子体炬（4）等离子体的刻蚀应用：）等离子体的刻蚀应用：(2)微电机系统微电机系统(MEMS)的制备的制备(1)超大规模集成电路的制备超大规模集成电路的制备军事应用军事应用等离子体天线、等离子体隐身、等离子体减阻、等离子体鞘套、等离子体诱饵高技术高技术大功率微波器件、X射线激光、强流束技术、等离子体推进（5）等离子体军事及高技术应用：等离子体军事及高技术应用：等离子体隐身通过设计等离子的特特征征参参数数（能量、电离度、振振荡荡频频率率和碰撞频率等）满足特定要求，使照射到等离子云上
36、的雷达波一部分被吸吸收收，一部分改改变变传传播播方方向向，因而返回到雷达接收机的能量很少，使敌方难以探测，达到隐身的目的；还能通过改改变变反反射射信信号号的的频频率率，使敌雷达测出错误的飞机位置和速度数据以实现隐身。据报道，采用该技术的飞行器被敌方发现的概率可降低99。等等离离子子体体隐隐身身技技术术的的原原理理是利用电磁波与等离子体互相作用的特性来实现的，其中等离子体频率起着重要的作用。等离子体频率指等离子体电子的集体振荡频率，频率的大小代表等离子体对电中性破坏反应的快慢，它是等离子体的重要特征。若等等离离子子体体频频率率大大于于入入射射电电磁磁波波频频率率，则电磁波不会进入等离子体此时，等
37、离子体反射电磁波，外来电磁波仅进入均匀等离子体约2mm，其能量的86%就被反射掉了。但是当等离子体频率小于入射电磁波频率时，电磁波不会被等离于体截止，能够进入等离子体并在其中传播，在传播过程中部分能量传给等离子体中的带电粒子，被带电粒子吸收，而自身能量逐渐衰减。等离子体离子推进器推进器的工作物质为电中性的等离子体并在电磁中中被加速可变比冲磁等离子体火箭（可变比冲磁等离子体火箭（VASIMR）等离子体推进技术等离子体推进技术VASIMR为满足火星登陆任务及深空探测的要求，由于需要几百千瓦到几百兆瓦这样非常大的功率，使它成为未来核（裂变）电推进的候选方式。深空探测需要大推力大比冲的电推进，而这样的
38、电推进也只有核反应才能供给他足够的电能。因此，核电推进将是未来宇宙航行的必然趋势。可以说，如果不使用核动力，人类就无法走得更远。发光单元工作原理图（6 6 6 6）冷）冷）冷）冷等离子体等离子体:平面显示平面显示平面显示平面显示 v等离子体中的两性：相互独立又相互扶持，平和时若即若离，逃逸时则携手并肩。v等离子体中的相互作用：长则绵绵，短则眈眈，远可及周天之外，近可抵唇齿之间。v等离子体的集体行为：自由与束缚兼得，温和与暴虐并存。v等离子体的自洽禀性：可以欺之以妩媚，不可催之以强蛮，若以力，人人奋愤可兵，以弱，则诺诺列队而从。本章小结：本章小结：v薄膜的定义、分类、特性薄膜的定义、分类、特性v等离子体的概念、分类、特性等离子体的概念、分类、特性v等离子体的产生和诊断等离子体的产生和诊断v等离子体中的反应等离子体中的反应v低温等离子体与固体表面的相互作用低温等离子体与固体表面的相互作用作业：作业：（1 1）查阅薄膜材料与技术相关参考资料）查阅薄膜材料与技术相关参考资料（2 2）简要概述等离子体与固体表面的相互作用？）简要概述等离子体与固体表面的相互作用？