信息薄膜理論與技術2013-概論

2013年9月信息薄膜理論與技術概論楊曉非內容提要薄膜的基本概念?薄膜的特點薄膜的制備工藝薄膜的典型應用薄膜的基本概念當固體或液體的一維線性尺度遠遠小于它的其它二維尺度時，這樣的固體或液體稱為膜。薄膜的研究：共性和特性合成與制備組分與結構性質與性能表征（掃描電子顯微鏡、X射線衍射、原子力顯微鏡等）薄膜的特性附著于基片上：固態基片（襯底、基底）上的固態薄膜厚度：（0.1nm～10000nm)厚膜（厚度＞1um），薄膜（厚度＜1um）太薄：材料間的擴散→性能不穩太厚：與體材料區別不大結構和性能：可通過制備工藝參數的調節和成膜后的處理來控制；易于實現器件的小型化、平面化和集成化；薄膜的組分可以突變也可以緩變

改變靶材、反應氣體、調節放電功率或電流等，

形成多層膜和同一層內組分緩變的薄膜薄膜的特性

薄膜的特性與厚度相關；具有亞穩態特性

厚度、致密性、結構等，在外界能量（光、熱等）作用下，發生顯著變化薄膜性能受制備工藝的影響很大

不同的工藝，同一工藝不同的參數，所制備的同種薄膜在特性上相差很大薄膜的特性薄膜的特性薄膜幾乎都能在異質基體上生長薄膜的生長一般對基體沒有苛刻要求，但基體需要精心選擇，如玻璃盤基硬盤薄膜的制備氣相生長（淀積）法液相生長法固相生長法要求：通過制備工藝實現對薄膜的組分、結構、厚度及其均勻性等特性進行嚴格控制液相生長法將薄膜源（含有薄膜材料，但多數情況下并不與薄膜組分完全相同）連同溶劑和分散劑等，制備成溶液，然后均勻分布于襯底上，然后用加熱等方法促進它們發生物理或化學變化。典型工藝：噴涂、液相外延、溶膠－凝膠（Sol－gel）、旋轉涂敷（SpinCoating)、印刷等特點：工藝簡單、生產速率高、成本較低，但厚度、結構及其均勻性難于精確控制固相生長一般是在基體上預生長一層薄膜，然后再通過熱處理、激光誘導、電子誘導等方法進行處理，使之在組分、結構和特性方面達到要求。氣相淀積法將薄膜材料首先轉化為氣態，然后淀積到襯底上依照成膜過程的主要作用不同又可分為：物理氣相淀積（PVD）化學氣相淀積（CVD）物理化學淀積物理氣相淀積通過物理方法產生氣態源高能粒子轟擊產生氣態源→濺射法通過能量交換產生氣態源→蒸發和分子束外延如：濺射法化學氣相淀積共同特點：存在化學反應，包含分解、化合、聚合等類型。按能量的供給分：熱CVD、光CVD、等離子體增強CVD（PECVD）、電子輔助CVD（EACVD）等物理化學淀積同時具有PVD和CVD的特征如：反應濺射制備金屬氧化物在濺射生長金屬薄膜的同時，將氧氣引入反應室，形成含氧的等子體，金屬原子在飛行途中和淀積在襯底上之后，都有可能被氧化而形成氧化物典型研究應用－GMRhead1.前言－－存儲密度發展ThermalFluctuationLimit195519601965197019751980198519901995200020051G10G100G100M10M1M100K10K1KArealDensity(Gb/in2)20101TSpin-valveGMRHeadThinFilmHead1956Year IBM350 5MB,2kb/in2 24”(600mm)media 50PlattersMRHeadPRMLChannelIBMRAMACTMRHead2008Year FujitsuMHZ2500BT 500GB,277Gb/in2 2.5”(65mm)Media 3PlattersSFMPMRSputteredMedia1973Year IBM3340 DiskEnclosure垂直磁記錄密度已超過1000Gb/in2

56YearsInventionofHDD:1956,5Mbytes,24disks,2kbits/in2

56YearsLater:5Mbytes,24disks,2kbits/in2>1000Gbits/in2

硬盤（HDD）核心技術DownsizingofRecordingBitinHDDRecording

微型磁通門傳感器MagneticCoreContactp