全球高度信息化时代的来临,也伴随电子技术的高速发展。在过去,块体材料的使用导致元件体积庞大,可靠性降低,特别为实现某一功能特性,需要多种材料组合;然而现在应用薄膜材料,仅通过少数组元,阵列或器件组成就能实现所需特性,从而实现电路的高度集成。薄膜技术正是实现器件与系统微型化的最为有效的手段之一。
元器件向微型化发展,原有特性不仅存在,甚至更加强化。特别是器件在体积上不断地减少,使电子或其他粒子在微观尺度内靠近量子化运动,进而获得薄膜器件的全新物理特性。与此同时,在电子设备与电路系统中,电路与器件的集成、兼容最为关键,高性能和高质量的元器件可为系统的先进性和可靠性提供保障,因此薄膜作为基础材料支撑,其性能、制备工艺以及稳定性具有重要的基础研究意义。
薄膜材料具备特殊形态,属于低维材料(二维),采用特殊工艺方法(与块体区别明显),在衬底表面沉积或凝结特殊物质层。厚度一般在纳米(薄膜)至几微米(厚膜)范围。在纳米范围内,一般就是数原子层或者数百个原子层的厚度,在如此厚度范围内,薄膜会显示出“厚度尺寸效应”,与块体材料相比较而言,性能差异明显。原因为薄膜的处理工艺,更容易使物相组成与微结构形成非晶状态、细化的晶粒、亚稳态、化学计量比的偏离、特殊的材料表面能态等现象。薄膜在衬底上生长,主要是各种粒子的相互作用结果,例如原子,原子核,电子之间的相互作用。其宏观表现为材料发生化学或物理反应,具有一定的结构形态。在薄膜的生长过程中,薄膜与衬底的浸润性,晶格的匹配与失配,热膨胀系数的差异,粗糙度,都会对性能产生影响,生长模式,成核过程都具有重要研究意义。
高质量的薄膜是薄膜器件设计和应用的基础,然而薄膜的质量很大程度上取决于制备技术和制备工艺条件参数,制备技术主要分为物理方法和化学方法。功能薄膜的种类一般按照电、磁、声、光、力、热、生物及化学等功能特性划分。也可按照属性类别分为金属薄膜,氧化物薄膜,氮化物薄膜,碳化物薄膜,合金薄膜等。最近几十年,薄膜制备与器件设计不断取得新进展,而且对功能薄膜材料的研究已吸引众多科研工作者的兴趣。各种薄膜的性能和用途各不相同,应根据物理化学性能和实际应用选择合适的薄膜。