3-1 薄膜制备技术在线视频

柔性器件的制备涉及多道工艺

这些工艺不仅有应用到激光脉冲的

薄膜制备技术

还有源于古代的丝网印刷技术

甚至还要学习壁虎来实现

界面粘附

利用这些技术

我们可以发展3D的混合制造

柔性电子

把材料

电路和器件 通过打印的技术进行

整体的融合

最后形成完整的 可弯曲 可拉伸的

柔性电子系统

随着柔性电子制备技术的

不断发展

我们不仅可以制备复杂结构的

软体机器人

甚至还可以制备具有各种感知

处理功能和脑机接口电路的

人工器官

大家好

我是来自清华大学的冯雪

柔性器件的制备

有各种各样的方法

今天我给大家介绍一下柔性器件

的制备技术

柔性器件的制备涉及到多道工艺

一般而言

首先要在硬质的衬底上沉积多层

薄膜

通过光刻形成功能单元

将功能单元剥离

并印制到柔性的衬底上

再次进行封装

从而构成我们的柔性器件

针对功能单元的材料特性

我们可以将它分成柔性有机器件

和柔性无机器件

针对柔性无机器件

通常我们是在硅衬底或三五族

化合物衬底上沉积多层薄膜

针对有机柔性器件

我们通常是在玻璃衬底上进行

沉积

多层薄膜

光刻形成构成我们的功能单元

针对我们的柔性的衬底和电路

我们可以采用3D打印的方式

制备出多层的柔性电路

将这些功能单元与柔性电路

相集成

最终可以形成完整的柔性器件

和电路

首先我来介绍一下薄膜制备技术

薄膜制备技术包含薄膜的各种

生长方法

首先我们来学习一下溅射

溅射沉积是在相对真空环境中

电机两端加上高压电压

产生了辉光放电

使导入极间的工艺气体

电离正离子

在电场作用下高速轰击阴极上的

靶材

靶材的原子分子从靶材中逸出

运动到镀膜机片表面沉积

从而形成薄膜

溅射沉积的话

一般我们分为直流溅射和

射频溅射

直流溅射的话

只适合于导电材料的溅射

射频溅射的话既适用于导体和

绝缘体的溅射

为了增加溅射气体碰撞的概率

提高沉积效率

我们又发展了磁控溅射

磁控溅射是利用阴极的背面磁体

在靶材的表面建立封闭的磁场

束缚碰撞中产生的二次电子在

磁场中作螺旋运动

从而来提高我们最终的沉积效率

我们在此基础上还可以发展出

反应性溅射

反应性溅射的话

是在溅射的腔中充入活性气体

与溅射原子发生反应

这样我们可以获得更多的手段去

产生新的薄膜

蒸发沉积是另一类重要的薄膜

生长手段

蒸发沉积是指在真空环境下加热

蒸发料

使其原子分子热蒸发

然后沉积在目标衬体的表面

蒸发的实现有几个要素

第1个要素是加热

使得蒸发料融化改变

平衡蒸汽压 使镀料的分子原子

气相化

第2个要素是真空

便于气相的镀料向基片进行输运

第3个要素是温度较低的基片

便于气体镀料的分子凝结成膜

蒸发沉积根据加热的方式不同

可以分为不同的蒸发种类

包括电阻式蒸发

电弧蒸发

电子束蒸发和激光脉冲蒸发

电阻式蒸发沉积是以钨丝作为

加热源

加热融化蒸发料

从而来形成薄膜

电弧蒸发沉积是指把蒸发材料

制成放电电极

调节电极与针头间的间距

击穿空气

发生电弧

瞬间高温使得蒸发料蒸发

电子束蒸发沉积是指电子枪发射

高速电子束

经过偏转电极打在蒸发源表面

从而实现加热蒸发

最终形成沉积的薄膜

激光脉冲蒸发沉积

它使用高功率的激光束直接照射

蒸发源

从而实现加热蒸发

我们可以来对比一下

电子束蒸发和磁控溅射之间的

优劣点

通过这个可以来反映出来

蒸发沉积和溅射沉积之间的区别

对于电子束蒸发

它的蒸发方向好比较适合于

lift off的工艺

同时它的蒸发均匀性很高

比较适合于针对厚度比较小薄膜

的生长

针对磁控溅射 磁控溅射的台阶

覆盖性好

适合于在复杂的图形情况下进行

薄膜生长

另外磁控溅射的话

溅射沉积的分子能量大

使得薄膜与基底的粘附性特别好

氧化物

薄膜是器件中常用的介质层

二氧化硅是我们最常用的一种

介质层

二氧化硅的氧化生长是在氧气的

范围内

在硅的表面生长形成二氧化硅

薄膜

一般来讲我们会分为干氧化和

湿氧化的方法

干氧化膜它的致密性比较高

强度要高于湿氧化薄膜

化学气相沉积是另一大类重要的

薄膜生长方法

化学气相沉积是把含有构成薄膜

元素的气态反应剂或液态反应剂

的蒸汽

以及反应所需的其它气体引入

反应室内

在衬体的表面发生化学反应来

形成薄膜

化学气相沉积的特点是沉积的

温度低

薄膜成分易控 薄膜的厚度与沉积的

时间成正比

均匀性 成熟性

非常好

台阶的覆盖性也非常好

CVD可以用于制备难熔金属

薄膜

硅的氧化物薄膜

多晶硅

非晶硅薄膜以及硅化物薄膜

化学气相沉积

按照反应的气压可以分为几类

一个是常压化学气相沉积

一个是低压化学气相沉积

还有等离子体增强化学气相沉积

针对等离子增强化学气相沉积

是通过射频电源使反应气体电离

局部形成等离子体

化学的活性会增强

很容易发生反应

在基片上沉积出所期望的薄膜

溶胶凝胶法是另一类薄膜生长的

方法

它用易于水解的金属化合物在

某种溶剂中与水发生反应

经过水解和缩聚过程逐渐凝胶化

再经过干燥烧结等后处理

形成所需的薄膜

这种方法具备均匀性高

易于控制

反应过程

设备简单和成本低的特点