“杂质”也有大用途 | Al2O3薄膜制备工艺大总结 

氧化铝薄膜是铝的一种特性，与金属铝的初始氧化有关，在铝表面形成几纳米厚的“阻挡层”，能够阻止铝的进一步氧化。对于铝来说，是影响纯度的杂质，但就是这种“杂质”，也有着不小的用途。

Al2O3薄膜与氧化铝膜是有差别的，氧化铝膜是一种无机膜，是一种耐高温，热稳定性好，强度高，化学性质稳定的膜，属于一种膜分离技术。而氧化铝薄膜是铝能在空气中自然形成的一层厚度约为0.01～0.1微米的氧化膜，这层氧化膜是非晶态的，自然生成的薄膜薄而多孔，耐蚀性差。但是通过薄膜技术制备的薄膜却具有很多优异的性能与特点。

薄膜技术

薄膜技术是一种工艺手段，*初应用薄膜技术的目的是：将某种材料认为的“附着”到基片材料的表面，以期待得到某种预期的功能。所以，薄膜技术始终是和材料科学、材料的有效利用联系在一起的。但是后来发现，将薄膜做到很薄，并将多层薄膜材料组合成一个整体时，出现了一些新的性能，这些特性是整体块状材料所不具备的。

例如Al2O3薄膜，因其光学性能优良、机械强度与硬度极高、透明性与绝缘性好、耐磨、抗蚀、较高的抗激光损伤及化学惰性等特点，在光学领域、机械领域、微电子领域得到长足的应用，并且运用范围越来越广。

Al2O3薄膜的应用

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光学领域的应用

Al2O3因其折射率相对低，透光范围宽，所以是一种常用于增透膜薄膜。而对光纤掺杂来说是很有吸引力的一种材料，这是因为Al2O3在可见光和近红外线区域没有吸收峰。掺饵光纤放大器在石英单模光纤*低能耗波长1.55um处具有增益高、噪声低、频带宽及饱和输出功率大等优点，在光纤通信中用作中继放大器、功率放大器和前置放大器，是实现全光传输的核心部件。另外，多孔Al2O3薄膜在可见光范围和红外波段内都有良好透光特性，透光率的大小及范围受膜厚和膜结构影响。

02

机械领域中的应用

Al2O3薄膜机械强度高、硬度高(Mohs9)、耐磨、抗蚀、高温稳定性好、化学惰性强，所以在机械领域中得到广泛应用，常涂覆到零件表面用以改性。汽车发动机活塞和航空发动机涡轮的磨损相当严重，需要经常更换，既不经济也不方便。但若在活塞环槽上镀上一层陶瓷膜，提高了耐磨性，从而延长使用寿命节约了不必要的开支。

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微电子领域中的应用

在微电子领域，Al2O3薄膜*突出的性质是具有很高的介电常数(约为8.1)绝缘性很好，电阻率为3X1015Ω·m，在半导体器件中比SiO2更具优势，介电常数比SiO2高出4倍，而广泛应用。

Al2O3是很重要的电介质材料，有很多的用途。例如:可作为金属反射器的保护膜;可作为高温稳定层；可作为全吸收镜的保护膜等。

Al2O3薄膜的制备

Al2O3薄膜有多种制备技术，其性质取决于制备薄膜的过程参数，不同的应用环境对其性能要求不同，所采用的制备工艺与技术也随之不同。制备薄膜的方法主要有物**相沉积和化学气相沉积。

物**相沉积

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磁控溅射沉积

固体材料的溅射和蒸发是目前物**相沉积制备薄膜工艺的两个*基本过程。这种方法的特点是沉积的离子能量范围宽。

磁控溅射原理图

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脉冲激光沉积

将准分子脉冲激光器所产生的高功率脉冲激光束聚焦作用于铝靶表面，使铝靶表面产生高温及熔蚀，并进一步产生高温高压等离子体，这种等离子体定向局域膨胀发射并在衬底上沉积而形成Al2O3薄膜。但该方法也存在薄膜沉积过程能量高、薄膜沉积面积小等缺点。

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微弧氧化沉积

微弧氧化又称为等离子体氧化或阳极火化沉积。它不同于普通的阳极氧化，而是一种在Al、Mg、Ti、Zr等有色金属表面上，于非法拉第区进行火化放电，原位生长陶瓷氧化膜的技术。

微弧氧化装置示意图

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磁过滤阴极弧沉积

这种方法是对普通的真空弧阴极离子镀技术的改进，在普通的真空弧与基体之间增加了一段磁过滤通道。通过调整磁场强度和偏压等参数，使得等离子体中的大颗粒中性成分及部分离子在通道中过滤掉。

磁过滤沉积装置示意图

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离子辅助沉积

该方法的优点是能控制镀膜的物理和化学变化，适合在不易加热的基片上制备光学薄膜，缺点是不适合工业化生产。

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电子束物**相沉积

这种方法严格控制的工艺参数较少，操作和控膜生长相对容易，制备的薄膜不会产生很多不可控杂质，适合制备热阻挡层。

化学气相沉积

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液体源化学气相沉积

这种技术是指将含铝的有机金属物溶解在有机溶剂中作为液体源，然后将这种源用超声波喷射以气雾剂的形式或溶滴注入的形式引入到反应室中进行沉积得到Al2O3薄膜。

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等离子体化学气相沉积

在制备沉积过程中经过蒸发器携带有机金属铝的氩气与氧气混合进入等离子体反应室，然后沉积制得Al2O3膜。用这种技术制备的薄膜其优越性在于:成膜温度低，压力小，膜层附着力大，可在不耐高温的基体上制备，还可通过改变沉积参数来制备所需要的薄膜。

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金属有机物化学气相沉积

此方法制备Al2O3薄膜是将铝的金属有机物气化后利用载气(一般为氩气)通入反应室和氧气发生化学反应，反应的生成物沉积到衬底上从而形成Al2O3薄膜。