薄膜的性质课件

第九章薄膜的性质力学性质电学性质介电性质半导体薄膜性质其他性质§9-1薄膜的力学性质薄膜的力学性质与其结构密切相关。薄膜的主要力学性能：

附着性质—取决于薄膜成长的初始阶段

内应力

机械性能取决于生长阶段及其结构类型一、附着性质控制着对其他性能的观察和研究。理论上，关系到对结合界面的了解；使用上，决定了薄膜元器件的稳定性和可靠性。1、附着现象宏观角度看，附着是指薄膜和基体表面相互作用将薄膜粘附在基体上的一种现象。是与薄膜在基体上存在的耐久性及耐磨性直接相关的重要概念。薄膜的附着性能直接与材料种类、附着的类型、附着力的性质、工艺、测量方法有关。易氧化的金属膜附着性比难氧化的金属膜好得多。

①简单附着薄膜和基片间形成一个很清楚的分界面，由两个接触面相互吸引而形成。其附着能=分开单位附着面所需做的功

Wfs=Ef+Es-Efs（Ef—薄膜的表面能，Es—基片的表面能，Efs—薄膜与基片之间的界面能）两个相似或相容的表面接触，Efs小，Wfs大，附着牢

两个完全不相似或不相容的表面接触，Efs大，Wfs小

影响因素：表面污染；表面粗糙不平薄膜与基片间的结合力—范德华力②扩散附着由两个固体间相互扩散或溶解而导致在薄膜和基片间形成一个渐变界面。（膜基间无明显界面）实现扩散方法：基片加热法、离子注入法、离子轰击法、电场吸引法。

基片加热法：高温蒸发，后低温

离子轰击法：先在基片上淀积一层薄（20-30nm）金属膜，再用高能（100KeV）氩离子对它进行轰击实现扩散，再镀膜

电场吸引法：在基片背面镀上导体加电压，促进离子扩散。溅射镀膜比蒸发镀膜附着牢，因为溅射粒子动能大，形成扩散附着。③中间层附着在薄膜与基片之间形成一个化合物中间层而附着，膜基间无明显界面。中间层组成：膜-基成分组成；膜、基与环境气氛组成；兼而有之。通常含有氧化物和氮化物。随制膜条件不同，其化合物组成也不同。中间层形成方法：反应蒸发、反应溅射、蒸发或溅射过渡层、基片表面掺杂等。双电层产生的原因：由于膜基材料的功函数不同，它们相互接触后，彼此间发生电子转移，在界面累积符号相反的电荷。类似于一个充电的平板电容器。膜基间单位面积的静电吸引能与其他结合力的比较：★

静电吸引能的数值接近于范德华吸引能。前者为长程力，后者为短程力。★双电层吸引受膜-基间距变化的影响小，在基片表面有吸附气体，或进行附着力测定时，膜-基间距略有变大时，因化学键力和范德华力迅速变小，双电层力即成为主导作用力。3、附着机理附着的机理是吸附。分为物理吸附和化学吸附。（1）物理吸附

范德华力

静电力吸引：即双电层力范德华力作用能约为0.04~0.4eV，实现的附着较差，静电力数值小，但对附着的贡献较大。定向力：永久偶极矩间的相互作用（小）诱导力：永久偶极矩的诱导作用形成的吸引力（最小，0.02eV）色散力：瞬时偶极矩间的吸引（最强）（2）化学吸附薄膜与基体间形成化学键结合（离子键、共价键、金属键）力产生的一种吸附。是短程力，数值上比范德华力大，约为0.5~10eV。薄膜与基片间，化学键力不是普遍存在的，只有在它们的界面产生了化学键，形成了化合物，才具有这种键力。要使薄膜在基体上有牢固的附着性，必须在它们间产生化学键。原子与原子间的相互作用往往是物理的和化学的作用交织在一起，而不是单纯的某一种作用，因此，薄膜对基片的附着常常不是单纯的某一种附着力。划痕法将硬度较高的划针垂直置于薄膜表面，施加载荷对薄膜进行划伤试验的方法来评价薄膜的附着力。当划针前沿的剪切力超过薄膜的附着力时，薄膜将发生破坏与剥落。在划针移动的同时，逐渐加大所施加的载荷，并在显微镜下观察得出划开薄膜，露出衬底所需的临界载荷，即可作为薄膜附着力的量度。当载荷一定时，薄膜剥离痕迹的完整程度也依赖于薄膜的附着力，因而也可根据划痕边缘的完整程度来比较薄膜附着力的大小。拉张法（拉伸法）利用黏结或焊接的方法将薄膜结合与拉伸棒的端面上，测量将薄膜从衬底上拉伸下来所需的载荷的大小。薄膜的附着力等于拉伸时的临界载荷与被拉伸的薄膜面积之比。在用黏结剂时，其黏结强度决定了这一方法可测定的附着力的上限。焊接可增加界面的结合强度，但焊接过程可能会由于加热温度的影响而改变界面的组织和附着力。其他方法胶带剥离法：将具有一定粘着力的胶带粘到薄膜表面，在剥离胶带的同时，观察薄膜从衬底上被剥离的难易程度。摩擦法：用布、皮革或橡胶等材料摩擦薄膜表面，以薄膜脱落时所需的摩擦次数和力的大小推断薄膜附着力的强弱。超声波法：用超声波的方法造成周围介质发生强力的振动，从而在近距离对薄膜产生破坏效应，根据薄膜发生剥落时的超声波的能量水平推断薄膜的附着力。离心力法：使薄膜与衬底一起进行高速旋转，在离心力的作用卜，使薄膜从衬底上脱开，用旋转的离心力来表征薄膜的附着力。容易形成氧化物的薄膜其附着力则较大附着力中起主要作用的是范德华力大部分薄膜随着厚度的增加附着力缓慢增加但玻璃基体上沉积的Cu膜，存放270天，在厚度较小的区域其附着力有减小的倾向。基片状态的影响如果基片不经过清洁处理，将在其表面上留有一个污染层，使基片表面的化学键达到饱和，故淀积上薄膜以后，膜的附着力很差。因此，在制造薄膜时，为了提高其附着性能，必须先对基片进行清洁和活化处理（如离子轰击）。基片温度提高基片温度，有利于薄膜和基片间的原子扩散，并且还会加速其化学反应，从面有利于形成扩散附着和通过中间层的附着，所以附着力增大。但会使薄膜晶粒增大，增加热应力，故不能过分提高基片温度。淀积方式对薄膜附着力的影响非常明显。对于同样的薄膜/基片组合，用溅射方法淀积的薄膜一般比用蒸发方法制造的薄膜附着牢。淀积速率

淀积速率增大，表示单位时间内入射的原子数目增多，因而相对减少了成膜真空室中残留的氧分子的入射几率，结果在薄膜与基片界面上生成的氧化物中间层减少，导致薄膜附着力下降。高速淀积的薄膜结构疏松，内应力较大，也导致附着性能变差。淀积气氛对薄膜附着力的影响，主要发生在薄膜的成长初期。这时，在制膜的真空室内若有一定量的残留氧气或水蒸气，氧和水蒸气将与入射的淀积原子相化合，生成氧化物中间层，从而增强薄膜的附着。若能增强氧和水蒸气的化学活性，例如使其处于电离状态，则更能增强薄膜的附着。

成膜以后，若氧从外部或从薄膜和基片内部继续向薄膜和基片间的界面扩散，则该界面随着时间的进展，将继续发生氧化，使附着逐渐变强，一直达到其强度饱和值。这种现象被称为附着力的时间效应。张应力（+）：通过与基体表面垂直的断面给对面施加的力使其处于拉伸状态，此时内应力为张应力。压应力（-）：与张应力相反。热应力当薄膜的形成温度和测量或使用温度不同时，由于薄膜和基片的热胀系数不同而引起的内应力，是一种可逆的应力。几点讨论：（1）从上式看出，要消除薄膜中的热应力，最根本的办法就是选用热胀系数相同的薄膜和基片材料。其次是让成膜温度与薄膜的测量或使用温度相同。（2）通常情况，Td>T,若薄膜的弹性常数与温度无关，薄膜和基片的热胀系数不随温度发生变化、为常数时，薄膜的热应力随温度作线性变化。薄膜热应力的表达式为（3）时，热应力为正，即是为张应力。反之，热应力为负，即为压应力。因此，可通过选择基片或者改变成膜温度的办法来改变薄膜中热应力的性质和大小。（4）对于高熔点的金属薄膜及其他薄膜，随着成膜温度的提高，热应力可能成为它内应力中的一个主要部分。对于低熔点金属和结构高度有序的薄膜，因为它们的本征应力很小，所以热应力能成为它们内应力中的绝大部分。在失配位错层中，虽然其应变小些，结构较为松弛，但仍有较大的内应力。若在界面有相当高缺陷密度和杂质密度时，也会引起严重的界面失配，从而导致较大的界面应力。生长应力：来源于薄膜在生长过程中所形成的各种结构缺陷。

克罗克霍姆模型能较简单地说明薄膜的生长应力。该模型假设，在薄膜生长过程中，由于其表面迅速前进，许多无序结构层被埋在下而。被埋各无序层的逐渐退火和收缩，引起生长应力。（3）内应力对薄膜的影响使用与基片性质不同的材料，在基片上淀积成膜以后，薄膜常处于应变状态。在张应力作用下，薄膜自身有收缩的趋势。若超过薄膜的强度限度，薄膜就会开裂。在压应力作用下，薄膜内部有向表面扩散的趋势。在严重情况下，压应力就使薄膜起皱和脱落。（4）产生原因热收缩效应在薄膜形成过程中，沉积到基体上的蒸发气相原子具有较高的动能，从蒸发源产生的热辐射等使薄膜温度上升。当沉积过程结束，薄膜冷却到周围环境温度过程中，原子逐渐地变成不能移动状态。薄膜内部的原子是否还移动的临界标准是再结晶温度。在再结晶温度以下的热收缩就是产生应力的原因。相转移效应在薄膜形成过程中发生的相转移是从气相到固相的转移，在相转移时一般都发生体积的变化，形成内应力。如Ga膜在从液相到固相转移时体积发生膨胀，形成的内应力是压应力。空位的消除薄膜中经常含有晶格缺陷。其中的空位和空隙等缺陷经过热退火处理，原子在表面扩散时消灭这些缺陷，可使体积发生收缩，从而形成张应力。表面张力(表面能)和表面层固体的表面张力(表面能)大约是102—103达因/厘米2，内应力中的一部分可归结为这种表面张力。但是当全应力为104达因/厘米时，其内应力就不能作为表面张力考虑。表面张力和晶粒间界弛豫在薄膜形成初期，不连续结构的薄膜都是由孤立小岛或晶粒构成的。这些晶粒受基体附着力的作用不能随意移动，而表面张力是压缩性的、它要向外扩展，于是显示一种压缩应力状态。随着晶粒的成长，晶粒间隔逐渐减小，晶粒表面的原子与另一个晶粒表面的原子相互间受到引力作用，两个晶粒的两个表面结合起来形成了一个晶粒间界，在晶粒结合时因表面能作用形成的压缩状态得到驰豫。晶粒再进一步长大便产生张应力。界面失配膜-基间晶格结构有较大差异时，若两者之间相互作用较强，薄膜的晶格结构则变得接近基体的晶格结构。于是薄膜内部产生大的畸变而形成内应力。杂质效应在成膜过程中，残留气体作为杂质进入薄膜，以及成膜以后表面发生氧化；此外，还有基片原子向薄膜中的扩散。这些杂质进入薄膜以后，都使薄膜产生压应力。原子、离子埋入效应当用阴极溅射法制备薄膜时，往往在薄膜中产生压应力。这种压应力一般是溅射薄膜中固有的应力。在阴极溅射过程中入射到薄膜上的溅射原子能量较高，可能形成空位或填隙原子等缺陷使薄膜体积增大；此外，加速离子或中性原子作为杂质被薄膜捕获之外，薄膜表面原子也向内部移动埋入导致薄膜体积增大，在薄膜中形成了压应力。2、内应力的测量两类：测量晶格畸变采用X射线衍射法测量基体变形采用圆形基体或短条形基体。圆形基体—测量球面曲率再计算出应力。方法有牛顿环法、光截面显微镜法和触针法。短条形基体—将基体一端因薄膜内应力作用产生的变位作为测量对象，其测量方法有直视法、光杠杆法、单缝衍射法、干涉计法、电微天平法和电容量法等。Au膜的全应力比Ag膜大得多.在厚度较大的Ag薄膜中，真空度越好全应力显得越大一些.张应力和压应力都可能存在大部分薄膜的内应力都是压应力金属膜时，熔点越高则张应力越大。在非金属膜时，熔点越高其压应力则越大。3、影响内应力的因素主要有基片情况、淀积过程和薄膜本身基片情况包括基片材料、基片表面状态和基片温度。基片材料的热胀系数对薄膜的热应力影响很大，所以要选用合适的基片材料，并且尽可能使薄膜略处于压应力状态。基片的表面状态在相当大的程度上，决定着薄膜的界面应力。为了减小界面应力，基片表面的晶格结构和晶格常数必须与薄膜的相匹配；表面上应不含杂质。基片温度对薄膜内应力的影响很大。原因在于为温度直接影响到吸附原子在基片表面的迁移能力，从而影响薄膜的结构、成分、晶粒尺寸、晶面取向以及各种缺陷的数量和分布。淀积过程包括淀积方式、热源温度、淀积速率、入射角和环境气氛。薄膜内应力随淀积方式发生变化，是由于淀积方式不同时，薄膜的结构、缺陷和含杂量等会有显著的差别。淀积速率对内应力的影响没有肯定的规律。一般情况是淀积速率越大，晶粒平均尺寸就越小，因而内应力将增大;再者，淀积速率越大薄膜中的缺陷就越多，内应力也会增大。当入射角较大时，迅速形成结构粗糙的薄膜，对内应力产生显著影响。真空中SiO2薄膜(玻璃基片)内应力与蒸气束入射角的关系在淀积薄膜时，环境气氛对内应力的影响很大，而且比较复杂。环境气氛可以直接进入结构不够紧密的薄膜中，从而产生压应力，如在水蒸汽或氧分压较高的真空室中淀积的一氧化硅膜、铜膜。进入薄膜中的残留气体也可能再飞离薄膜，而留下空位和空位团，从而引起张应力。气氛的压力也与内应力有十分密切的关系。薄膜本身包括薄膜原材料、薄膜厚度和薄膜热史。内应力与原材料的关系，以金属材料的研究较多。

薄膜内应力与薄膜厚度的关系基本上有三种类型。一是随称膜厚度的增大，平均应力先是迅速增大到最大值，然后又逐渐下降到趋于恒定值，

二是平均应力经过最大值后，迅速下降到趋于零。三是经最大值后，下降到性质相反的应力(如从张应力变到压应力，或者相反)。薄膜的内应力与它的热史、甚至与它在空气中暴露的时间有密切的关系。各种较易氧化的金属薄膜暴露在空气中，会因表面氧化而使应力从张应力变为压应力，而且其数值随氧化层的厚度增大而变大。金属膜在电子学领域的应用很广，包括半导体器件的电极、各种集成电路的导线和电极、电阻器、电容器、超导器件、敏感元件等。金属膜电导不同于块材，它的大小和性质取决于薄膜的结构和厚度，很大程度上即取决于成膜工艺。§9-2金属薄膜的电学性质同种材料，膜材电阻率大于块材，引起电阻的物理根源也多于块材。一、块状金属材料的导电性质宏观理论基本物理量：电阻R、电阻率ρ、电导σ、电阻温度系数α电阻率只与金属材料本性有关，与导体的几何尺寸无关，与温度有关。微观理论量子力学对金属导电问题的看法：在金属晶体中，原子失去价电子成为正离子。正离子构成晶体点阵，价电子则成为公有化的自由电子。金属中正离子形成的电场是均匀的。对于电子的运动不可能同时测准其位置和动量，只能用电子出现的几率来描述电子的位置。根据波粒二象性原理，对电子的运动既可用质量、速度和动能来描述，又可用波长、频率等参数描述。自由电子的能量必须符合量子化的不连续性。由此得金属电阻率m是电子质量，e是电子电荷，n是参与导电的有效电子浓度，τ是电子波受相邻两次散射的间隔时间，也常用散射几率P=1/τ(单位时间的散射次数)来表示电子波的散射。电阻率与金属晶体中散射的关系主要的散射机构：晶格散射(声子散射)、电离杂质散射、中性杂质散射、位错散射、载流子散射和晶粒间界散射。其中只有声子散射与温度有关，其对电阻率的贡献高温时

低温时电阻率当温度趋于0K时，ρT也趋于零，电阻率趋于剩余电阻率ρi。二、连续金属膜的导电性质1、性质特点(a)薄膜电阻率与薄膜厚度有密切关系，随膜厚的增大电阻率逐渐减小并趋于稳定值。(b)薄膜电阻率始终大于块金属箔电阻率。(c)薄膜电阻率的温度系数与膜厚有关。(d)薄膜电阻率受时间或温度影响发生不可逆变化。(e)薄膜电阻率与晶粒尺寸有关。(f)其它还有薄膜霍耳系数与膜厚有关；薄膜热电势与膜厚有关；薄膜的磁阻与磁场有关等。2、连续金属膜的形状效应与厚度有关的现象，即薄膜的上下表面对导电电子平均自由程的几何限制。由于薄膜表面状态不同，导电电子与它相碰撞时可能产生两种反射：弹性反射和非弹性反射。若弹性反射(或称镜面反射)电子数与总的反射电子数之比称为镜面反射系数（P），非弹性反射电子数与总的反射电子数之比为（1-P）。波尔兹曼输运方程（参考《薄膜物理》曲喜新）经过推导，得到电场方向的电流密度分布（也是厚度的函数）连续金属膜电阻率若考虑弹性散射，即P不为0，则结论：薄膜电阻率大于块金属电阻率；薄膜电阻率与膜厚有关系。若令则得：表明：薄膜的电阻率可认为是块状材料的电阻率，加上由表面引起的与厚度有关的电阻率。ρs1，ρs2为第七种散射机构，即薄膜表面散射对电阻率的贡献。因此，连续金属薄膜电阻率为3、连续金属膜电阻率与温度的关系物理参数：电阻率的温度系数αF对厚度较大的薄膜表面散射使薄膜的电阻率大于块材，而电阻率温度系数小于块材。另一种形式当薄膜厚度一定时，ρB/ρF为恒定值，αF与αB成正比关系。利用这种关系选择块金属电阻率温度系数较大的材料，可制作薄膜电阻率温度系数较大的热敏元件。三、不连续金属膜的导电性质（岛状膜）一般指厚度为几十埃完全由孤立小岛形成的薄膜。1、性质特点①电阻率非常大。②电阻率温度系数为负值;③在低电场时呈现欧姆性质导电，在高电场时呈现非欧姆性质导电;④导电电子激活能较大，随膜厚的减小激活能上升;⑤电阻应变系数较大;⑥薄膜沉积后的经时变化大;⑦因吸附各种气体，电阻率随温度有可逆和不可逆变化;⑧在高电场下有电子发射和光发射现象。⑨电流噪音较大，大多数呈现1/f特性。2、导电机理热电子发射理论和激活隧道效应理论。（1）热电子发射理论该理论的核心是温度上升时，金属中电子的动能增加。当电子垂直金属表面的速度分量增大到使该动能分量大于金属的逸出功时，电子逸出金属表面发射到真空中。施加外电场，则可使热发射电子定向流动。热发射电子的电流密度电阻率优点：能说明这种薄膜的电导温度系数为正，电阻温度系数为负。这时Φ应为金属小岛之间的位垒。缺陷：在这个理论中，未引入外加电场的影响;未计入位垒Φ与小岛尺寸及岛间距离的关系；算出的电流密度还远小于实际值(相差几个数量级)，而位垒高度却又比实验值大一到二个数量级。只能近似的应用于高温、低位垒和大距离岛间距的情况。热电子发射理论的发展——肖特基发射理论该理论的实质是在电子逸出金属小岛表面、需要克服的位垒中，引入镜象力和外加电场的影响，从而使位垒降低，得到更大的电流密度。修正后的电阻率优点：与岛状薄膜的试验结果相符，能说明不连续金属膜电阻率与温度和电场的关系。缺陷：没有给出岛状薄膜电导对小岛尺寸及岛间距离的依从关系。（2）激活隧道效应理论本质是把载流子的热活化产生机理与隧道效应相互结合起来。该理论认为由于热活化的结果，电子从一个中性小岛移至另一个中性小岛，因而使原来中性的一些小岛带有电荷。在载电小岛与中性小岛间的电子传输则是一个隧道过程。因为在这个过程中，系统的能量没有增加。与热电子发射相比，隧道过程对岛间距离的变化更敏感。电阻率的表达式为活化隧道理论与肖特基发射理论类似，也可以说明岛状薄膜电导率与温度和外加场强的关系。与肖特基理论不同处：该理论还能比较正确地说明电导率与小岛尺寸和岛间距离的关系。当小岛的线度a减小以后，载流子密度增大，因而电导率增大。除此以外，在岛间距离d增大时，式中的指数因子比指数前的系数因子影响更大，岛状薄膜的电导率应该减小，因而更符合实际情况。缺陷：主要缺点是把活化能和隧道位垒看作是互不相关的、各在不同阶段起作用的。而实际上，活化能应该是隧道位垒的一部分，应该包括在费米函数中。另一个缺点是认为电子来自中性小岛，因而不能解释观察到的大电流。除此以外，这个理论也没有考虑到载电小岛的电子补给源，因而电子必须继续热生。该理论也没有说明，为什么不能在中性小岛间，由隧道过程产生载流子?四、网状薄膜的电导包括接触膜和丝状膜。网状薄膜的电导是由金属小岛、金属接触点或者金属细丝、以及岛间空隙的电导所构成。薄膜的电导对触点和细丝处的物理和化学变化，非常敏感。这类变化可以由多种原因引起，例如吸附、退火和老化。

接触膜的电导，显然受到接触点的极大限制。由于岛间相互接触处的面积很小，因而两个小岛的接触电阻远大于这两个小岛本身的电阻，所以在计算接触膜的电阻时，可以略去金属小岛的电阻。由于岛间空隙或岛间介质的电阻远大于接触电阻，故相对来说，可以认为它们是无限大的。对于丝状薄膜，由于细丝的直径远小于块材中电于的平均自由程，所以除了电于在薄膜的两个平行面上的散射以外，还受到细丝的整个周界的严重散射。因此，丝状薄膜的电阻率远大于连续薄膜。介质膜用途：

介质用于各种微型容器和各种敏感电容元件

绝缘层用于各种集成电路和各种金属一氧化物一半导体器件

导体用于各种隧道二极管、有超导隧道器件、金属陶瓷电阻器、热敏电阻器、开关器件

介质薄膜的介电性能虽然与块状介质有很大的相似，但是，在某些方面却有着显著的不同。如：块状介质的电导率较小。§9-3介质薄膜的电学性质一、介质薄膜的绝缘性质考虑电导和击穿。1、介质薄膜的电导由于夹层结构（MIM结构），只有在电极与介质的接触是欧姆接触时，所测出的电导才是介质薄膜的电导。分类：按载流子性质按载流子来源离子型电导电子型电导本征电导非本征电导来源于介质薄膜本身来源于杂质及缺陷离子电导与电子电导的区分：

(1)符合下列公式的为离子电导式中，σ是电导率，D是扩散常数，Z是离子价数，e是电子电荷，N是电荷为Ze的离子浓度。(2)加果活化能大于0.6eV，迁移率很小时，可能是离子电导，也可能是电子电导。当活化能小于0.1eV，迁移率很大时，则是电子电导。(Nernst-Einstein关系)介质薄膜的电导来源强电场作用下，介质薄膜中的电导包括有电子电导和离子电导。

电子电导主要来源于导带中的电子，其中包括导带中传导电子、隧道效应引起的电导、杂质能级电子电导以及介质薄膜与金属电极界面处的空间电荷。离子电导有外来的杂质离子和偏离化学计量比造成的离子缺陷，弱电场作用下，其电导主要来源于杂质能级电子电导和离子电导。因为这时介质薄膜导带中几乎没有自由电子，杂质能级电子电导就占主要地位。介质薄膜电导与场强的关系弱电场（<105V/cm）时，电导符合欧姆定律。电流密度为强电场（>106V/cm）时，非欧姆性，缺陷离子等在外电场作用下获得较高能量，以致产生雪崩式碰撞电离而感生出电子电流。电流密度为与温度的关系在一般电场条件下，介质薄膜的电导率，随温度升高而增加。表明在不同温度范围内有不同的激活能。在高温下同种材料的曲线斜率相等，其电导称为本征电导。在中、低温情况下，不同温度范围的激活能不相等。它反映出不同的导电机理。这种电导称为非本征电导.2、介质薄膜的击穿当施加到介质薄膜上的电场强度达到某一数值时。它便立刻失去绝缘性能，这种现象称为击穿。介质薄膜在发生击穿时绝缘电阻很小。分类：软击穿：介质膜在击穿时并不被烧毁而是长期稳定地维持低阻状态。硬击穿：介质薄膜击穿后，如果电场仍持续地加在介质膜上则有较大的电流通过将它烧毁。本征击穿：外电场超过介质薄膜本身抗电强度而产生的击穿非本征击穿：因薄膜缺陷引起的击穿对于同一种介质薄膜，因制造方法不同其击穿场强有较大差异。原因是不同制造方法在介质薄膜产生的针孔、微裂纹、纤维丝和杂质等缺陷情况不同。本征击穿机理电击穿和热击穿共同作用下产生的击穿。电击穿是介质薄膜中载流子(大部分为电子)在某临界电场作用下产生电子倍增过程使介质膜绝缘性急剧下降而形成的击穿。理论研究认为电击穿是电子与原子碰撞、电子和离子碰撞，特别是晶格的碰撞电离形成的电子雪崩击穿，一般都在极短的时间里发生。电子从电场中得到的能量主要用于碰撞电离过程。当电极较厚时发生的电击穿类似于气体击穿，其击穿场强为若碰撞电离的起始电子来源于阴极场致发射，其击穿场强为热击穿在电击穿时电流雪崩式增加，产生大量焦耳热，介质膜温度迅速上升就转为热击穿；介质膜电导随温度上升呈指数规律急剧增大，随后电流又增大，焦耳热增大，介质膜温度进一步增高。在很短时间内由于介质膜温度过高，造成局部地方产生热分解、挥发或熔化，则进一步促成热击穿的产生。热击穿时电场强度为二、介质薄膜的介电性质主要考虑介电常数和介质损耗1、介电常数非极性性介质薄膜（2~45），如有机聚合物、无机氧化物薄膜极性介质薄膜（3~3000或更大），如有机聚合物薄膜、无机铁电薄膜介电常数本征来源于薄膜本身原子的电子状态、固有偶极矩及晶格结构等。非本征来源于薄膜的不均匀性、杂质、空位、填隙离子、应力、晶界层上的偏析物、氧化物等。介电常数的本征部分决定于薄膜内部的各种极化机构。其中起主要作用的有电子极化、离子晶格振动极化和离子变形极化。此外，还有缓慢式极化，如偶极式极化、热离子极化和电子弛豫极化等。由干极化的强弱与介质薄膜中总电荷数的多少及电荷间相互作用强弱有关，所以介质薄膜介电常数与原子序数有关。介质常数的温度系数介电常数温度系数的测量：在介质薄膜上制备欧姆接触电极，构成片状电容器。在测量电容器温度系数之后再推求介电常数的温度系数。电容器温度系数为温度变化时其平面方向可膨胀或收缩，介质薄膜在厚度方向上也发生膨胀或收缩。则有若电极是沉积在介质薄膜上，电极和薄膜一起膨胀或收缩。当薄膜的热膨胀为各向同性时，则有只要测出αd便可求得介电常数温度系数αc。对于介质损耗较小的介质薄膜，由本征极化形成的电容器温度系数，按介电常数的大小不同可分为四种情况:真空或空气薄膜，各种非极性固体有机薄膜介质薄膜材料的离子式极化贡献和电子式极化相近，但离子式极化对温度变化比较敏感。介质薄膜的极化大多数是离子变形极化。2、介质薄膜的损耗对介质薄膜膜施加交变电场后，由于电导和极化方面原因，必然产生能量损耗。这种损耗值的大小与介质薄膜本身的晶体结构和各种缺陷有密切关系。所以介质薄膜的损耗就是表征介质薄膜质量和性能的重要参数，并用损耗角δ的正切值tgδ表示。由三部分组成：电导损耗驰豫型损耗非弛豫型损耗电导损耗在直流或交流电场作用下都始终存在。直流电导损耗在低频下比较显著，它不随频率变化，交流电导包括有一般载流子电导，小极化子和偶极子等弛豫子在位置时间的运动。驰豫损耗它与交变电场的频率有密切关系。高频弛豫损耗时峰值频率在1MHz以上。低叔弛豫损耗的峰值频率在100Hz以下。非驰豫型损耗对于绝大多数介质薄膜在室温下都能观察到非弛豫型损耗。而且在较低电场下完全为欧姆性导电时也可观察到这种损耗。这种损耗的特征是tgδ几乎与频率无关。它是介质薄膜内部不均匀性造成的，就是介质薄膜中的各种微观缺陷和杂质的不均匀性导致电子、离子和原子等所处的微观环境不同造成的。三、介质薄膜的压电性质正压电效应：应力作用—→极化电荷压电效应负压电效应：电场作用—→应变介质薄膜：CdS、ZnS、AlN、ZnO、LiNbO3、PZT等1、压电薄膜的结构结构上有分别带正电荷和负电荷的离子或离子团（离子晶体