薄膜材料制备原理、技术及应用知识点
薄膜材料制备原理、技术及应用知识点1
一、名词解释
1. 气体分子的平均自由程:自由程是指一个分子与其它分子相继两次碰撞之间，经过的直线路程。对个别分子而言，自由程时长时短，但大量分子的自由程具有确定的统计规律。气体分子相继两次碰撞间所走路程的平均值。
2. 物理气相沉积（PVD）：物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。发展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。
3. 化学气相沉积（CVD）：化学气相沉积(Chemical vapor deposition，简称CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。它本质上属于原子范畴的气态传质过程。
4. 等离子体鞘层电位：等离子区与物体表面的电位差值ΔV p即所谓的鞘层电位。
在等离子体中放入一个金属板，由于电子和离子做热运动，而电子比离子的质量小，热速度就比离子大，先到达金属板，这样金属板带上负电，板附近有一层离子，于是形成了一个小局域电场，该电场加速了离子，减速电子，最终稳定了以后，就形成了鞘层结构，该金属板稳定后具有一个电势，称为悬浮电位。
5. 溅射产额：即单位入射离子轰击靶极溅出原子的平均数，与入射离子的能量有关。
6. 自偏压效应：在射频电场起作用的同时，靶材会自动地处于一个负电位下，导致气体离子对其产生自发的轰击和溅射。
7. 磁控溅射：在二极溅射中增加一个平行于靶表面的封闭磁场，借助于靶表面上形成的正交电磁场，把二次电子束缚在靶表面特定区域来增强电离效率，增加离子密度和能量，从而实现高速率溅射的过程。
8. 离子镀：在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物部分离化，产生离子轰击效应，最终将蒸发物或反应物沉积在基片上。结合蒸发与溅射两种薄膜沉积技术而发展的一种PVD方法。
9. 离化率：被离化的原子数与被蒸发气化的原子数之比称为离化率.一般离化装置的离化率仅为百分之几,离化率较高的空心阴极法也仅为20～40%
10. 等离子体辅助化学气相沉积（PECVD）技术：是一种用等离子体激活反应气体,促进在基体表面或近表面空间进行化学反应,生成固态膜的技术。等离子体化学气相沉积技术的基本原理是在高频或直流电场作用下，源气体电离形成等离子体，利用低温等离子体作为能量源，通入适量的反应气体，利用等离子体放电，使反应气体激活并实现化学气相沉积的技术。
11. 外延生长：在单晶衬底（基片）上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶层，犹如原来的晶体向外延伸了一段，故称外延生长。
12. 薄膜附着力:薄膜对衬底的黏着能力的大小，即薄膜与衬底在化学键合力或物理咬合力作用下的结合强度。
二、填空：
1、当环境中元素的分压降低到了其平衡蒸气压之下时，元素发生净蒸发。反之，元素发生净沉积。
2、在直流放电系统中，气体放电通常要经过汤生放电阶段、辉光放电阶段和弧光放电阶段三个放电过程，其中溅射法制备薄膜主要采用辉光放电阶段所产生的大量等离子体来形成溅射。
3、溅射仅是离子轰击物体表面时发生的物理过程之一，不同能量的离子与固体表面相互作用的过程不同，不仅可以实现对物质原子的溅射，还可以在固体表面形成沉积现象和离子注入现象。
4、溅射法所采有的放电气体多为Ar气，主要原因是惰性气体做为入射离子时，物质溅射产额高，从经济方面考虑，多使用Ar做为溅射气体。
5、直流溅射要求靶材具有良好的导电性，否则靶电流过小，靶电压过高，而射频溅射方法以交流电源提供高频电场，高频电场可经由其它阻抗形式进入沉积室，不再要求电极一定是导电体，使溅射过程摆脱对靶材导电性的要求。
6、磁控溅射存在的缺点。
1微观永远大于宏观你永远大于人类今天永远大于永远■■■■■■■■纯属个人行为，仅供参考■■■■■■■■勿删■■■■■■■■■
1、磁控溅射所利用的环状磁场迫使二次电子跳栏式地沿着环状磁场转圈。相应地，环状磁场控制的区域是等离子体密度最高的部位。在磁控溅射时，可以看见溅射气体——氩气在这部位发出强烈的淡蓝色辉光，形成一个光环。处于光环下的靶材是被离子轰击最严重的部位，会溅射出一条环状的沟槽。环状磁场是电子运动的轨道，环状的辉光和沟槽将其形象地表现了出来。磁控溅射靶的溅射沟槽一旦穿透靶材，就会导致整块靶材报废，所以靶材的利用率不高，一般低于40％；
2、等离子体不稳定；
3、不能实现强磁性材料的低温高速溅射，因为几乎所有的磁通都通不过磁性靶子，所以在靶面附近不能加外加强磁场
7、要想得到粗大甚至是单晶结构的薄膜，一个必要的条件往往是需要适当的提高沉积的温度，并降低沉积的速率。反之，低温条件和沉积速率增加将使得薄膜组织的晶粒发生细化。
8、在薄膜沉积的最初阶段，先要有新相核心的形成。新相的形核过程可以被分为两种类型，即自发形核与非自发形核。自发形核指的是整个形核过程完全是在相变自由能的推动下进行的，而自发形核则指的是除了有相变自由能作推动力外，还有其它因素起着帮助新相核心生成的作用。自发形核一般只发生在一些精心控制的过程之中，在薄膜与衬底之间浸润性较差的情况下，薄膜的形核过程可近似认为是一个自发形核过程；在大多数相变过程中，形核的过程都是非自发的，新相的核心将首先出现在那些能量比较有利的位置上。
9、薄膜在沉积过程中，原子最容易被表面能较高的表面所吸引，凝聚到非密排面上，因而在非密排晶面上，薄膜的沉积速率最高，而在其它的晶面上，薄膜的沉积速率较低。
10、外延薄膜的生长方式。产生这两种不同生长模式的主要原因是原子在薄膜表面具有不同的扩散能力。当原子的扩散能力较高，其平均扩散距离大于台阶的平均间距时，薄膜将采取台阶流动式的生长模式。否则，薄膜只能采取二维形核式的生长模式。
11、金属有机化学气相沉积的优点和应用。
优点：
混合后通入反应腔，混合气体流经加热的衬底表面时，在衬底表面发生热分解反应，并外延生长成化合物单晶薄膜。与其他外延生长技术相比，MOCVD 技术有着如下优点：
1用于生长化合物半导体材料的各组分和掺杂剂都是以气态的方式通入反应室，因此，可以通过精确控制气态源的流量和通断时间来控制外延层的组分、掺杂浓度、厚度等。可以用于生长薄层和超薄层材料。
2反应室中气体流速较快。因此，在需要改变多元化合物的组分和掺杂浓度时，可以迅速进行改变，减小记忆效应发生的可能性。这有利于获得陡峭的界面，适于进行异质结构和超晶格、量子阱材料的生长。
3晶体生长是以热解化学反应的方式进行的，是单温区外延生长。只要控制好反应源气流和温度分布的均匀性，就可以保证外延材料的均匀性。因此，适于多片和大片的外延生长，便于工业化大批量生产。
4通常情况下，晶体生长速率与Ⅲ族源的流量成正比，因此，生长速率调节范围较广。较快的生长速率适用于批量生长。
5使用较灵活，非常适合于生长各种异质结构材料。原则上只要能够选择合适的原材料就可以进行包含该元素的材料的 MOCVD 生长。而可供选择作为反应源的金属有机化合物种类较多，性质也有一定的差别。
6由于对真空度的要求较低，反应室的结构较简单。
7生长易于控制，随着检测技术的发展，可以对 MOCVD 的生长过程进行在位监测。
MOCVD 的应用范围
MOCVD 主要功能在於沉积高介电常数薄膜,可随著precursor 的更换,而沉积出不同种类的薄膜.对於LED 来说,LED 晶片由不同半导体材料的多层次架构构成,这些材料放在一个装入金属有机化学气相沉积系统的圆形
晶片上.这个过程叫做晶体取向附生,对於决定 LED 的性能特徵并因此影响白光 LED 的装仓 至关重要. MOCVD 应用的范围有: 1, 钙钛矿氧化物如 PZT,SBT,CeMnO2 等; 2, 铁电薄膜; 3, ZnO 透明导电薄膜,用於蓝光 LED 的 n-ZnO 和 p-ZnO,用於 TFT 的 ZnO,ZnO 纳米线; 4, 表面声波器件 SAW(如 LiNbO3 等,; 5, 三五族化合物如 GaN,GaAs 基发光二极体(LED),雷射器(LD)和探测器; 6, MEMS 薄膜; 7, 太阳能电池薄膜; 8, 锑化物薄膜; 9, YBCO 高温超导带; 10, 用於探测器的 SiC,Si3N4 等宽频隙光电器件 MOCVD 对镀膜成分,晶相等品质容易控制,可在形状复杂的基材,衬底,上形成均匀镀膜,结构密致, 附著力良好之优点,因此 MOCVD 已经成为工业界主要的镀膜技术.MOCVD 制程依用途不同,制程设备 也有相异的构造和型态.MOCVD 近来也有触媒制备及改质和其他方面的应用,如制造超细晶体和控制触 媒得有效深度等.在可预见的未来裏,MOCVD 制程的应用与前景是十分光明的.
12、 分子束外延的定义和应用
定义：
分子束外延是一种新的晶体生长技术，简记为MBE 。其方法是将半导体衬底放置在超高真空腔体中，和将需要生长的单晶物质按元素的不同分别放在喷射炉中（也在腔体内）。由分别加热到相应温度的各元素喷射出的分子流能在上述衬底上生长出极薄的（可薄至单原子层水平）单晶体和几种物质交替的超晶格结构。 应用：
MBE 作为一种高级真空蒸发形式，因其在材料化学组分和生长速率控制等方面的优越性，非常适合于各种化合物半导体及其合金材料的同质结和异质结外延生长，并在技术半导体场效应晶体管（MESFET ）、高电子迁移率晶体管（HEMT ）、异质结构场效应晶体管(HFET)、异质结双极晶体管（HBT ）等微波、毫米波器件及电路和光电器件制备中发挥了重要作用。近几年来，随着器件性能要求的不断提高，器件设计正向尺寸微型化、结构新颖化、空间低维化、能量量子化方向发展。MBE 作为不可缺少的工艺和手段，正在二维电子气（2DEG ）、多量子阱（QW ）和量子线、量子点等到新型结构研究中建立奇功。MBE 的未来发展趋势就是进一步发展和完善MEE 和GS-MBE 。
三、 分析简答
1、根据流导C 、真空泵抽速Sp 的定义，分析说明实际真空系统中实际抽速S 受Sp 和C 二者较小的值所限制。 真空系统中，气体的通过能力称之为流导C, 表示气体流动的难易程度。流导的大小随气体的流动状态和管道的形状的不同而不同。在粘滞状态下，气体分子间的碰撞是主要的，气体的压强的作用较为有效，气体容易通过，故流导大；与此相反在分子流状态下，气体分子间的碰撞可以忽略，气体压强作用较小，所以流导小。 抽速：抽气速率，指在规定的压力下单位时间内所抽出气体的体积（理论抽速）
真空泵的抽速Sp 与管路的流导C 有着相同的物理量纲，且二者对维持系统的真空度起着同样重要的作用。使用一台抽速为Sp 的泵通过流导C 抽除真空容器中的气体，由于各处流量相等，有：
所以真空泵出口处实际抽速S 降低为：
C S C S p Q S P P +==
即真空泵的实际抽速S 永远小于泵的理论抽速Sp ，且永远小于管路流导C 。即S 受Sp 和C 二者中较小的一个所限制。
所以设计真空系统的一个基本原则就是要保证管路的流导C 大于真空泵的理论抽速Sp
2、利用理想溶液的拉乌尔定律分析利用热蒸发的方法制备合金薄膜时引起成分偏差的原因。
当AB 二元合金组成理想溶液时（即A-A 与A-B 或B-B 原子间的作用能相等）, 由拉乌尔(Raoult)定律，合金中组元B 的平衡蒸气压p B 将正比于纯组元B 的平衡蒸气压p B (0)和该组元的摩尔分数x B
p B =x B p B (0)
因而，A 、B 两组元的平衡蒸气压之比为
p A /p B =x A p A (0)/x B p B (0)
对实际混合物, 或多或少地偏离上述理想情况，故拉乌尔(Raoult)定律变为
p B = γB x B p B (0)=a B p B (0) a B 、 γB 分别为组元B 在合金中的活度和活度系数。
所以合金两组元A 、B 的蒸发速率之比为：
因此即使对于理想溶液，合金中两组元的蒸气压之比或蒸发速率之比都将不同于合金中的组元含量之比。
3、离子镀制备薄膜时所发生的物理过程：
离子镀
在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物部分离化，产生离子轰击效应，最终将蒸发物或反应物沉积在基片上。结合蒸发与溅射两种薄膜沉积技术而发展的一种PVD方法
其过程为：1产生辉光；2蒸发离化；3被加速；4沉积成膜
与蒸发，溅射的比较，离子束镀增加了对沉积束团的控制；与基片结合良好；在低温下可实现外延生长；形貌可变；可合成化合物；可在低温衬底沉积，避免高温引起的扩散
1-高压负极2-接地屏蔽3-基片4-等离子体5-挡板6-蒸发源7-气体入口8-接真空
图3-48 离子镀原理示意图
（一）离子镀原理和特点
离子镀的粒子绕射性
离子镀的工作气压约10-1Pa，比普通的真空蒸镀10-4高，所以蒸发原子的平均自由程低，散射严重，所以绕射性好。
在气体放电的离子镀中，沉积粒子呈现正电性，从而受到处于负电位的基片的吸引作用。离子镀的粒子绕射性提高薄膜对于复杂外形表面的覆盖能力。
4、化学气相沉积的动力学过程：
化学气相沉积过程的各个环节可以划归为两个阶段:
(1)气体传输、气相反应阶段；
(2)表面吸附、表面反应阶段。
在气相传输与气相反应阶段，主要涉及了气体的宏观流动、气体分子的扩散以及气相内的化学反应三个基本过程；在后一阶段中，主要涉及气体分子的表面吸附与脱附、表面扩散以及表面化学反应并形成薄膜微观结构三个微观过程。
5、实验观察到的薄膜生长模式可以被划分为以下三种：
岛状、层状和层状-岛状生长模式
岛状生长(Volmer-Weber)模式：
被沉积物质的原子或分子更倾向于自己相互键合起来，而避免与衬底原子键合，即被沉积物质与衬底之间的浸润性较差；金属在非金属衬底上生长大都采取这种模式。对很多薄膜与衬底的组合来说，只要沉积温度足够高，沉积的原子具有一定的扩散能力，薄膜的生长就表现为岛状生长模式。
层状生长（Frank-van der Merwe)模式：
当被沉积物质与衬底之间浸润性很好时，被沉积物质的原子更倾向于与衬底原子键合。因此，薄膜从形核阶段开始即采取二维扩展模式，沿衬底表面铺开。在随后的过程中薄膜生长将一直保持这种层状生长模式。
层状-岛状(Stranski-Krastanov)生长模式：
在层状-岛状中间生长模式中，在最开始一两个原子层厚度的层状生长之后，生长模式转化为岛状模式。
导致这种模式转变的物理机制比较复杂，但根本的原因应该可以归结为薄膜生长过程中各种能量的相互消长。
6、衬底温度和沉积速率对形核过程和薄膜组织结构的影响：
薄膜沉积速率R与衬底温度T是影响薄膜沉积过程和薄膜组织的最重要的两个因素。薄膜沉积速率越高，薄膜临界核心半径与临界形核自由能降低，因而高的沉积速率将会导致高的沉积速率和细密的薄膜组织。而衬底温度越高，需要形成的临界核心的尺寸越大，形核的临界自由能势垒也越高，因而高温沉积的薄膜往往首先形成粗大的岛状组织，而低温时，临界形核自由能下降，形成的核心数目增加，有利于形成晶粒细小而连续的薄膜组织。
7、薄膜应力的定义及产生原因：
薄膜应力指的是存在于薄膜任意断面上，由断面一侧作用于断面另一侧的单位面积上的力。一般情况下，即使在没有任何外力作用的情况下，薄膜中也总存在着应力，称之为内应力或残余应力。
薄膜中应力的产生通常可依据薄膜应力产生的根源，分为热应力和生长应力。热应力是由于薄膜与衬底材料的线膨胀系数不同和温度变化引起的薄膜的应力；薄膜的生长应力又称为本征应力，是由于薄膜结构的非平衡性所导致的薄膜内应力。
8、薄膜与衬底之间的界面可分为以下四种类型：
（1）平界面：在这类界面上，物质从一种类型突变为另一种类型，两侧原子之间缺少相互扩散，薄膜附着力较差。
（2）形成化合物的界面：在界面两侧原子间作用力较强时，界面原子之间将发生化学反应并生成化合物，界面有一层适当厚度的化合物过渡层，提高界面附着力，但同时由于一般化合物脆性比较大，界面易发生应力集中现象。
（3）合金的扩散界面：在界面两侧元素间相互扩散、溶解形成合金的情况下，界面成分将呈现梯度变化，使界面具有良好的附着力。
（4）机械咬合界面：在界面粗糙程度较大、界面元素之间不发生明显扩散的情况下，界面两侧的物质以其凹凸不平的表面相互咬合，此时界面的附着力完全取决于界面的形态和界面应力，界面高粗糙度及一定压应力有助于提高界面附着力。
9、介绍几种薄膜厚度的测量方法，并简单说明测量依据。
一、薄膜厚度的光学测量方法
1、不透明薄膜厚度测量的等厚干涉和等色干涉法
等厚干涉法
先在薄膜上制备出一个台阶，再在薄膜的台阶上、下均匀沉积一层高反射膜。在单色光照射下参考玻璃下表面与薄膜上表面的反射光的光程差为：
测出条纹间隔△0
同理，玻璃下表面与衬底上表面反射光的光程差为：
在台阶处，干涉条纹会出现错位，测出条纹位错间隔△，则可算出台阶高度，即薄膜厚度。
每当错开一级干涉条纹，其厚度差为λ/2，所以根据样品上干涉条纹错开的“条数”可算出薄膜厚度。
等色干涉法
实验装置基本同上。但使用非单色光源照射薄膜表面，利用光谱仪可以记录到一系列满足干涉极大条件的光波波长λ。由光谱仪检测到在台阶上同一厚度，相邻两次干涉极大的条件为
在薄膜的台阶上、下形成N级干涉条纹的波长差设为Δλ，则其满足：
这样测出Δλ和算出N即可求出台阶高度h
\
等色干涉法的厚度分辨率高于等厚干涉法，可以达到小于1nm的水平.
薄膜测量的椭偏仪方法（偏光解析法）
是利用物质界面对于不同偏振态的光具有不同的反射、折射能力的特性。
二、薄膜厚度的机械测量方法
1、表面粗糙度仪法
用直径很小的触针滑过被测薄膜的表面．同时记录下触针在垂直方向的移动情况，并画出薄膜表面轮廓的方法称为粗糙度仪法；这种方法不仅可以用来测量表面粗糙度，也可以用来测量特意制备的薄膜台阶高度，以得到薄膜厚度的信息。
2、称重法与石英晶体振荡器法
如果薄膜的面积A、密度ρ和质量m可以被精确测定的话，则薄膜厚度可表为
这一方法的精度依赖于薄膜的密度ρ以及面积A的测量精度。随着薄膜制备方法、工艺的不同，薄膜的密度可以有很大的变化。另外，在衬底不很规则的情况下，准确测量薄膜面积也是很不容易做到的。
石英晶体振荡器法，是基于石英晶体片的固有振动频率随其质量的变化而变化的物理现象。本质上也是一种称重法。由石英片固有频率的变化可以测量出沉积物的厚度。而且，测量的灵敏度将随着石英片厚度hg的减小和其固有频率f0的提高而提高。将一只石英振荡器放在沉积室内的衬底附近，通过与另一振荡电路频率相比较可以很精确地测量出石英晶体振荡器固有频率的微小变化。监测振荡频率随着沉积过程的变化，就可以知道相应物质的沉积质量或薄膜的沉积厚度。
薄膜材料的制备及其应用
薄膜材料的制备及其应用 一、薄膜材料的基本概念和制备方法 薄膜是指宽度很小，但厚度相对较薄的材料。薄膜材料由于具 有在空间限制下的卓越性质，被广泛应用于化学、生物、光电等 领域。常见的薄膜材料有聚合物、金属、陶瓷、玻璃等。 1.基于聚合物的薄膜制备方法 聚合物薄膜制备方法包括溶液浇铸、界面聚合、自组装、化学 气相沉积等多种技术。其中，溶液浇铸法是最为普遍的一种方法，即将聚合物分散于溶剂中，通过蒸发-干燥过程制备膜材料。 2.基于金属的薄膜制备方法 金属薄膜制备方法主要包括物理气相沉积、化学气相沉积、物 理溅射和热蒸发等技术。其中，物理气相沉积法是最常用的一种 方法，依靠金属的高温蒸发和沉积，形成薄膜材料。 3.基于陶瓷的薄膜制备方法 陶瓷薄膜材料的制备采用包括溶胶-凝胶法、物理气相沉积、离子束沉积和磁控溅射等多种技术。其中，溶胶-凝胶法是一种低温 制备技术，制备出的膜材料具有良好的化学稳定性和高纯度。 二、薄膜材料的应用
1.生物医学领域 在生物医学领域，薄膜被广泛应用于药物递送、人工器官、组 织工程等方面。聚合物薄膜材料具有良好的生物相容性和生物可 降解性，广泛用于药物递送系统和组织工程中。金属薄膜由于其 良好的导电性能，可用于人体电刺激和成像等领域。 2.能源领域 薄膜在太阳能电池、燃料电池、半导体器件等领域也有着重要 的应用。例如，聚合物薄膜用于太阳能电池、金属薄膜用于燃料 电池、氧化物薄膜用于半导体领域。 3.环境领域 薄膜在环境领域的应用主要包括水处理、气体净化、油污处理 等方面。例如，纳米复合薄膜用于水处理，可有效过滤掉微小颗 粒和化学污染物；纳米多孔结构薄膜用于气体净化，可去除有害 氧化物和有机物质；陶瓷薄膜用于油污处理，可高效分离和去除 油污。 三、薄膜材料的发展趋势 1.可持续、环保的材料 未来薄膜材料的制备趋势是转向可持续、环保的材料。例如， 生物可降解聚合物薄膜可以在使用后被自然分解，减少环境影响。
薄膜物理与技术要点总结
薄膜物理与技术要点总结 第一章 最可几速率：根据麦克斯韦速率分布规律，可以从理论上推得分子速率在m v 处有极大值， m v 称为最可几速率M RT M RT m kT 41.122==,Vm 速度分布 平均速度:M RT m RT m kT 59.188==ππ，分子运动平均距离 均方根速度:M RT M RT m kT 73.133==平均动能 真空的划分：粗真空、低真空、高真空、超高真空。 真空计：利用低压强气体的热传导和压强有关； (热偶真空计) 利用气体分子电离；（电离真空计） 真空泵：机械泵、扩散泵、分子泵、罗茨泵 机械泵：利用机械力压缩和排除气体 扩散泵：利用被抽气体向蒸气流扩散的想象来实现排气作用 分子泵：前级泵利用动量传输把排气口的气体分子带走获得真空。 第二章 1.什么是饱和蒸气压？蒸发温度？ 饱和蒸气压：在一定温度下，真空室内蒸发物质的蒸气与固体或液体平衡过程中所表现出的压力 蒸发温度：物质在饱和蒸气压为10-2托时的温度。 2.克--克方程及其意义？ 克-克方程) (Vs Vg T H dT dP -=νν，可以知道饱和蒸气压和温度的关系，对于薄膜的制作技术有重要实际意义, 帮助我们合理地选择蒸发材料和确定蒸发条件. 3.蒸发速率、温度变化对其的影响？ 在蒸发源以上温度蒸发，蒸发源温度的微小变化即可以引起蒸发速率发生很大变化。 4.平均自由程与碰撞几率的概念？ 气体分子处于不规则的热运动状态，每个气体分子在连续两次碰撞之间的路程称为“自由程”，其统计平均值称为“平均自由程”。 蒸发材料分子能与真空室中残余气体分子相互碰撞的数目占总的蒸发材料分子的百分数 5.点蒸发和小平面蒸发源特性？ 点蒸发源：能够从各个方向蒸发等量材料 小平面蒸发源：发射具有方向性，使在θ角方向蒸发的材料质量和cos θ成正比。 6.拉乌尔定律？如何控制合金薄膜的组分？ 拉乌尔定律：在定温下，在稀溶液中，溶剂的蒸气压等于纯溶剂蒸气压 乘以溶液中溶剂的物质的量分数 。 为保证薄膜组成，经常采用瞬时蒸发法、双蒸发源法（将要形成合金的每一成分，分别装入各自的蒸发源中，然后独立地控制其蒸发速率，使达到基板的各种原子符合组成要求。） 7.MBE 的特点？ （1）是以系统中的四级质谱仪、原子吸收光谱等仪器，精密的监测分子束的强度和种类， 从而严格控制生长过程和生长速率。
薄膜技术的原理和应用
薄膜技术的原理和应用 近年来，薄膜技术在各个领域得到广泛应用，如电子、光电、能源、材料等领域均与薄膜技术有着密切的联系。那么，究竟薄膜技术的原理是什么，它的应用又有哪些呢？ 一、薄膜技术的原理 薄膜技术简单来说就是通过一定方法将一种材料沉积在另一种材料表面的过程，使得材料表面形成一层薄膜。薄膜技术可以根据材料沉积的方式分为物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）两种。 其中，物理气相沉积是指将一种被覆材料蒸发后沉积在另一种基材表面形成薄膜的过程。常见的物理气相沉积技术有热蒸发、电子束蒸发、磁控溅射等。而化学气相沉积是指通过化学反应将一种气态前体沉积在另一种基材表面形成薄膜的过程。常见的化学气相沉积技术有化学气相沉积（CVD）、物理化学气相沉积（PACVD）等。 二、薄膜技术的应用
1. 光电设备 在光学领域，薄膜技术可以制造大量光学元件，如反射镜、光 学滤波器、半导体激光器等。这些元件通常是由不同种类和厚度 的薄膜层组成的。例如，在光学滤波器中，通过蒸发不同厚度的 金属或氧化物形成多层薄膜，可以达到隔离、反射、透过光的效果。 2. 电子领域 在电子领域，薄膜技术可用于制造薄膜晶体管、光致发光器件、量子阱电流调制器、传感器等。在薄膜晶体管的工作过程中，薄 膜需要拥有一定的导电性，因此需要在薄膜表面涂覆金属、氧化 物等材料，以提高薄膜的导电性。 3. 其他领域 此外，薄膜技术还广泛应用于其它领域，如能源、生物医学、 环保等。在太阳能电池的制作过程中，通过将硅薄膜形成在玻璃
基板上，可以提高太阳能的吸收效率。在生物医学领域，薄膜技术可以制造人工心脏瓣膜、人工骨骼、药物包装等产品。 总之，薄膜技术在众多领域都有着重要的应用，并为不同领域的技术创新提供了基础保障。随着科技的发展，我们相信薄膜技术将有越来越广阔的应用空间。
薄膜的制备技术原理及应用
薄膜的制备技术原理及应用 1. 简介 薄膜是指在厚度较薄的材料表面形成一层均匀的覆盖物。在许多领域，薄膜制备技术被广泛应用，如电子器件、光学器件、能源存储等。本文将介绍薄膜的制备技术原理及其在不同领域的应用。 2. 薄膜制备技术原理 2.1 物理气相沉积 (Physical Vapor Deposition, PVD) 物理气相沉积是一种将材料从固态直接转变为薄膜状态的制备方法。其基本原理是在真空环境中，通过蒸发或溅射，将源材料沉积到基底上。 2.1.1 蒸发法 (Evaporation) 蒸发法在物理气相沉积中被广泛应用。源材料首先被加热至其沸点，然后分子经过蒸发，成为气态粒子，最终在基底表面沉积。 2.1.2 溅射法 (Sputtering) 溅射法通过将高能量粒子轰击源材料，使其表面原子迅速离开，然后在基底上形成薄膜。溅射法制备的薄膜通常具有较好的质量和均匀性。 2.2 化学气相沉积 (Chemical Vapor Deposition, CVD) 化学气相沉积是一种基于化学反应形成薄膜的制备方法。其基本原理是在高温和高压条件下，将气态前驱体分解产生反应物，在基底上沉积形成薄膜。 2.2.1 热CVD (Thermal CVD) 热CVD是一种常见的化学气相沉积方法，其反应物通常是气态前驱体。通过调节温度和气体流量，控制反应物在基底上的沉积。 2.2.2 低压CVD (Low Pressure CVD) 低压CVD是在低压条件下进行的化学气相沉积方法。通过控制气体压力和底座温度，可以精确控制反应物的沉积速率和组成。 2.3 溶液法 (Solution Process) 溶液法是在液相中形成溶液，然后将溶液沉积到基底上形成薄膜的制备方法。溶液法制备薄膜成本低、工艺简单，因此在某些领域具有广泛的应用。
薄膜制备总结报告
薄膜制备总结报告 一、引言 薄膜制备是一种重要的材料加工技术，广泛应用于电子、光学、医疗等领域。本报告旨在总结薄膜制备的基本原理和常见方法，以及其应用。 二、薄膜制备的基本原理 薄膜是指厚度在纳米到微米级别之间的材料层，其制备基于材料表面上吸附分子或离子的物理或化学反应。这些反应可以通过不同的方法实现，包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、溶液法和电化学沉积等。 三、常见的薄膜制备方法 1. 物理气相沉积（PVD） 物理气相沉积是利用高能量粒子轰击靶材使其释放出原子或分子，并在衬底表面上形成一层薄膜。该方法包括磁控溅射、电弧离子镀和激光热解等。 2. 化学气相沉积（CVD） 化学气相沉积是将一种或多种反应性气体输送到衬底表面上，通过化学反应形成薄膜。该方法包括低压CVD、大气压CVD和热分解CVD 等。
3. 溶液法 溶液法是将溶解了材料的溶液涂覆在衬底表面上，并通过挥发或化学 反应形成薄膜。该方法包括旋涂法、喷雾法和浸渍法等。 4. 电化学沉积 电化学沉积是利用电解质中的离子在电场作用下沉积在电极表面形成 薄膜。该方法包括阴极沉积、阳极氧化和电沉积等。 四、应用领域 1. 电子领域 薄膜制备技术在微电子器件、光伏器件和显示器件中得到广泛应用。 例如，金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和有机发光二极 管（OLED）都需要通过薄膜制备技术来实现。 2. 光学领域 光学镀膜是一种常见的光学加工技术，可以通过控制不同材料的厚度 和折射率来实现对光的反射、透过和吸收。薄膜制备技术在光学镀膜 中发挥着重要作用。 3. 医疗领域 生物医学中的诊断和治疗设备需要使用到多种材料，例如生物传感器、人工关节和药物输送系统等。这些设备中的材料需要具有高度的生物 相容性和可控性，薄膜制备技术可以实现对这些材料的精确控制。 五、结论 本报告总结了薄膜制备的基本原理和常见方法，并介绍了其在电子、
薄膜的工艺原理
薄膜的工艺原理 薄膜工艺是一种制备薄膜材料的技术方法，通过将材料沉积在基底上形成薄膜。这种技术广泛应用于电子器件、光学器件、太阳能电池等领域。薄膜工艺主要包括物理蒸发、化学气相沉积、溅射和激光热解等几种不同的方法。本文将详细介绍薄膜工艺的原理及其应用。 首先，物理蒸发是一种将材料以气态形式沉积在基底上的方法。这种方法通常利用电子束蒸发、磁控溅射或激光蒸发等方式将材料加热到高温，使其形成气态，并在真空环境中使其沉积在基底上。由于物理蒸发过程中材料处于高能态，因此薄膜具有高纯度、致密的特点。物理蒸发除了可以制备金属薄膜外，还可以制备氧化物薄膜、硫化物薄膜等。 其次，化学气相沉积是一种将气态试剂在基底上发生化学反应生成薄膜的方法。化学气相沉积通常利用载气将气态试剂输送到基底上，并在基底表面发生化学反应，形成所需的薄膜。化学气相沉积可以制备多种薄膜材料，如金属薄膜、氧化物薄膜、氮化物薄膜等。化学气相沉积具有高生长速率、较好的均匀性和良好的控制性能。 再次，溅射是一种利用离子轰击的方法使材料从靶点上剥离并沉积在基底上的方法。溅射可以通过直流溅射、射频溅射或磁控溅射等方式进行。在溅射过程中，离子轰击靶材使其失去原子，这些原子以高能态迅速扩散并沉积在基底上。通过调整溅射过程中离子轰击能量和靶材的成分，可以得到所需的材料薄膜。溅射可
以制备金属薄膜、合金薄膜、氧化物薄膜等。 最后，激光热解是一种利用激光照射材料使其发生热解反应并沉积在基底上的方法。激光热解可以通过激光脉冲击穿材料表面，产生高能态的离子和原子，然后沉积在基底上。激光热解具有高分辨率、高制备速率和良好的控制性能。激光热解可以制备金属薄膜、碳化物薄膜、氮化物薄膜等。 薄膜工艺在很多领域都有广泛应用。在电子器件制备中，薄膜可以用于制备电极、蓄电池、显示器件等。在光学器件制备中，薄膜可以用于制备反射镜、透镜、滤光片等。在太阳能电池制备中，薄膜可以用于制备光伏层和透明导电层。此外，薄膜还可以应用于传感器、防反射涂层、磁存储材料等领域。 总之，薄膜工艺以不同的方法制备薄膜材料，包括物理蒸发、化学气相沉积、溅射和激光热解。这些工艺方法具有各自的特点和应用范围，可以制备金属薄膜、氧化物薄膜、碳化物薄膜等。薄膜工艺广泛应用于电子器件、光学器件、太阳能电池等领域，有助于推动科学技术的发展和应用。
滴涂法制备薄膜
滴涂法制备薄膜 一、介绍 薄膜制备是材料科学与工程领域的一项重要研究任务。滴涂法是一种常用的方法，用于制备具有高质量、均匀厚度和特定结构的薄膜材料。本文将详细介绍滴涂法制备薄膜的原理、步骤和应用。 二、滴涂法的原理 滴涂法是一种自上而下的薄膜制备技术。其原理基于表面张力和毛细现象。在该方法中，溶液通过一根细管或注射器滴落到底物表面，并形成由液滴组成的薄膜。通过控制滴液的滴落速度和滴液大小，可以调节薄膜的厚度和均匀性。 三、滴涂法制备薄膜的步骤 1. 准备底物 选择合适的底物是滴涂法中至关重要的一步。底物的选择应考虑到材料的表面性质、化学反应活性和机械稳定性。通常使用玻璃片、硅片或陶瓷片作为底物。 2. 准备溶液 选择适当的溶液是制备高质量薄膜的关键。溶液的选择应考虑到材料的溶解度、稳定性和所需薄膜的性质。溶液的浓度和pH值也需要经过调节。 3. 滴涂 将准备好的溶液使用细管或注射器滴落到底物表面。滴液的滴落速度、滴液大小和滴液间隔时间需要精确控制，以获得均匀且适当厚度的薄膜。
4. 干燥 在制备过程中，滴涂的溶液会自然挥发，但为了加快干燥过程，可以利用加热或通风等方法。干燥的时间和温度应根据所用材料和薄膜的厚度而定。 5. 后处理 制备好的薄膜可能需要进行后处理步骤，如退火、烧结或添加表面修饰剂等。这些步骤有助于提高薄膜的结晶度、致密性和稳定性。 四、滴涂法制备薄膜的应用 1. 光学领域 滴涂法可以用于制备透明导电薄膜、光学滤波器和光学薄膜等。通过控制薄膜的厚度和组成，可以调节光的透射和反射特性，从而实现光学器件的设计和优化。 2. 电子学领域 滴涂法可以用于制备有机半导体薄膜、金属氧化物薄膜和导电聚合物薄膜等。这些薄膜在柔性电子学、有机电子学和光电器件等领域具有广泛的应用前景。 3. 生物医学领域 滴涂法可以用于制备生物传感器、药物载体和细胞培养基质等。通过在底物表面形成适当的薄膜，可以实现对生物分子、药物和细胞的检测、传递和稳定释放。 4. 纳米技术领域 滴涂法可以用于制备纳米颗粒薄膜、纳米线薄膜和纳米孔膜等。这些薄膜在纳米材料合成、纳米传感器和纳米过滤等方面具有重要的应用价值。 五、总结 滴涂法是一种简单有效的制备薄膜的方法。通过控制滴液的滴落速度和滴液大小，可以获得具有高质量、均匀厚度和特定结构的薄膜材料。滴涂法在光学、电子学、
聚合物薄膜的制备及应用
聚合物薄膜的制备及应用 随着现代科技的不断进步，人们对复杂材料的需求也越来越高。聚合物薄膜作为一种常见的材料，其制备技术也日益成熟。本文 将以聚合物薄膜的制备及应用为主题，详细阐述其制备过程和应 用场景。 一、聚合物薄膜的制备技术 聚合物薄膜的制备技术有很多种，主要可分为溶液浇铸法、溶 液旋涂法、气相沉积法等。其中，溶液浇铸法是一种比较简单的 制备方法，具体步骤如下： 1. 首先，将聚合物材料与溶剂混合，产生均匀的混合液。 2. 将混合液倒入均匀平整的基板上，并等待其干燥。 3. 在干燥完全后，使用烤箱等工具使薄膜与基板形成牢固的结合。 溶液浇铸法制备的聚合物薄膜，制备过程简单且成本低，但是 由于其制备过程相对较为简单，因此对环境的污染和性能的控制 程度都较低。 相比之下，溶液旋涂法则是一种制备工艺更为复杂的方法。具 体步骤如下：
1. 首先，将聚合物材料与溶剂混合，产生均匀的混合液。 2. 将混合液倒入旋涂机中，通过调整旋转速度和悬挂高度等参数，使液体在旋转的基板表面均匀涂布。 3. 等待混合液在基板表面干燥，形成均匀的薄膜。 4. 使用烤箱等工具将薄膜与基板形成牢固的结合。 相比于溶液浇铸法，旋涂法制备的薄膜更加均匀、结构更加紧密，因此其性能相对更为优良。 除此之外，气相沉积法是一种制备较多高品质聚合物薄膜的方法，主要原理是在真空环境下，通过将挥发的聚合物材料直接沉 积在基板表面上，而形成一层均匀的聚合物膜。相比于溶液浇铸 法和旋涂法，气相沉积法可以大大提高聚合物薄膜的质量和性能。 二、聚合物薄膜的应用场景 聚合物薄膜作为一种常见的材料，被广泛应用于科技领域中的 各个方面。下面将针对聚合物薄膜的应用进行详细阐述。 1. 光伏领域 聚合物薄膜被广泛应用于太阳能电池板的制作中，主要用于电 池板的透明电极、氧化还原反应器等方面。聚合物薄膜具有良好 的可塑性、导电性和防腐蚀性能，可以在太阳能电池板的生产中 发挥非常重要的作用。
薄膜材料与薄膜技术
薄膜材料与薄膜技术 薄膜材料与薄膜技术 概述： 薄膜材料是指厚度在几纳米到几微米之间的材料，它们具有特殊的物理、化学和电学性质。而薄膜技术则是一种将这些材料制成具有特定形状和功能的工艺方法。目前，随着科技的不断进步，人们对于薄膜材料和技术的需求也越来越高。 1. 薄膜材料的种类 目前，市场上常见的薄膜材料主要包括以下几种： 1）聚合物：如聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯等。 2）金属：如铝、铜、钛等。 3）氧化物：如二氧化硅、氧化铝等。 4）碳基材料：如石墨烯、碳纤维等。
5）半导体：如硅、锗等。 2. 薄膜技术的应用领域 由于其特殊性质，薄膜材料及其制备技术在众多领域中得到了广泛应用。以下是其中一些典型的应用领域： 1）光电子学：如太阳能电池、LED等。 2）微电子学：如半导体器件、集成电路等。 3）医疗保健：如药物传递系统、人工器官等。 4）能源存储：如锂离子电池、超级电容器等。 5）涂层材料：如防腐涂料、防刮涂料等。 3. 薄膜技术的制备方法 目前，常见的薄膜制备方法主要包括以下几种： 1）化学气相沉积法（CVD）
2）物理气相沉积法（PVD） 3）溅射法 4）离子束沉积法（IBD） 5）溶胶-凝胶法 6）自组装技术 4. 薄膜技术的发展趋势 随着科技不断进步，薄膜技术也在不断发展。未来，其发展趋势主要包括以下几个方面： 1）高性能和多功能化：将会有更多新型材料和新工艺出现，使得薄膜材料在各个领域中具有更高的性能和更多的功能。 2）纳米化和微型化：薄膜材料及其制备技术将越来越向纳米和微米级别发展，以适应微型电子器件等领域的需求。 3）绿色环保：将会有更多的绿色环保型薄膜材料和制备工艺出现，以
薄膜技术的理论和应用
薄膜技术的理论和应用 薄膜技术是一种高新技术，它通过将材料分子层层堆积析出而 形成一种薄而均匀的材料。薄膜技术的应用非常广泛，包括光电、电子、化工、食品、医疗等领域。本文将从薄膜技术的理论和应 用两个方面来详细探讨。 一、薄膜技术的理论 1. 薄膜生长模型 薄膜生长模型是研究薄膜形成规律的数学模型。它可以描述薄 膜生长的物理过程，并预测薄膜的形态和结构。在薄膜生长模型中，主要包括表面扩散、沉积、缺陷漂浮、晶化、成核等几个重 要步骤。这些步骤影响着薄膜的形态和质量。薄膜生长模型的出现，为薄膜技术的发展提供了重要的理论基础。 2. 薄膜吸附理论 在薄膜形成过程中，吸附理论是非常重要的。它可以描述薄膜 形成的过程中物质分子与基底表面的物理化学现象。普通的吸附
理论往往是以吸附能为研究对象，但是对于薄膜来说，由于它的 尺寸极小，故应采用尺寸效应吸附理论。这个理论为薄膜技术的 精确控制提供了良好的理论依据。 3. 薄膜在化学反应中的应用 化学反应中使用薄膜技术，常常采用气相沉积、热蒸发等方法。在化学反应中，薄膜的化学反应起到重要的作用，可以产生一些 特殊的物理化学性质。因此，薄膜技术在催化、传感等领域发挥 着重要的作用。 4. 纳米薄膜技术 纳米薄膜技术是薄膜技术的一个分支，它将薄膜做到了纳米尺度。纳米薄膜具有极高的比表面积和表面反应性，因此在传感、 催化、光电等领域有着广泛的应用前景。同时，纳米薄膜技术的 研究也给薄膜技术开发提供了重要的思路。 二、薄膜技术的应用
1. 光电领域 薄膜技术在光电领域有着广泛的应用。例如，太阳能电池、液 晶显示器等都是依靠薄膜技术制成的。此外，薄膜技术在光学薄膜、光学滤波、全息成像等领域也都有着广泛的应用。 2. 电子领域 薄膜技术在电子领域的应用也非常广泛。例如，利用薄膜技术 可以制备高温超导材料，用于高功率电子器件；还可以制备高品 质的晶体管。此外，在电阻器、金属线、电容器等器件中也广泛 使用了薄膜技术的成果。 3. 化学领域 在化学领域，薄膜技术应用非常广泛。例如，薄膜可以用于催化、吸附等化学反应过程中，产生特殊的物理化学性质。此外， 薄膜还可以用于制备超薄膜电极、合成介孔分子筛等化学应用中。 4. 其他领域
薄膜材料制备原理、技术及应用知识点
薄膜材料制备原理、技术及应用学问点1 一、名词解释 1.气体分子的平均自由程:自由程是指一个分子与其它分子相继两次碰撞之间，经过的直线路程。对个别分子 而言，自由程时长时短，但大量分子的自由程具有确定的统计规律。气体分子相继两次碰撞间所走路程的平均值。 2.物理气相沉积〔PVD〕：物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术表示在真空条件下，承受物理方法，将材料源——固体或液体外表气化成气态原子、分子或局部电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体外表沉积具有某种特别功能的薄膜的技术。物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等 离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。进展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以 沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。 3.化学气相沉积〔CVD〕：化学气相沉积(Chemical vapor deposition，简称CVD)是反响物质在气态条件下发生 化学反响，生成固态物质沉积在加热的固态基体外表，进而制得固体材料的工艺技术。它本质上属于原子范畴 的气态传质过程。 4.等离子体鞘层电位：等离子区与物体外表的电位差值ΔV p即所谓的鞘层电位。 在等离子体中放入一个金属板，由于电子和离子做热运动，而电子比离子的质量小，热速度就比离子大，先到 达金属板，这样金属板带上负电，板四周有一层离子，于是形成了一个小局域电场，该电场加速了离子，减速 电子，最终稳定了以后，就形成了鞘层构造，该金属板稳定后具有一个电势，称为悬浮电位。 5.溅射产额：即单位入射离子轰击靶极溅出原子的平均数，与入射离子的能量有关。 6.自偏压效应：在射频电场起作用的同时，靶材会自动地处于一个负电位下，导致气体离子对其产生自发的 轰击和溅射。 7.磁控溅射：在二极溅射中增加一个平行于靶外表的封闭磁场，借助于靶外表上形成的正交电磁场，把二次 电子束缚在靶外表特定区域来增加电离效率，增加离子密度和能量，从而实现高速率溅射的过程。 8.离子镀：在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物局部别化，产生离子轰击效应，最终将蒸发物或 反响物沉积在基片上。结合蒸发与溅射两种薄膜沉积技术而进展的一种PVD 方法。 9.离化率：被离化的原子数与被蒸发气化的原子数之比称为离化率.一般离扮装置的离化率仅为百分之几,离化 率较高的空心阴极法也仅为20～40% 10.等离子体关心化学气相沉积〔PECVD〕技术：是一种用等离子体激活反响气体,促进在基体外表或近外表空 间进展化学反响,生成固态膜的技术。等离子体化学气相沉积技术的根本原理是在高频或直流电场作用下，源气体 电离形成等离子体，利用低温等离子体作为能量源，通入适量的反响气体，利用等离子体放电，使反响气体激 活并实现化学气相沉积的技术。 11.外延生长：在单晶衬底〔基片〕上生长一层有确定要求的、与衬底晶向一样的单晶层，如同原来的晶体向 外延长了一段，故称外延生长。 12.薄膜附着力:薄膜对衬底的黏着力气的大小，即薄膜与衬底在化学键合力或物理咬合力作用下的结合强度。 二、填空： 1、当环境中元素的分压降低到了其平衡蒸气压之下时，元素发生净蒸发。反之，元素发生净沉积。 2、在直流放电系统中，气体放电通常要经过汤生放电阶段、辉光放电阶段和弧光放电阶段三个放电过程，其中 溅射法制备薄膜主要承受辉光放电阶段所产生的大量等离子体来形成溅射。 3、溅射仅是离子轰击物体外表时发生的物理过程之一，不同能量的离子与固体外表相互作用的过程不同，不仅 可以实现对物质原子的溅射，还可以在固体外表形成沉积现象和离子注入现象。 4、溅射法所采有的放电气体多为Ar 气，主要缘由是惰性气体做为入射离子时，物质溅射产额高，从经济方面 考虑，多使用Ar 做为溅射气体。 5、直流溅射要求靶材具有良好的导电性，否则靶电流过小，靶电压过高，而射频溅射方法以沟通电源供给高频 电场，高频电场可经由其它阻抗形式进入沉积室，不再要求电极确定是导电体，使溅射过程摆脱对靶材导电性 的要求。 6、磁控溅射存在的缺点。 1 微观永久大于宏观你永久大于人类今日永久大于永久■■■■■■■■纯属个人行为，仅供参考■■■■■■■■勿删■■■■■■■■■
光学薄膜的原理和用途
光学薄膜的原理和用途 光学薄膜是一种由多层材料组成的光学元件，其工作原理是利用材料的不同折射率和 反射率，控制不同波长的光线在薄膜中的传播和反射。它广泛应用于激光器、显示器、太 阳能电池等领域。 一、光学薄膜的原理 光学薄膜的原理是基于电磁波在介质中传播的性质。当电磁波穿过介质边界时，会发 生反射、透射和折射等现象。这些现象与介质的折射率、反射率、入射角、波长等参数有 关系。 光学薄膜利用了这些参数不同的特点，通过多层薄膜的组合来控制波长和相位的变化，以达到特定的光学性能。基本的光学薄膜结构由几个不同折射率的层组成，其中高折射率 层与低折射率层间相互堆积。在其工作原理中，高折射率的层可以起到反射光线的作用， 低折射率层可以控制光线的传播和相位的变化。 光学薄膜的厚度通常不到光的波长的1/4，这样可以形成光的干涉作用，实现特定波 长范围内的衍射和反射。薄膜的折射率决定了反射的强度和相位变化的大小，因此不同类 型的薄膜需要不同的材料作为构成元件。 二、光学薄膜的用途 光学薄膜广泛应用于各种光学器件中，包括滤光镜、反射镜、折射镜、透镜等。以下 是几种常见的光学薄膜应用。 1. 滤光镜 滤光镜是一种可以选择性过滤掉某些波长的光线的光学元件。滤光镜的原理就是利用 光学薄膜的多层组合结构，对特定波长的光线进行反射或衍射，从而实现波长的选择性过滤。滤光镜通常用于医学、电子、摄影等领域。 2. 反射镜 反射镜是光学薄膜的另一种应用。反射镜的原理是利用介质边界的反射现象，将入射 光线反射回去，从而实现将光线在一个方向上聚焦或成像的功能。反射镜通常用于望远镜、显微镜、激光器及激光打印机等领域。 3. 折射镜
薄膜制备技术简介
薄膜制备技术 纳米薄膜材料是一种新型材料, 由于其特殊的结构特点, 使其作为功能材料和结构材料都具有良好的发展前景。纳米薄膜的制备方法按原理可分为物理方法和化学方法两大类。 一、物理方法 1-1真空蒸发 在真空环境下，给待蒸发物提供足够的热量以获得蒸发所必须的蒸汽压，在适当的温度下，蒸发粒子在基片上凝结，即实现真空蒸发薄膜沉积真空蒸发沉积过程由三个步骤组成： 1、蒸发原材料由凝聚相转变成气相； 2、在蒸发源与基片之间蒸发离子的输运； 3、蒸发粒子到达基片后凝结、成核、长大、成膜。 在一定温度下，蒸发气体与凝聚相平衡过程中所呈现的压力为该物质的蒸气压。物质的饱和蒸气压随温度的上升而增大，一定的饱和蒸气压对应一定的物质温度。物质在饱和蒸气压为1.3Pa时的温度为该物质的蒸发温度。 1-1-1电阻加热蒸发 电阻加热式蒸发源是利用电阻丝通电后产生的热量加热坩埚中的蒸发物料使其汽化，电阻加热式蒸发源具有结构简单、蒸发效率高、温度稳定和加热均匀等优点，已大量用于工业和实验室中。电阻加热式蒸发源主要包括电阻加热装置和坩埚，为了避免蒸发物料与坩埚混合或反应，对不同的蒸发物料，往往需要使用不同材质的坩埚。坩埚的形状和结构受坩埚材质的限制，而坩埚的形状和结构决定了坩埚安装难易程度和蒸发源安装角度。 应用实例：通过对Cu、BaF2和YF3的一层蒸发制备Y-Ba-Cu-O薄膜，采用的基片材料为SrTiO3，对所沉积的薄膜进行了退火处理。 1-1-2闪烁蒸发 少量待蒸发材料以粉末形式输送到足够热的蒸发盘上以保证蒸发瞬间发生。蒸发盘的温度应该足够高使不容易挥发的材料快速蒸发。当一粒蒸发物蒸发时，具有高蒸气压的组元先蒸发，随后是低蒸气压组元蒸发。瞬间蒸发的净效果是蒸气具有与蒸发物相同的组分。 应用实例：Ni-Cr合金薄膜，ⅢⅤ族化合物、半导体薄膜，硫化铜薄膜，PbS 和PbS-Ag薄膜，Sb2S3薄膜，CuInSe2、LiInSe2、LixCu1-xInSe2外延膜。
高速旋转薄膜法
高速旋转薄膜法是一种用于制备薄膜的材料制备技术。这种方法涉及到在一个高速旋转的平台上进行材料的沉积和固化，以获得高质量的薄膜材料。 首先，我们需要了解高速旋转薄膜法的原理。该方法基于高速旋转的离心力场，将材料均匀地铺展在基板上，形成薄膜。这种技术在许多领域都有应用，包括电子、光学、生物医学和能源等。 在操作过程中，首先需要选择合适的材料和基板。选择合适的材料对于薄膜的性能至关重要，例如薄膜的硬度、耐腐蚀性、透光性等。基板的选择也需慎重，它需要能够承受高速旋转的离心力，并且能够与薄膜牢固结合。其次，需要在高速旋转的平台上将材料均匀地沉积在基板上。这一步骤通常涉及到控制设备的转速、沉积时间、气体流量等因素，以确保薄膜的质量。 制备出的薄膜应具有良好的均匀性、连续性和完整性，以避免出现孔洞、裂缝等问题。高速旋转薄膜法不仅可以用于制备单层薄膜，还可以用于制备多层薄膜，通过调整沉积顺序和气体流量等因素来实现。此外，这种方法还可以与其他技术相结合，如真空蒸发、激光束沉积等，以实现更复杂的薄膜结构和性能。 与其他薄膜制备技术相比，高速旋转薄膜法具有许多优点。首先，这种方法可以在较短的时间内制备出高质量的薄膜材料，提高了生产效率。其次，高速旋转薄膜法可以用于制备各种材料，包括金属、半导体、陶瓷等。此外，该方法对环境友好，产生的废气和废液较少。最后，由于高速旋转薄膜法具有广泛的应用领域，因此它的发展前景十分广阔。 然而，高速旋转薄膜法也存在一些挑战和限制。例如，沉积速度和沉积效率受到许多因素的影响，如材料性质、气体流量、设备转速等。此外，高速旋转薄膜法需要精确控制设备的转速和气体流量等因素，以确保薄膜的质量和性能。因此，对于这种方法的研究和开发仍然是一个重要的领域。 总的来说，高速旋转薄膜法是一种高效、环保、可扩展的材料制备技术。它在许多领域都有广泛的应用前景，并且具有巨大的发展潜力。通过不断优化和完善这种方法，我们可以期待其在未来的材料科学和工程技术中发挥更加重要的作用。
光学薄膜蒸发法的原理及在制备材料领域中的应用
光学薄膜蒸发法的原理及在制备材料领域中 的应用 随着科技的不断发展，制备新材料的方法也日新月异。在材料制备领域，光学 薄膜蒸发法是一种比较常见的方法，其原理是利用真空环境下的热蒸发将材料沉积在衬底表面上，形成厚度仅有数千分之一毫米的薄膜。光学薄膜的种类繁多，可以用于制备各种具有特定光学性质的薄膜材料，如紫外线、红外线、抗反射等。 1. 原理 光学薄膜蒸发法的基本原理是利用真空环境下的热蒸发，将可蒸发的材料沉积 在衬底表面上，形成一层仅有数千分之一毫米的薄膜。在这个过程中，最重要的是热源和真空环境的控制。一般使用阻热丝或电子束蒸发机作为热源，在真空环境下加热蒸发材料，从而形成薄膜。同时，为了防止杂质的进入，需要使用高真空泵将腔室内的气体抽出，保持干净的蒸发环境。 2. 应用 光学薄膜蒸发法在制备材料方面具有广泛的应用。主要包括以下方面： 2.1 光学材料 光学薄膜蒸发法是制备各种光学材料的重要手段之一。例如，紫外线光学薄膜、红外线光学薄膜、抗反射薄膜等都可以用该方法进行制备。这些光学材料被广泛应用于光学器件的制造，例如太阳能电池、LED发光二极管等。 2.2 电子材料 光学薄膜蒸发法在制备电子材料中也具有很大的应用潜力。以硅、氧化铝、铬、钨等为材料，可以制备出用于集成电路、半导体器件等电子元件的薄膜材料。 2.3 金属材料
光学薄膜蒸发法也广泛应用于金属材料的制备中，例如用于表面增强拉曼光谱（SERS）的金纳米颗粒等。传统的制备方法难以实现大规模生产和控制样品的尺寸，而光学薄膜蒸发法可以很好地解决这些问题。 3.意义 光学薄膜蒸发法的出现，为材料制备领域带来了新的思路和方法。通过热蒸发 的方式制备出薄膜材料，具有工艺简单、成本低、纯度高等优点。同时，该方法还能够根据具体需求来调整薄膜的厚度、结构和性质，可以满足不同领域对材料性质的要求。在光学、电子、化学等多领域中都有着广泛的应用前景，为推动材料制备领域的进一步发展提供了新思路和新方法。 总之，光学薄膜蒸发法作为一种常见的材料制备方法，其原理简单，应用广泛，具有很大的潜力和发展前景。随着技术的不断进步，相信其在未来材料制备的领域中会得到更广泛的应用。
材料物理学中的薄膜制备技术及应用
材料物理学中的薄膜制备技术及应用材料物理学是关于材料物理特性和结构的研究。薄膜制备技术 是材料物理学中的一个重要分支，它涉及对特定材料进行薄膜制 备和表面改性的过程研究。薄膜制备技术有很多种，如溅射沉积、物理气相沉积、化学汽相沉积、分子束外延、电子束物理气相沉 积等。 薄膜制备技术的应用范围十分广泛，如电子学、纳米科技、光学、医疗等领域，可制备出各种材料的薄膜，如金属、半导体、 氧化物、非晶态材料等。例如，随着光学陀螺等高性能惯性导航 设备的发展，利用化学气相沉积技术制备的氧化铂之类的高质量 惯性器件薄膜在这方面应用得越来越广泛。 利用薄膜制备技术，制备纳米级薄膜在新型量子器件、合成材料、生物传感器、太阳电池、微电子机械系统（MEMS）等领域 中具有重要的应用潜力。与纳米颗粒相比，薄膜在二维空间上比 较方便进行微结构、微纳加工和表面修饰，可以制备出各种二维 异质结构和纳米结构，具有很高的晶体质量和化学稳定性，因此 更受到人们的青睐。
薄膜制备技术还可以用于研究材料表面的物理和化学特性，如表面电子状态、导电和磁性等特性。这些特性对材料本身的性能具有重要影响，因此对材料表面特性的研究和理解也是材料物理学研究的重要方向之一。 其中，溅射沉积技术是制备化合物薄膜的重要方法之一，其主要作用是将材料靶上的原子通过溅射在衬底表面上形成薄膜。溅射沉积技术具有制备多种薄膜的优秀性能，可用于制备氧化物、氮化物、碳化物及其复合材料等不同种类的薄膜。 物理气相沉积是另一种常用的薄膜制备技术。其制备原理是将可挥发的材料在高真空条件下被蒸发成气态分子，然后在衬底表面冷凝出薄膜。这种技术制备薄膜具有优秀的质量、晶结构和良好的复杂化学成分控制能力。 化学汽相沉积技术是利用化学反应来生成所需材料分子，然后将其输送到衬底表面进行沉积的技术。这种技术可以制备很多种复杂结构的材料，如金属氧化物、非晶态材料等，而且可以控制材料的形貌和晶体结构等性质。
薄膜材料及其制备技术
课程设计 实验课程名称电子功能材料制备技术 实验项目名称薄膜材料及薄膜技术 专业班级 学生姓名 学号 指导教师 薄膜材料及薄膜技术 薄膜技术发展至今已有200年的历史。在19世纪可以说一直是处于探索和预研阶段。经过一代代探索者的艰辛研究，时至今日大量具有各种不同功能的薄膜得到了广泛的应用，薄膜作为一种重要的材料在材料领域占据着越来越重要的地位，各种材料的薄膜化已经成为一种普遍趋势。其中包括纳米薄膜、量子线、量子点等低维材料，高K值和低K值介质薄膜材料，大规模集成电路用Cu布线材料，巨磁电阻、厐磁电阻等磁致电阻薄膜材料，大禁带宽度的“硬电子学”半导体薄膜材料，发蓝光的光电半导体材料，高透明性低电阻率的透明导电材料，以金刚石薄膜为代表的各类超硬薄膜材料等。这些新型薄膜材料的出现，为探索材料在纳米尺度内的新现象、新规律，开发材料的新特性、新功能，提高超大规
模集成电路的集成度，提高信息存储记录密度，扩大半导体材料的应用范围，提高电子元器件的可靠性，提高材料的耐磨抗蚀性等，提供了物质基础。以至于将薄膜材料及薄膜技术看成21世纪科学与技术领域的重要发展方向之一。 一、薄膜材料的发展 在科学发展日新月异的今天，大量具有各种不同功能的薄膜得到了广泛的应用，薄膜作为一种重要的材料在材料领域占据着越来越重要的地位。 自然届中大地、海洋与大气之间存在表面，一切有形的实体都为表面所包裹，这是宏观表面。生物体还存在许多肉眼看不见的微观表面，如细胞膜和生物膜。生物体生命现象的重要过程就是在这些表面上进行的。细胞膜是由两层两亲分子--脂双层膜构成，它好似栅栏，将一些分子拦在细胞内，小分子如氧气、二氧化碳等，可以毫不费力从膜中穿过。膜脂双层分子层中间还夹杂着蛋白质，有的像船，可以载分子，有的像泵，可以把分子泵到膜外。细胞膜具有选择性，不同的离子须走不同的通道才行，比如有K＋通道、Cl－通道等等。细胞膜的这些结构和功能带来了生命，带来了神奇。 二、薄膜材料的分类 目前，对薄膜材料的研究正在向多种类、高性能、新工艺等方面发展，其基础研究也在向分子层次、原子层次、纳米尺度、介观结构等方向深入，新型薄膜材料的应用范围正在不断扩大。当前薄膜科学与技术得到迅猛发展的主要原因是，新型薄膜材料的研究工作，始终同现代高新技术相联系，并得到广泛的应用，常用的有：超导薄膜、导电薄膜、电阻薄膜、半导体薄膜、介质薄膜、绝缘薄膜、钝化与保护薄膜、压电薄膜、铁电薄膜、光电薄膜、磁电薄膜、磁光薄膜等。近10年来，新型薄膜材料在以下几个方面的发展更为突出： （1）金刚石薄膜 金刚石薄膜的禁带宽，电阻率和热导率大，载流子迁移率高，介电常数小，击穿电压高，是一种性能优异的电子薄膜功能材料，应用前景十分广阔。 金刚石薄膜有很多优异的性质：硬度高、耐磨性好、摩擦系数高、化学稳定性好、热导率高、热膨胀系数小，是优良的绝缘体。金刚石薄膜属于立方晶系，面心立方晶胞，每个晶胞含有8个C原子，每个C原子采取sp3杂化与周围4个C原子形成共价键，牢固的共价键和空间网状结构是金刚石硬度很高的原因。
薄膜知识点汇总参考资料
第一章 1.真空的定义及其度量单位 概念：利用外力将一定密闭空间内的气体分子移走，使该空间内的气压小于 1 个大气压，则该空间内的气体的物理状态就被称为真空。 真空，实际上指的是一种低压的、稀薄的气体状态。 目前标准大气压定义：0摄氏度时，水银密度13.59509g/cm 3， 重力加速度 980.665cm/s 2时，760 mm 水银柱所产生的压强为1标准大气压。 1atm=1.01*105Pa=760Torr=1.0133*106 微巴 低真空 105-102 气态空间近似为大气状态，分子以热运动为主，分子之间碰撞频繁。低真空，可以获得压力差而不改变空间的性质。 中真空102-10-1 中真空，气体分子密度与大气状态有很大差别。气体分子的流动从黏滞流状态向分子状态过渡，气体对流现象消失。气体中带电离子在电场作用下， 产生气体导电现象。（离子镀、溅射镀膜等气体放电和低温等离子体相关镀膜技术） 高真空10-1-10-5 容器中分子数很少，分子平均自由程大于一般容器的线度，分子流动为分子流，分子与容器壁碰撞为主，在此真空下蒸发材料，粒子将按直线飞行。（拉制单晶、表面镀膜、电子管生产） 超高真空 10-5-10-9 气体分子数更少，几乎不存在分子间碰撞，此时气体分子在固体表面上是以吸附停留为主。入射固体表面的分子数达到单分子层需要的时间也较长，可以获得纯净表面。（薄膜沉积、表面分析…) 极高真空 《10-9 气体分子入射固体表面的频率已经很低，可以保持表面洁净。适合分子尺寸加工及纳米科学的研究。 理想气体状态方程： 1. 最可几速率 讨论速度分布 T n P k =T m PV R M = M RT M RT m kT v m 41.122===2. 平均速率 计算分子运动平均距离 M RT M RT m kT v a 59.188===ππ