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薄膜物理与技术Thin Film Physics and Technologies 李瑞山 兰州理工大学理学院 参考资料 杨邦朝，王文生. 薄膜物理与技术. 电子科技大学出版社，1997 陈国平. 薄膜物理与技术. 东南大学出版社， 1993 曲喜新，杨邦朝，姜节俭，张怀武编著. 电子薄膜材料. 科学出版社，1997 吴自勤，王兵. 薄膜生长. 科学出版社，2001 薛增泉，吴全德，李浩. 薄膜物理. 电子工业出版社，1991 郑伟涛. 薄膜材料与薄膜技术。 化学工业出版社，2005 唐伟忠. 薄膜材料制备原理、技术及应用. 冶金工业出版社，2005 * * 绪 论 薄膜科学的发展历史 薄膜的分类 薄膜科学的研究内容 薄膜科学的基本概念 本课程的主要内容 ① two-dimension materials ② thin = less than about one micron ( 10,000 Angstroms, 1000 nm) ③ film = layer of material on a substrate (if no substrate, it is a foil) 一百多年来，人们对物质的物理性质的广泛研究，使物理学成为一个很大的学科领域。在这个领域中，一些专门的知识进一步发展成为一个个独立的分支，薄膜物理就是该领域中一个相当重要的分支。 薄膜科学的研究内容包含了制备技术、分析方法、结构观察、薄膜的应用以及薄膜的生长机理等及其丰富的内容。 薄膜科学的发展历史 对液体薄膜首先作了正式描写的是美国著名的科学家、作家兼政治家的富兰克林(Benjamin Franklin)，他在1774年的文件中留下了这样的描述： “不超过一茶匙的油，迅即地展开为数平方码，然后很惊人地慢慢扩展，直到抵达在下风处的水池边缘，布满了水池的那个区域，可能有半英亩（1英亩约为4000平方公尺）之广，而表面平滑的像面镜子。” 该薄膜的膜厚约为10?，是一个单分子膜层。 薄膜科学的发展历史 薄膜科学的发展历史 和液体薄膜相比较的话，固体薄膜的历史比较浅短。在现今留下的纪录里，最早的是1852年德国的化学家本生(Robert Wilhelm Bunsen)和Grove分别由化学反应和辉光放电(glow discharge)确认了其所产生的固体薄膜。一般的固体薄膜，乃是由把原子或分子状的蒸发粒子沉积（或称蒸镀）在表面平滑的基板表面上所获得。而这类固体薄膜，一般就仅以薄膜来称呼。 光学薄膜是薄膜科学中最早被深入研究的薄膜。随着各种光学透镜的发展，各种增透膜、减反射膜、滤光膜、分光膜等等被精确的制备、检测和分析。进入上世纪70年代后，透光材料在建筑、装璜等方面被广泛应用，在房屋、车辆、太阳能电池、太阳能热水器等的透明光窗上采用增透、防辐射和反射等薄膜。这类产品已经广泛进入我们的日常生活中。 薄膜科学的发展历史 薄膜科学的发展历史 我们一般可能没有特别意识到薄膜的存在，不过事实上在日常生活当中，我们可以见到各式各样的薄膜。例如： 厨房用的铝箔（厚度约0.02mm，20μm）； 保鲜膜（厚度约15μm）； 保护或装饰物品表面的电镀层或胶膜； 油漆等较厚的膜； 眼镜、照相机镜片上的防紫外线或是防眩光膜； IC芯片及各种电子材料、装置上的镀膜等极薄的膜； 下雨时车窗上的水膜，或是漂浮在汤汁上面的油膜等，则是属于液体薄膜。 薄膜材料由于其在微观结构、宏观性能等方面所具有的特殊性, 在科学技术发展和人们的日常生活中发挥着越来越重要的作用。 薄膜材料研究不仅吸引了为数众多的科技工作者, 而且受到各国高技术产业界的广泛关注。 薄膜材料研究已经渗透到物理学、化学、材料科学、信息科学乃至生命科学等各个研究领域, 薄膜科学已经逐渐发展成为一门多学科交叉的边缘学科。 薄膜科学的发展历史 从人类开始制作陶瓷器皿的彩釉算起, 薄膜的制备与应用已经有一千多年的发展历史。从制备技术、分析方法、形成机理等方面系统地研究薄膜材料则起始于上世纪五十年代。直到上世纪80年代, 薄膜科学才发展成为一门相对独立的学科。 促使薄膜科学迅速发展的重要原因是薄膜材料的强大的应用背景、低维凝聚态理论的不断发展和现代分析技术的出现及分析能力的不断提高。 薄膜科学的发展历史 薄膜科学的应用 1. 耐磨及表面防护涂层 现在科学技术对机械部件提出了综合性能要求往往超出了单一材料可以达到的性能范围。在用涂层方法制备出材料组合，则可以有效地