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物理气相沉积技术 第八章 低维材料 定义：二维、一维和零维材料，统称低维材料。 二维材料：是指当材料的任一维度，如Z方向的尺寸小到纳米量级，则此材料就成为X，Y方向延展的二维材料。 ——薄膜材料(纳米薄膜） 一维材料：当材料在Z方向缩小的同时，Y方向也缩小到纳米尺度。——又称量子线，纳米管 零维材料：当材料在X，Y，Z方向上的尺寸都缩小到纳米量级。 ——纳米粉体材料 薄膜材料的制备 气相沉积技术 溶胶凝胶技术 眼镜片的镀膜 1、减反射膜（增透膜） 2、顶膜（防水膜、防雾膜） 镀膜技术的评价 薄膜性能 膜厚分布 附着力 沉积速度 一、 真空蒸发镀 概念： 真空蒸发镀是将被镀工件放在真空室，并用一定方法加热使镀膜材料（简称膜料）蒸发或升华飞至工件表面凝聚成膜。 （一）真空蒸发镀示意图 １、蒸发 　　 ２、汽化粒子的输运　（源－基距＜平均自由程） ３、凝聚、生长过程 1、蒸发过程 蒸发速率： Gm＝4.38*10－3PS(Ar/T）0.5 确定材料的饱和蒸汽压PS ，T Gm 确定材料的饱和蒸汽压PS ，Gm T 蒸发方式（蒸发源类型） 1、电阻加热蒸发方式 2、电子束加热蒸发方式 3、高频加热蒸发方式 4、激光加热蒸发方式 优点：可用于高熔点膜材，蒸发速率高 3、凝聚、生长过程 表面现象： 被吸附粒子的凝聚、生长过程： 原子表面扩散 ，发生碰撞，形成原子簇团； 原子超过临界值，形成稳定核； 稳定核合并； 晶核长大； 生成连续膜或纳米粒子。 （三）真空蒸发镀工艺 1、一般工艺 镀前准备－抽真空－离子轰击一烘烤一预热一蒸发镀一取件－镀后处理一检测一成品。 2、合金蒸发镀工艺 (蒸汽压不同导致组分偏离) （1）多源同时蒸发法 （2）瞬源同时蒸镀法（闪蒸法） 立式蒸发镀膜机 蒸发镀膜制品 二、 溅射镀 (一）概念 用高能粒子轰击固体表面，通过能量传递使固体的原子或分子逸出表面并沉积在基片或工件表面形成薄膜的方法称为溅射镀膜。 (二）镀膜原理 1.离子束溅射：指真空状态下用离子束轰击靶表面，使溅射出的粒子在基片表面成膜。 2.阴极溅射：利用低压气体的异常辉光放电产生的阳离子，在电极作用下高速冲向阴极（耙材），以致对靶材表面产生非常强烈的溅射作用，并使溅射出的粒子沉积到基片或工件上成膜，是把基片或工件作为阳极。 离子束溅射 阴极溅射镀膜原理示意图 1-高压屏蔽 2-高压线 3-基片 4-钟罩 5-阴极屏蔽 6-阴极 （靶材） 阴极溅射主要过程： （三）膜生成的三大阶段： 1.靶面原子的溅射 2.溅射原子向基片迁移 ★ 粒子的平均自由程，决定了靶面与基板的距离！ 3.成膜粒子向基板入射并沉积成膜 靶面原子的溅射 1.机理 1）高温蒸发 2）弹性碰撞 2.靶材表面原子运动现象 （四）影响溅射量的因素： 1.Q ，气压高，离子数目多，杂质多 2.η 1）靶材元素种类；2）入射离子能量 3.T 4.入射角 （五）溅射镀膜的优缺点 优点： 1）适用性广 2）粒子能量高：对基片有清洗，升温的作用；薄膜附着力大。 3）薄膜成分易控制 4）可实现工业化 缺点： 1）装置复杂 2）受气氛影响 3）需要制备靶材 4）沉积速度低 5）基片温度高 （六）常用阴极溅射方法 根据电极的结构，电极的相对位置以及溅射镀膜的过程可以分为二极溅射、三极（四极）溅射、磁控溅射、对向靶溅射、离子束溅射、吸气溅射等。 按溅射方式的不同，又可分为直流溅射、射频溅射、偏压溅射和反应溅射等。 1、二极溅射镀膜 属于单纯直流溅射法，装置简单，是最早采用的阴极溅射方法。 问题：1）有直射电子冲击基材，使基材温度升高 　　　　　达几百度，因此塑料和不允许热变形的 　　　　　精密零件无法采用。—— 磁控溅射 2）速度慢，不适于制造10μm以上的厚膜。 —— 磁控溅射 3）只能沉积金属膜，而不能沉积介质膜。 　 　　　 —— 射频，磁控溅射 2、射频溅射镀膜 原理：利用高频电磁辐射来维持低气压（2.5×10 －2Pa）的辉光放电。这样在一个周期内正离 　　　子和电子可以交替地轰击靶，从而实现溅射 　　　介质材料（靶子）的目的。 可解决直流阴极溅射方法能沉积介质膜的问题！