薄膜材料制备.pdf

薄膜材料的制备  1.薄膜的概念及分类  2.薄膜的形成机理  3.薄膜材料的制备方法简介  4.蒸镀法 1.1 薄膜材料的概念 采用一种方法，是处于某种状态的一种或几种物质（原材 料）的集团以物理或化学的方式附着于衬底材料表面，在衬 底材料表面形成一层新的物质，这层新物质就是薄膜。 简言之，薄膜是由离子、原子或分子的沉积过程形 成的二维材料。 1.2 薄膜材料的分类 1.从物态角度 1）气态 2）液态 3）固态 2.从结晶态角度 1）非晶态：原子排列短程有序，长程无序。 2）晶态 1.2 薄膜材料的分类 3.从化学角度 1）有机薄膜 2）无机薄膜 4.从组成角度 1）金属薄膜 2）非金属薄膜 1.2 薄膜材料的分类 4.从物性角度 1）硬质薄膜 6）超导薄膜 2）声学薄膜 7）介电薄膜 3）热学薄膜 8）磁阻薄膜 4）金属导电薄膜 9）光学薄膜 5）半导体薄膜 1.3 薄膜材料的应用 1.3.1 主要的薄膜产品 光学薄膜、集成电路、太阳能电池、液晶显示膜、光盘、 磁盘、刀具硬化膜、建筑镀膜制品、塑料金属化制品等。 1.3.2 薄膜是现代信息技术的核心要素之一 薄膜材料与器件结合，成为电子、信息、传感器、光学、 太阳能等技术的核心基础。 2.薄膜的形成机理 1.核生长型 特点：到达衬底上的沉积原子首先凝聚成核，后续飞来 的沉积原子不断聚集在和附近，使核在三维方向上不断长大 而最形成薄膜。 这种类型的增长一般在衬底晶格和沉积薄膜不相匹配 （非共格）时出现，大部分的薄膜形成过程属于这种类型。 2. 薄膜的形成机理 2.层生长型 特点：沉积原子在衬底的表面以单原子层的形式均匀地 覆盖一层，然后再在三维方向上生长第二层、第三层…… 一般在衬底原子和沉积原子之间的键能接近于沉积原子 之间键能的情况下（共格）发生这种生长方式的生长。 以这种方式形成的薄膜，一般是单晶膜，并且和衬底有 确定的取向关系。 2.薄膜的形成机理 3.层核生长型 特点：生长机制介于核生长型和层生长型的中间状态。 当衬底原子与沉积原子之间的键能大于沉积原子相互之间的 键能的情况下（准共格）多发生这种生长方式的生长。 在半导体表面形成金属膜时常呈现这种方式生长。 2.薄膜的形成机理 在薄膜的三种生长方式之中，核生长型最为普 遍，在理论上也最成熟。 2.薄膜的形成机理 核生长型薄膜形成过程的四个阶段 1）成核 在此期间形成许多小晶核，按统计规律分布在 基片表面上。 2）晶核长大并形成较大的岛 这些到长具有小晶体的形 状。 2.薄膜的形成机理 3）岛与岛之间聚接形成具有空沟道的网络 4）沟道被填充 在薄膜的生长过程中，当晶核一旦成形 并达到一定尺寸后，另外再撞击的粒子不会形成新的晶核 而是依附在已有的晶核上或已经形成的岛上。分离的晶核或 岛逐渐长大彼此结合便形成薄膜。 2.薄膜形成机理  核形成与生长的物理过程 2.薄膜形成机理  核的形成与生长有四步 （1）从蒸发源蒸发出的气相原子入射到基体表面上，其中有 一部分因能量较大而反射回去，另一部吸附在基体表面上。 在吸附的气相原子中有一小部分因能量稍大而再被蒸发出去。 （2）