溶液镀膜法.ppt

溶液镀膜技术——Sol-Gel技术 Sol-gel 技术的缺点 原料价格高； 收缩率高，容易开裂； 存在残余微气孔； 存在残余的羟基、碳等； 有机溶剂有毒。 对膜材的要求 使用的有机极性溶体应有足够宽的溶解度范围，因此一般不使用水溶液； 有少量水参与时应易水解； 水解后形成的薄膜应不溶解，生成的挥发物易从镀件表面去除； 水解所生成的各种氧化物薄膜能在较低温度下进行充分脱水； 薄膜与基板表面有良好的附着力。 溶液镀膜技术——Sol-Gel技术 溶液镀膜技术——Sol-Gel技术 Sol-gel 法制备薄膜实例 Sol-Gel技术制备TiO2薄膜： Sol-Gel技术制备SiO2薄膜： 溶液镀膜技术——Sol-Gel技术 Sol-gel薄膜的应用 溶胶一凝胶薄膜的用途很广, 根据薄膜的应用领域主要可分为四类: 光学领域应用 电磁学领域应用 化学领域应用 机械力学领域应用：如塑料表面的改性 溶液镀膜技术——Sol-Gel技术 溶液镀膜技术——Sol-Gel技术 溶液镀膜技术——Sol-Gel技术 溶液镀膜技术——阳极氧化技术 ★ 阳极氧化技术 金属或合金在适当的电解液中作为阳极，并施加一定的直流电压，由于电化学反应在阳极表面形成氧化物薄膜的方法，称为阳极氧化技术。 阳极氧化薄膜形成过程 金属氧化： 金属溶解： 氧化物溶解： 溶液镀膜技术——阳极氧化技术 上述反应同时存在。在薄膜形成初期，同时存在金属氧化和金属溶解反应。溶解反应产生水合金属离子，生成由氢氧化物或氧化物组成的胶态状沉淀氧化物。 氧化膜镀覆后，金属活化溶解停止，在绝缘性金属氧化物膜中，通过金属离子和电子穿行，在膜的表面继续形成金属氧化膜。 溶液镀膜技术——阳极氧化技术 M为氧化物的分子量；ρ为氧化物密度；F为电化学常数；Z为离子价数；i为电流；d0为初始氧化膜的厚度 为维持由离子移动而保证薄膜的生长，需要一定强度的电场，此电场大约是7×106V/cm。 满足此电场条件时，氧化膜厚度为： 电流恒定，氧化物薄膜的厚度增长速率 G为氧化物物质的量；D为氧化物的浓度；F为法拉第常数；j为电流密度。 溶液镀膜技术——阳极氧化技术 阳极氧化时，电流密度与电场强度满足： 阳极氧化薄膜特点 采用阳极氧化法生成的氧化膜的结构、性质、色调随电解液的种类、电解条件的不同而变化。 A、B为常数，数值随金属种类及不同的阳极氧化或形成条件而变化。 所形成的氧化物薄膜的最大厚度受所加电压的限制。 溶液镀膜技术——阳极氧化技术 用阳极氧化法得到的氧化物薄膜大多是无定形结构。由于多孔性使得表面积特别大，所以显示明显的活性，既可吸附染料也可吸附气体。 化学性质稳定的超硬薄膜耐磨损性强，用封孔处理法可将孔隙塞住，使薄膜具有更好耐蚀性和绝缘性。 利用着色法可以使膜具有装饰效果。 阳极氧化薄膜特点 采用阳极氧化法生成的氧化膜的结构、性质、色调随电解液的种类、电解条件的不同而变化。 阳极氧化技术在微电子领域中的应用 在电子学领域，Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料受到广泛重视。这是因为它具有硅材料不具备的性能，并可制取特殊功能器件。使器件表面钝化薄膜、氧化膜、绝缘膜等。 溶液镀膜技术——阳极氧化技术 溶液镀膜技术——电镀法 ★ 电镀法 电镀是指在含有被镀金属离子的水溶液中通入直流电流，使正离子在阴极表面沉积，得到金属薄膜的工艺过程。 电镀系统的构成 电解池的正极，即阳极，一般情况下由钛构成的，钛的上面有一层铂，以达到更好的导电效果。准备电镀的部件（基片）为负极。 这里，关键的因素是电解质及电解液，它的组成会影响相关的化学反应和电镀效果。 常见的电解质均为各种盐或络合物的水溶液。 溶液镀膜技术——电镀法 电镀过程的基本原理 两个电极浸入电解液中，并连接外部直流电源； 如果金属A与电解液的组合适当，金属A将溶解，形成金属离子A+； 在直流电流的驱动下，金属离子A+迁移到B； 在基片B，金属离子得到电子被还原。 A B 溶液镀膜技术——电镀法 Faraday 定律（镀层厚度与时间和电流的关系） m/A代表单位面积上沉积物的质量；j为电流密度；t为沉积时间；M为沉积物的分子量；n为价数；F为法拉第常数；α为电流效率。 最常使用电镀法制备的金属只有十四种，即Al、As、Au、Cd、Co、Cu、Cr、Fe、Ni、Pb、Pt、Rh、Sn、Zn。 溶液镀膜技术——电镀法 电镀过程的特点 膜层缺陷：孔隙、裂纹、杂质污染、凹坑等； 上述缺陷可以由电镀工艺条件控制； 限制电镀应用的最重要因素之一是拐角处镀层的形成；