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《薄膜材料》

一、什么是薄膜材料？

薄膜材料：一层为几纳米（单层）至几微米的材料，利用特殊的技术手段人为制得的，其一维尺度显著小于另外两维尺度，具有特殊性能与用途的材料。

特点：1.一般并不是单独存在的；2.结合了不同材料不同特性；3.种类繁多；4.需用特殊制备方法和研究方法

二、薄膜材料的分类？

分类：

涂层式薄膜

a.保护图层b.装饰图层

薄膜

a.光电子学b.微电子学c.其他功能

三、薄膜材料的制备工艺？

制备技术：

湿式成膜

a.电镀b.化学镀c.阳极氧化d.涂覆法e.溶胶凝胶法

干式成膜

CVD：热CVD、光CVDb)PVD：真空蒸镀、溅射镀膜

薄膜材料的应用？

五、气体

》气体分子的平均运动速度也只与T/M的平方根成正比；

》温度越高，气体分子的相对原子质量越小，则分子的平均运动速度越大；

》常温下，一般气体分子的运动速度是很高的；

平均自由程：一个气体分子两次碰撞的时间间隔里走过路程的平均距离λ=kT

》常温、常压的条件下，气体分子的平均自由程是极短的

真空：在给定空间内气体压强低于一个大气压的气体状态，压强越低，真空度越高。

作用：1.防止氧化污染；2.减少蒸发源与参与气体碰撞；3.抑制反应；4.绝热保温

1Pa=7.5×10-3Torr

粗真空：105~102

低真空：102~10-1

高真空：10-1~10-5

超高真空：＜10-5

绝对真空：1.33×10-11Pa（目前）

物理吸附：靠分子间作用力来实现吸附沉积。

化学吸附：气体原子与固体表面形成化学镀从而吸附沉积。

真空泵的分类

真空泵：

初级泵：机械泵、吸附泵

次级泵：钛升华泵、复合分子泵、溅射离子泵、低温泵、罗兹泵

并联提高抽速，串联提高极限真空度

真空泵的工作原理

真空规的分类测量范围

1.热偶真空规102—10-1pa

2.皮拉尼(Pirani)真空规105—10-2pa

3.电离真空规10-1—10-10pa

4.薄膜真空规下限10-3

真空规的工作原理

真空系统构建的基本原则

典型的真空系统包括：真空室，真空泵，真空计（真空规）

薄膜制备化学方法：

热氧化法：氧化物、氮化物、碳化物

电镀：化学镀

CVD：热CVD、光CVD、等离子体增强CVD

原理：化学反应为基础，由热效应制成，离子电致分离，引起化学反应从而成膜的方法。

化学气相沉积：利用气态物质通过化学反应在基片成固态薄膜。

反应：

SiH4（g）Si(g)+2H2(g)

Ni(CO)4(g)Ni(s)+4CO(g)

CH4(g)C(S)+2H2(g)

TiI4(g)Ti(s)+2I2(g)

SiCl4+2H2Si(s)+4HCl(g)

SiH4+2N2OSiO2(s)+2H2(g)+2N2(g)

SiH2Cl2+2N2OSiO2(s)+2HCl(g)+2N2(g)

Al3Cl6+2CO2+3H2Al2O3(s)+6HCl(g)+3CO(g)

3SiH4+4NH3Si3N4(s)+12H2(g)

3SiH2Cl2+4NH3Si3N4(s)+6HCl(g)+6H2(g)

BCl3+NH3BN(s)+3HCl(g)

电镀：电流通过导电液中的流动而产生化学反应，最终在阴极上沉积某一物质。

化学镀：不加任何电场，直接通过化学反应而实现薄膜沉积。

前提：

阳极反应沉积：在阳极通过产生化学反应沉积物质。

过程：液相传质、前置转化、电荷传递、电结晶

物理气相沉积

物理气相沉积：把固态/熔融态成膜材料通过某种物理方式，产生气相原子、分子、离子，再经过输运到基片表面沉积，或与其他气体反应形成反应物在基片上沉积为固相薄膜。（对基片和原材料无要求）。

利用某种物理过程，实现物理原子从物质到薄膜的可控转移过程

特点：

①需要使用固态或熔融态物质作为沉积过程的源物质

②源物质经过物理过程进入气相

③需要相对较低的气体压力环境

④在气相中及衬底表面并不发生化学反应，但反应沉积例外。

三个阶段：

1、源材料中发射出粒子，

2、粒子运输到基片，

3、粒子在基片上凝结、成