无机薄膜材料与制备技术.ppt

广泛用于灯具、玩具及汽车等交通运输工具、家用电气用具、钟表、工艺美术品、“金”线、“银”线、日用小商品等的铝膜、黄铜膜、不锈钢膜和仿金TiN膜与黑色TiC膜。01用于香烟包装的镀铝纸；用于食品、糖果、茶叶、咖啡、药品、化妆品等包装的镀铝涤纶薄膜；用于取代电镀或热涂Sn钢带的真空镀铝钢带等。02（5）装饰膜、包装膜2019化学气相沉积薄膜的形成过程012020真空蒸发薄膜的形成过程022021溅射薄膜的形成过程032022外延薄膜的生长04三、薄膜的形成过程化学气相沉积薄膜的形成过程1化学气相沉积是供给基片的气体，在加热和等离子体等能源作用下在气相和基体表面发生化学反应的过程。Spear在1984年提出一个简单而巧妙的模型，如图1-1所示。图1-1为典型CVD反应步骤的浓度边界模型2图5-12典型CVD反应步骤的浓度边界模型图5-12典型CVD反应步骤的浓度边界模型图5-12典型CVD反应步骤的浓度边界模型01020304真空蒸发薄膜的形成一般分为：凝结过程核形成与生长过程岛形成与结合生长过程2、真空蒸发薄膜的形成过程（一）凝结过程凝结过程是从蒸发源中被蒸发的气相原子、离子或分子入射到基体表面之后，从气相到吸附相，再到凝结相的一个相变过程。（二）薄膜的形成与生长薄膜的形成与生长有三种形式，如图1-2所示：岛状生长模式（b）层状生长模式（c）层岛结合模式由于溅射的靶材粒子到达基体表面时有非常大的能量，所以溅射薄膜的形成过程与真空蒸发制膜的形成过程有很大差别。同时给薄膜带来一系列的影响，除了使膜与基体的附着力增加以外，还会由于高能粒子轰击薄膜表面使其温度上升而改变薄膜的结构，或使内部应力增加等，另外还可提高成核密度。3、溅射薄膜的形成过程溅射薄膜常常呈现柱状结构。这种柱状结构被认为是由原子或分子在基体上具有有限的迁移率所引起的，所以溅射薄膜的形成和生长属于有限迁移率模型。所谓外延，是指在单晶基片上形成单晶结构的薄膜，而且薄膜的晶体结构与取向都和基片的晶体结构和取向有关。外延生长薄膜的形成过程是一种有方向性的生长。同质外延薄膜是层状生长型。但并非所有外延薄膜都是层状生长型，也有岛状生长型。4、外延薄膜的生长四、薄膜的结构特征与缺陷薄膜的结构和缺陷在很大程度上决定着薄膜的性能，因此对薄膜结构与缺陷的研究一直是大家十分关注的问题，本节主要讨论影响薄膜结构与缺陷的因素，以及对性能的影响。01薄膜结构可分为三种类型：03晶体结构02组织结构04表面结构1、薄膜的结构薄膜的组织结构是指它的结晶形态。分为四种类型：01无定形结构02多晶结构03纤维结构04单晶结构05（一）薄膜的组织结构1）无定形结构非晶态是指构成物质的原子在空间的排列是一种长程无序、近程有序的结构。形成无定形薄膜的工艺条件是降低吸附原子的表面扩散速率，可以通过降低基体温度、引入反应气体和掺杂的方法实现。基体温度对薄膜的结构有较大的影响。基体温度高使吸附原子的动能随着增大，跨越表面势垒的概率增加，容易结晶化，并使薄膜缺陷减少，同时薄膜的内应力也会减小，基体温度低则易形成无定形结构的薄膜。01多晶结构薄膜是由若干尺寸大小不同的晶粒随机取向组成的。在薄膜形成过程中生成的小岛就具有晶体的特征。由众多小岛（晶粒）聚集形成的薄膜就是多晶薄膜。02多晶薄膜存在晶粒间界。薄膜材料的晶界面积远大于块状材料，晶界的增多是薄膜材料电阻率比块状材料电阻率大的原因之一。2）多晶结构STEP1STEP2STEP3STEP4纤维结构薄膜是指具有择优取向的薄膜。在非晶态基体上，大多数多晶薄膜都倾向于显示出择优取向。由于（111）面在面心立方结构中具有最低的表面自由能，在非晶态基体（如玻璃）上纤维结构的多晶薄膜显示的择优取向是（111）。吸附原子在基体表面上有较高的扩散速率，晶粒的择优取向可发生在薄膜形成的初期。3）纤维结构单晶薄膜通常是利用外延工艺制造的，外延生长有三个基本条件：吸附原子必须有较高的表面扩散速率，这就应当选择合适的外延生长温度和沉积速率；基体与薄膜的结晶相容性，假设基体的晶格常数为a，薄膜的晶格常数为b，晶格失配数m=(b-a)/a,m值越小，外延生长就越容易实现，但一些实验发现在m相当大时也可实现外延生长；要求基体表面清洁、光滑、化学稳定性好。4）单晶结构在大多数情况下，薄膜中晶粒的晶格结构与其相同材料的块状晶体是相同的。1但薄膜中晶粒的晶格常数,常常和块状晶体不同，产生的原因：一是薄膜与基体晶格常数不匹配；二是薄膜中有较大的内应力和表面张力。2（二）薄膜的晶体结构