薄膜与涂层材料ppt课件.ppt

薄膜及涂层材料,黄 剑 锋,版权所有：陕西科技大学材料学院黄剑锋,本课程的内容：1.薄膜与涂层材料的应用2.薄膜与涂层材料的制备方法3.薄膜与涂层材料的表征和研究方法,学习方式：讲授自学部分内容,1、薄膜及涂层以及普通块体材料的概念,2、薄膜及涂层材料的制作方法,2.1化学方法,2.1.1凝胶溶胶法(Sol-Gel),见单独的幻灯片,薄膜及涂层的应用,2.1.1.1 金属可溶性盐法 硝酸盐，氯化物等,2.1.1.2 胶体方法,2.1.1.2 金属醇盐法,金属可溶性盐,金属醇盐,凝胶,醇、盐酸,水解,2.1.2 化学气相沉积法(CVD),2.1.2.1 热分解反应法,2.1.2.2 化学合成反应法,SiCl4 +2H2,Si + 4HCl,1150-1200,2.1.2.3 化学输运反应法,Ge + I2,GeI2,T2,GeI2,Ge + I2,T1,2.2 物理方法,2.2.1 溅射法（sputtering）,2.2.1 直流溅射法（DC sputtering）,2.2.1 交流溅射法（RF sputtering）,2.2.2 真空蒸镀法,加热方法：1、电子束加热2、电阻丝加热3、高频感应加 热法,2.2.3 离子镀法,在真空蒸镀的基础上，再加上等离子体的活化作用，在惰性气体的辉光放电中将膜材的蒸汽进行离子化，再对基板进行轰击和镀膜的方法。,1、反应离子镀2、高频反应离子镀3、活性反应蒸镀4、低压等离子镀5、反应性空心阴极离子镀,3、薄膜的形成机理,3.1 薄膜的成核理论,3.1.1 薄膜成核的唯象理论,3.1.2 薄膜成核的原子理论,研究原子团成为晶核的条件和成核速度，要考虑原子团的表面能以及原子团和基板的接触角等问题。,认为最初形成的不是原子团，而是以单个的原子存在，则只需考虑原子之间和原子与基板之间的相互作用能。,3.2 薄膜的核长大理论,单层生长：能显著降低自由能,4、基板的处理以及不同基板对薄膜析晶的影响,4.1 基板的材料,4.2 基板的处理方法,单晶硅、耐热玻璃、普通碱石灰玻璃、蓝宝石、金属、陶瓷、塑料等,4.2.1 化学清洗法,4.2.2 超声波清洗法,4.2.3 离子轰击和真空烘烤法,4.2.4 干燥法,有机溶剂清洗油脂,用惰性气体离子溅射,酒精洗涤，再用氮气烘干,4.3 不同基板对薄膜析晶的影响,5、薄膜的评价方法,5.1 薄膜厚度的测量,5.1.1 干涉法,Tg=(/2)/a=h/b,h=(b/a)* (/2),5.1.2 触针法,5.1.3 微量天平测量法,H=M/(S*),5.2 薄膜电阻的测量（电学性能）,5.3 薄膜透过率和反射率的测量（光学性能）,电阻R=(/ln2)*(V/I),电阻率=(/ln2)*(V/I)*h,5.4 薄膜附着力的测量,5.4.1 划痕法,P=W/(d2),P-基板给探针的阻力 W-荷重 d-划痕宽度,5.4.2 引拉法,5.4.3 剥离法,采用胶带纸，只是半定量的分析。,5.5 薄膜结晶分析,5.6 薄膜化学成分的精确测量,5.7 薄膜显微结构的观测及分析,6、一般工艺制度对薄膜性能的影响规律,6.1 镀膜时间和次数,6.2 镀膜温度,6.3 镀膜方法,6.4 真空度,6.5 基板,7、涂层薄膜的制备和研究,7.1 制作原理与方法,三个条件,（1）到达晶体表面的原料分子或原子排列整齐，且一原子层一原子层的堆积。（2）能以原子层尺寸控制堆积速度。（3）堆积物质与基板物质之间没有扩散混合。,方法： 1)分子束外延法(molecular beam epitaxy:MBE) 2)有机金属的气相生长(organo-metal vapor-phaseepitaxy: OM-VPE) 3）溅射法（sputtering),7. 研究方法,