薄膜材料与薄膜技术据说能看

薄膜材料与薄膜技术据说能看第一页，共三十六页，编辑于2023年，星期二薄膜制备的真空技术基础1薄膜制备的化学方法2薄膜的生长过程和薄膜结构4课程主要内容薄膜材料的表征方法53薄膜制备的物理方法第二页，共三十六页，编辑于2023年，星期二主要参考书123唐伟忠，薄膜材料制备原理、技术及应用（第2版），冶金工业出版社，2003；田民波，李正操，薄膜技术与薄膜材料，清华大学出版社，2011；蔡珣，石玉龙，周建，现代薄膜材料与技术，华东理工大学出版社，2007；第三页，共三十六页，编辑于2023年，星期二教学形式及考核12分成5个小组，每组4人共同完成一篇课程论文；针对特定内容，每人一次口头报告（10分钟）英文文献阅读：每人针对一种薄膜制备方法查找一篇文献，翻译后讲解；3出勤情况和平时成绩（包括课堂讨论、课程论文）占20％；第四页，共三十六页，编辑于2023年，星期二薄膜的定义12什么是“薄膜”（thinfilm），多“薄”的膜才算薄膜？“涂层”（coating）、“层”（layer）、“箔”（foil）有相同的意义，但有时又有些差别。第五页，共三十六页，编辑于2023年，星期二薄膜材料的分类12化学组成：无机膜、有机膜、复合膜；相组成：固体薄膜、液体薄膜、气体薄膜、胶体薄膜；3晶体形态：单晶膜、多晶膜、微晶膜、纳米晶膜、超晶格膜等。第六页，共三十六页，编辑于2023年，星期二薄膜材料的分类4薄膜的功能及其应用领域：电学薄膜、光学薄膜、硬质膜、耐蚀膜、润滑膜、有机分子薄膜、装饰膜、包装膜①半导体器件与集成电路中使用的导电材料与介质薄膜材料：Al、Cr、Pt、Au、多晶硅、硅化物、SiO2、Si3N4、Al2O3等的薄膜。②超导薄膜：特别是近年来国外普遍重视的高温超导薄膜，例如YBaCuO系稀土元素氧化物超导薄膜以及BiSrCaCuO系和TlBaCuO系非稀土元素氧化物超导薄膜。③薄膜太阳能电池：特别是非晶硅、CuInSe2和CdSe薄膜太阳电池。

电学薄膜第七页，共三十六页，编辑于2023年，星期二薄膜材料的分类光学薄膜①减反射膜

例如照相机、幻灯机、投影仪、电影放映机、望远镜、瞄准镜以及各种光学仪器透镜和棱镜上所镀的单层MgF2薄膜和双层或多层（SiO2、ZrO2、Al2O3、TiO2等）薄膜组成的宽带减反射膜。②反射膜

例如用于民用镜和太阳灶中抛物面太阳能接收器的镀铝膜；用于大型天文仪器和精密光学仪器中的镀膜反射镜；用于各类激光器的高反射率膜（反射率可达99%以上）等等。第八页，共三十六页，编辑于2023年，星期二薄膜材料的分类硬质膜、耐蚀膜、润滑膜①硬质膜

用于工具、模具、量具、刀具表面的TiN、TiC、TiB2、(Ti,

Al)N、Ti(C,

N)等硬质膜，以及金刚石薄膜、C3N4薄膜和c-BN薄膜。②耐蚀膜

用于化工容器表面耐化学腐蚀的非晶镍膜和非晶与微晶不锈钢膜；用于涡轮发动机叶片表面抗热腐蚀的NiCrAlY膜等。③润滑膜

使用于真空、高温、低温、辐射等特殊场合的MoS2、MoS2-Au、MoS2–Ni等固体润滑膜和Au、Ag、Pb等软金属膜。

第九页，共三十六页，编辑于2023年，星期二薄膜材料的分类有机分子薄膜有机分子薄膜也称LB（Langmuir-Blodgett）膜，它是有机物，如羧酸及其盐、脂肪酸烷基族和染料、蛋白质等构成的分子薄膜，其厚度可以是一个分子层的单分子膜，也可以是多分子层叠加的多层分子膜。多层分子膜可以是同一材料组成的，也可以是多种材料的调制分子膜，或称超分子结构薄膜。第十页，共三十六页，编辑于2023年，星期二薄膜材料的分类装饰膜、包装膜①

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。②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。

第十一页，共三十六页，编辑于2023年，星期二薄膜材料的分类本课程的讨论对象是什么？具有结构/功能特性的固态薄膜（thinsolidfilms）！第十二页，共三十六页，编辑于2023年，星期二真空与薄膜材料与技术有何关系？一、真空技术基础薄膜材料制备技术的基础！第十三页，共三十六页，编辑于2023年，星期二典型薄膜制备系统构成一、真空技术基础第十四页，共三十六页，编辑于2023年，星期二真空的基本知识一、真空技术基础相对真空：利用外力将一定密闭空间内的气体分子移走，

使该空间内的气压小于1个大气压现代真空技术的极限：每cm3空间内仅有数百个气体分子

对应气压10-11Pa第十五页，共三十六页，编辑于2023年，星期二真空的基本知识一、真空技术基础1.1.1真空度的单位

主要单位制torr/mmHgPabaratm1torr

(1mmHg)1.333×102

(1.013×105/760)1.333×10-3

(1.013/760)1.316×10-3

(1/760)1Pa7.501×10-3

(760/1.013×105)10-59.869×10-6

(1/1.013×105)1bar7.501×1021059.869×10-11atm760.01.013×1051.013第十六页，共三十六页，编辑于2023年，星期二真空的基本知识一、真空技术基础1.1.2真空区域的划分1）气体分子的自由程（）：每个气体分子在与其它气体分子连续2次碰撞之间运动经历的路程。平均自由程（）：气体分子自由程的统计平均值。

式中：

—分子直径（m）；补充知识：第十七页，共三十六页，编辑于2023年，星期二真空的基本知识一、真空技术基础1.1.2真空区域的划分补充知识：2）Knudsen常数3）真空系统中气体运动特征的理论划分：

粘滞流（层流）

粘滞-分子流

分子流（Knudsen流）Kn<0.010.01

Kn

=0.01~11

Kn>>1第十八页，共三十六页，编辑于2023年，星期二真空的基本知识一、真空技术基础P(Pa)10510210-110-310-610-9(m)6.667×10-86.667×10-56.667×10-26.6676.667×1036.667×106尺度数十nm不到1mcm量级若干米数km几千kmKn<<0.01≥0.01≥1>>1气体分子流动特征粘滞流过渡段分子流气体分子运动特点大气状态热运动剧烈碰撞频繁粘滞流

分子流分子-分子

与分子-器壁

碰撞几率相当器壁碰撞为主粒子直线飞行分子数更少分子间无碰撞器壁碰撞几率也低真空区域

工程划分

粗真空低真空高真空超高真空极高真空1.1.2真空区域的划分第十九页，共三十六页，编辑于2023年，星期二真空的基本知识一、真空技术基础一、基本概念二、为什么需要关注（意义？）三、吸附的主要机制四、可能的影响因素1.1.3气体的吸附及脱附第二十页，共三十六页，编辑于2023年，星期二真空的获得一、真空技术基础“抽真空”利用各种真空泵把容器内的空气抽出，使其内部压强保持在<1atm的特定压强范围！真空泵的分类：第二十一页，共三十六页，编辑于2023年，星期二真空的获得一、真空技术基础气体输运泵旋片式机械泵（RotaryPump）单级：105~1Pa双级：105~10-2Pa罗茨泵（BoosterPump/RootsPump）103~10-1Pa油扩散泵（DiffusionPump）1~10-6Pa涡轮分子泵（TurbomolecularPump）1~10-8Pa。。。气体捕获泵溅射离子泵（IonPump）10-3~10-11Pa钛升华泵（TitaniumSublimationPump）10-3~10-11Pa低温冷凝泵（CyroPump）10-4~10-11Pa吸附泵（SorptionPump）102~10-3Pa。。。真空泵的分类及常用工作压强范围第二十二页，共三十六页，编辑于2023年，星期二真空的获得一、真空技术基础1.2.1旋片式机械泵（RotaryPump）（a）外观（b）内部结构第二十三页，共三十六页，编辑于2023年，星期二真空的获得一、真空技术基础双级机械泵示意图（c）工作原理1、扩张（吸气）2、容积最大3、压缩4、排气第二十四页，共三十六页，编辑于2023年，星期二真空的获得一、真空技术基础1.2.2油扩散泵（DiffusionPump）（a）外观（b）内部结构第二十五页，共三十六页，编辑于2023年，星期二真空的获得一、真空技术基础真空油历经循环：

蒸发喷射碰撞冷凝回流（c）工作原理第二十六页，共三十六页，编辑于2023年，星期二真空的获得一、真空技术基础1.2.3涡轮分子泵（TurbomolecularPump）（a）外观（b）内部结构（c）涡轮叶片第二十七页，共三十六页，编辑于2023年，星期二真空的获得一、真空技术基础1.2.3涡轮分子泵（TurbomolecularPump）（a）牵引分子泵（b）复合分子泵第二十八页，共三十六页，编辑于2023年，星期二真空的获得一、真空技术基础1.2.3涡轮分子泵内部结构主轴静片动片高频旋转马达外壳静片固定圈TURBO部分牵引泵部分下部磁悬浮电机辅助轴承第二十九页，共三十六页，编辑于2023年，星期二真空的获得一、真空技术基础1.2.3涡轮分子泵回转轴RVVrVhVVrVhVMFP动翼静翼第三十页，共三十六页，编辑于2023年，星期二真空的获得一、真空技术基础1.2.4低温吸附泵（Cyropump）（a）外观第三十一页，共三十六页，编辑于2023年，星期二真空的获得一、真空技术基础1.2.4低温吸附泵（Cyropump）（b）内部结构多级深冷头示意图第三十二页，共三十六页，编辑于2023年，星期二真空的测量一、真空技术基础概念：采用特定的仪器装置，对某一特定空间内的真空度（即：气压）进行测定。原理特点按测量原理不同分为绝对真空计U型气压计压缩式气压计薄膜真空计。。。直接测定气压值的大小气压值测量结果与气体成分无关测量准确高真空下难以实现测量相对真空计热偶真空计Pirani真空计电离真空计。。。测量与气压相关的其它物理量，并与绝对真空计测量值比较，

换算得到气压测得的气压值与气体成分相关精度略差易于实现测量真空计（Manometer）或真空规（VacuumGauge）第三十三页，共三十六页，编辑于2023年，星期二真空的测量一、真空技术基础1.3.1电阻真空计电阻真空计的工作原