薄膜材料与技术
薄膜材料的特点及其制备技术
薄膜材料的特点及其制备技术薄膜材料的特点及其制备技术厚度小于1微米的膜材料，称为薄膜材料。
下面是店铺给大家整理的薄膜材料的特点及其制备技术，希望能帮到大家!薄膜材料的特点与制备技术工业上有两大类塑料薄膜(厚度在0.005mm～0.250mm)生产方法——压延法和挤出法，其中挤出法中又分为挤出吹塑、挤出拉伸和挤出流延。
目前最广泛使用的生产工艺有挤出吹塑、挤出拉伸和挤出流延，尤其是聚烯烃薄膜，而压延法主要用于一些聚氯乙烯薄膜的生产。
在挤出吹塑、挤出拉伸和挤出流延中，由于挤出吹塑设备的整体制造技术的不断提高以及相对于拉伸和流延设备而言低得多的，本应用在不断增多。
不过在生产高质量的各种双向拉伸薄膜中仍然广泛使用挤出拉伸设备。
随着食品、蔬菜、水果等对塑料薄膜包装的要求越来越高以及农地膜、棚膜的高性能要求和工业薄膜的应用不断增加、计算机和自动化技术的应用，塑料薄膜设备生产商一直在不断创新，提高薄膜的生产质量。
薄膜材料的简介当固体或液体的一维线性尺度远远小于其他二维时，我们将这样的固体或液体称为膜。
通常，膜可分为两类，一类是厚度大于1微米的膜，称为厚膜;另一类则是厚度小于1微米的膜，称为薄膜。
半导体功能器件和光学镀膜是薄膜技术的主要应用。
一个很为人们熟知的表面技术的应用是家用的镜子：为了形成反射表面在镜子的背面常常镀上一层金属，镀银操作广泛应用于镜子的制作，而低于一个纳米的极薄的镀层常常用来制作双面镜。
当光学用薄膜材料(例如减反射膜消反射膜等)由数个不同厚度不同反射率的薄层复合而成时，他们的光学性能可以得到加强。
相似结构的由不同金属薄层组成的周期性排列的薄膜会形成所谓的超晶格结构。
在超晶格结构中，电子的运动被限制在二维空间中而不能在三维空间中运动于是产生了量子阱效应。
薄膜技术有很广泛的应用。
长久以来的研究已经将铁磁薄膜用于计算机存储设备，医药品，制造薄膜电池，染料敏化太阳能电池等。
陶瓷薄膜也有很广泛的应用。
由于陶瓷材料相对的高硬度使这类薄膜可以用于保护衬底免受腐蚀氧化以及磨损的危害。
薄膜材料与薄膜技术复习
薄膜材料与薄膜技术第一章1.真空度划分：粗真空：105-102Pa 接近大气状态热运动为主低真空：102-10-1Pa高真空：10-1-10-6Pa超高真空：<10-6Pa2.吸附与脱附物理吸附与化学吸附气体吸附：固体表面捕获气体分子的现象物理吸附：没有选择性、主要靠分子之间的吸引力、容易发生脱附、一般只在低温下发生化学吸附：在较高温度下发生、不容易脱附,只有气体和固体表面原子接触生成化合物才能产生吸附作用;气体脱附：是吸附的逆过程;3.旋片式机械真空泵用油来保持各运动部件之间的密封,并靠机械的办法,使该密封空间的容积周期性地增大,即抽气；缩小,即排气,从而达到连续抽气和排气的目的;4.分子泵牵引泵：结构简单、转速小、压缩比大效率低涡轮式分子泵：抽气能力高、压缩比小效率高5.低温泵深冷板装在第二级冷头上,温度为10-20k,板正面光滑的金属表面可以去除氮、氧等气体,反面的活性炭可以吸附氢、氦、氖等气体;通过两极冷头的作用,可以达到去除各种气体的目的,从而获得超高真空状态;6.真空的测量电阻真空计：压强越低,电阻越高 p↓→R↑测量范围105---10-2Pa热偶真空计：压强越低,电动势越高p↓→↑测量范围Pa电离真空计：三种BA型、热阴极、冷阴极A：灯丝发射极F：栅极加速极 G：收集极第二章1.薄膜制备的化学方法以发生一定化学反应为前提,由热效应引起或由离子的电致分离引起;热激活、离子激活2.热氧化生长在充气条件下,通过加热基片的方式可以获得大量的氧化物、氮化物和碳化物薄膜;3.化学气相沉积优缺点：优点记住四条：①成核密度高,均匀平滑的薄膜;②绕射性好,对于形状复杂的表面或工件的深孔、细孔等都能均匀覆膜;③不需要昂贵的真空设备;④残余应力小,附着力好,且膜致密,结晶良好;⑤可在大尺寸基片或多基片上进行;可一制备金属和非金属薄膜,成膜速率快,面积大;缺点：①反应温度太高,而许多基材难以承受这样的高温②反应气体可能与设备发生化学反应;三个过程：反应物输运、化学反应、去除附产物分类：常压式、低压式NPCVD、LPCVD 热壁>500℃、冷壁LTCVD发生的典型化学反应记住四条：分解反应、还原反应、氧化反应、氮化反应、碳化反应按照不同激活方式分类：①激光化学气相沉积LCVD定义：利用激光源产生出来的激光束实现化学气相沉积的一种方法激光加热非常局域化②光化学气相沉积PCVD定义：高能光子有选择性地激发表面吸附分子或气体分子而导致键断裂、产生自由化学粒子形成膜或在相邻的基片上形成化学物③等离子体增强化学气相沉积PECVD定义：在等离子体中电子平均能量足以使大多数气体电离或分解优点：比传统的化学气相沉积低得多的温度下获得单质或化合物薄膜材料缺点：由于等离子体轰击,使沉积膜表面产生缺陷,反应复杂,也使薄膜的质量有所下降;应用：用于沉积各种材料,包括SiO2、Si3N4,非晶Si：H、多晶Si、SiC等介电和半导体膜;分类：射频R-PECED、高压电源PECVD、微波m-PECVD、回旋电子加速微波mECR-PECVD辨析PCVD 、LCVD 、PECVD4.电镀定义：电流通过导电液中的流动而产生化学反应最终在阴极上电解沉积某一物质的过程;5.化学镀定义：不加任何电场、直接通过化学反应而实现薄膜沉积的方法6.阳极沉积反应定义：不需采用外部电流源,在待镀金属盐类的溶液中,靠化学置换的方法在基体上沉积出该金属的方法;依赖阳极反应7.辨析电镀、化学镀、阳极沉积反应：①化学镀、阳极沉积反应不可单独作为镀膜技术,一般作为前驱镀处理衬底或后续镀做保护层;电镀可单独作为镀膜技术;②阳极沉积反应与化学镀的区别在于无需在溶液中加入化学还原剂,因为基体本身就是还原剂;化学镀需添加还原剂;两者都不需要外加电场;技术定义：利用分子活性气体在气液界面上凝结成膜,将该膜逐次叠积在基片上形成分子层;应用：应用这一技术可以生长有序单原子层、高度有序多原子层,其介电强度较高; 过程：第三章与CVD相比优缺点：优点：化学气相沉积对于反应物和生成物的选择,且基片需要处在较高温度下,薄膜制备有一定的局限性;物理气相沉积对沉积材料和基片没有限制;缺点：速率慢、对真空度要求高三个过程：从源材料发射粒子、粒子输运到基片、粒子在基片上凝结、成核、长大、成膜;3.真空蒸发定义：将待成膜的物质置于真空中进行蒸发或升华,使之在工件或基片表面析出的过程;优点相对于其他物理制备：简单便利、操作容易、成膜速度快、效率高、广泛使用;缺点：薄膜与基片结合较差、工艺重复性不好;六种技术：①电阻加热法定义：将支撑加热材料做成适当形状,装上蒸镀材料,让电流通过蒸发源加热蒸镀材料,使其蒸发;②闪烁蒸发定义：把合金做成粉末或微细颗粒,在高温加热器或坩锅蒸发源中,使一个一个的颗粒瞬间完全蒸发;③激光蒸发定义：激光作为热源使蒸镀材料蒸发;④电子束蒸发定义：把被加热的物质放置在水冷坩锅中,利用电子束轰击其中很小一部分,使其熔化蒸发,而其余部分在坩锅的冷却作用下处于很低的温度;⑤电弧蒸发定义：属于物理气相沉积,有等离子体产生;⑥射频蒸发f>定义：通过射频线圈的适当安置,可以使待镀材料蒸发;优缺点：蒸发速度快,成本高,设备复杂;辨析电阻蒸发、电子束蒸发：①电子束蒸发可以直接对蒸发材料加热；可避免材料与容器的反应避免污染和容器材料的蒸发；可蒸发高熔点材料;电阻蒸发难加到高温度,需要蒸发源材料低熔点和高蒸气压；加热时容器如坩埚易产生污染;②电子束蒸发需要靶材导电,装置复杂,只适合于蒸发单质元素；残余气体分子和蒸发材料的蒸气会部分被电子束电离;电阻蒸发装置相对简单;4.溅射定义：溅射是指荷能粒子如正离子轰击靶材,使靶材表面原子或原子团逸出的现象;逸出的原子在工件表面形成与靶材表面成分相同的薄膜;溅射与蒸发的异同点同：在真空中进行异：蒸发制膜是将材料加热汽化溅射制膜是用离子轰击靶材,将其原子打出;优点和缺点参数控制较蒸发困难但不存在分馏,不需加热至高温等直流辉光放电伏安特性曲线：A-B:电流小,主要是游离状态的电子,离子导电；电子－原子碰撞为弹性碰撞；B-C: 增加电压,粒子能量增加,达到电离所需能量；碰撞产生更多的带电粒子；电源的输出阻抗限制电压类似稳压源;C-D: 起辉雪崩；离子轰击产生二次电子,电流迅速增大,极板间压降突然减小极板间电阻减小从而使分压下降；D-E: 电流与极板形状、面积、气体种类相关,与电压无关；随电流增大,离子轰击区域增大；极板间电压几乎不变；可在较低电压下维持放电；E-F: 异常辉光放电区；电流随电压增大而增大；电压与电流、气体压强相关可控制区域,溅射区域；F-G: 弧光放电过渡区；击穿或短路放电；比较DE、EF区正常辉光放电和异常辉光放电①辉光放电：真空度为10-1~10-2 Torr,两电极间加高压,产生辉光放电;电流电压之间不是线性关系,不服从欧姆定律;②DE段：电流增大电压不变;EF段：电压增大电流增大③DE段不可控,EF段可控辉光放电时明暗场分布：阿斯顿暗区：慢电子区域；阴极辉光：激发态气体发光；克鲁克斯暗区：气体原子电离区,电子离子浓度高；负辉光：电离；电子－离子复合；正离子浓度高阴极位降区基片所在位置;法拉第暗区：慢电子区域,压降低,电子不易加速；溅射六种装置：①辉光放电直流溅射②三级溅射③射频溅射：射频溅射是利用射频放电等离子体中的正离子轰击靶材、溅射出靶材原子从而沉积在接地的基板表面的技术;④磁控溅射⑤离子束溅射⑥交流溅射速度：射频>磁控>交流>三级>直流>离子束还有几种：对靶溅射反应溅射热溅射校准溅射磁控溅射：磁力线延伸到衬底,对衬底进行适当溅射,通过在靶表面引入磁场,利用磁场对带电粒子的约束来提高密度以增加率;优点：可在较低工作压强下得到较高的沉积率,可在较低基片温度下获得高质量薄膜;缺点：①靶材利用率低,表面不均匀溅射、非均匀腐蚀及内应力②不适用于强磁体磁控热反应溅射：加热衬底;到达衬底前靶材粒子与反应气体发生化学反应形成化合物;先解释溅射,再解释磁控溅射,再解释热反应溅射非平衡磁控溅射：①靶材非平衡使用②磁线外延到靶材时,少量外延到衬底,可以对衬底进行预清洗;靶材中毒：判断依据：溅射速率急速下降枪内真空度下降原因：化学反应没有发生在衬底上,发生在靶材上,使靶材钝化,产额下降;辨析直流、交流、三极溅射直流溅射：施加直流电压,使真空室内中性气体辉光放电,正离子打击靶材,使靶材表面中性原子溢出;交流溅射：施加交流电压;三极溅射：采用直流电源,将一个独立的电子源热阴极中的电子注入到放电系统中,而不是从靶阴极获得电子;5.离子镀定义：真空条件下,利用气体放电使气体或被蒸发物部分离化,产生离子轰击效应,最终将蒸发物或反应物沉积在基片上;优点：结合蒸发与溅射两种薄膜沉积技术;膜与基片结合好,离子镀的粒子绕射性,沉积率高,对环境无污染;6.离子束沉积IBD在离子束溅射沉积过程中,高能离子束直接打向靶材,将后者溅射并沉积到相邻的基片上;离子助沉积IAD7.外延生长①分子束外延MBE定义：在超高真空条件下精确控制原材料的中性分子束强度,并使其在加热的基片上进行外延生长的一种技术;优点：超高真空、可以实现低温过程、原位监控、严格控制薄膜成分及掺杂浓度②液相外延生长LPE定义：从液相中生长膜,溶有待镀材料的溶剂是液相外延生长所必需的;③热壁外延生长HWE定义：一种真空沉积技术,在这一技术中外延膜几乎在接近热平衡条件下生长,通过加热源材料与基片材料间的容器壁实现的;④有机金属化学气相沉积MOCVD定义：采用加热方式将化合物分解而进行外延生长半导体化合物的方法;原料含有化合物半导体组分;特点：可对多种化合物半导体进行外延生长;优点相对于其他几种外延生长：①反应装置较为简单,生长温度较宽②可对化合物的组分进行精确控制,膜的均匀性和膜的电化学性质重复性好③原料气体不会对生长膜产生刻蚀作用;④只通过改变原材料即可以生长出各种成分的化合物缺点：所用的有机金属原料一般具有自燃性;原料气体具有剧毒;比较MBE、LPE、MOCVD温度/生长速率/膜纯度：液相外延生长LPE>有机金属化学气相沉积MOPVD>分子束外延MBE辨析溅射、蒸发、离子镀第四章1.薄膜形成：凝结过程、核形成与生长过程、岛形成与结合生长过程2.凝聚过程前提是形成原子对吸附原子结合成原子对及其以后的过程;必要条件是吸附原子在基体表面的扩散运动;吸附-扩散-凝结吸附过程：入射到基体表面的气象原子被固体表面的悬挂键吸引住的现象称为吸附①物理吸附：范德华力低温吸附高温解析②化学吸附：化学键选择性高温吸附3.辨析成核理论---毛细理论热力学界面能理论和原子理论：①相同之处：所依据的基本概念相同,所得到的成核速率公式形式也基本相同;②不同之处：两个使用的能量不同,所用模型不同;热力学界面能理论适合描述大尺寸临界核;因此,对于凝聚自由能较小的材料或者过饱和度较小情况下进行沉积的情况比较适合;原子理论适合小尺寸临界核;对于小尺寸临界核,这时必须过饱和度很高才能发生凝聚成核;③由于这两种理论所用模型的本质差别,热力学界面能理论所给出的有关公式预示,随着过饱和度的变化,临界核尺寸和成核速率连续变化；相反,原子理论则预示着它们不作连续变化;4.临界核形成：方程推导当原子或分子从气相中沉积到衬底的表面凝聚,成球状核或冠状核时总自由能和临界核尺寸的数学表达式分析温度、过饱和度、沉积速率对r 和ΔG 的影响;答：球状凝聚核总自由能数学表达式： 3243()4?v CV G r r G r ππσ∆=-∆+ 临界核尺寸数学表达式：22*ln(/)cvcvve VG kT P P r σσ∆==冠状凝聚核总自由能表达式：23103()4?)?)v G r r r G πφθσ∆=+∆临界核尺寸表达式：02*v G r σ∆=-;凝聚核总自由能由两部分构成,即体自由能与界面自由能,体自由能随着核心尺寸的增加而减小,界面自由能随着核心尺寸的增大而增大,所以总自由能随着核心尺寸的增加先增大后减小,存在一个临界核心尺寸和形核势垒温度影响：温度T ↑,过冷度T ∆↓,临界核半径*r 和形核势垒*G ∆都将↑,则新相核心形成困难;过饱和度影响：过饱和度S ↑,临界核半径*r 和形核势垒*G ∆都↓,所需克服的形核势垒也较低,新相核心较易形成;沉积速度影响：沉积速率R ↑时,临界核半径*r 和形核势垒*G ∆都↓,新相核心较易形成;5.根据毛细理论,简述形核率 dN/dt 的主要影响因素,并解释说明吸附气体原子的脱附激活能、扩散激活能和临界形核势垒对其影响规律和内在机制;答：形核率 dN/dt 的主要影响因素：温度,过饱和度和沉积速度;规律：吸附气体原子的脱附激活能越高,扩散激活能越低,形核率越大,临界形核势垒越低,形核率越大;内在机制：高的脱附激活能和低的扩散激活能都有利于气相原子在基体表面停留和运动,因而会提高形核率;临界形核势垒越低,新相核心越容易形成,形核率也就越大;6.根据毛细理论,简要说明为什么高温低速沉积往往获得粗大或单晶结构薄膜,而低温高速沉积则有利于获得细小多晶、微晶乃至非晶薄膜答：根据毛细理论知,在高温低速沉积速度条件下,临界核半径和形核势垒都较大,新相核心较大且不易形成,形核率低,形成薄膜组织往往粗大或者单晶薄膜；在低温高速沉积条件下,临界核半径和形核势垒都较小,新相核心较小且容易形成,形核率高,形成薄膜组织细密连续,则有利于获得细小多晶、微晶乃至非晶薄膜;7.在稳定核形成以后,岛状薄膜的形成过程一般分为几个阶段各阶段的主要现象如何答：稳定核形成之后,岛状薄膜的形成过程分为四个阶段,小岛阶段,结合阶段,沟道阶段,连续膜;小岛阶段：出现大小一致的核2-3nm,核进一步长大变成小岛,形状将又冠球形变成圆形最后变成多面体小岛;结合阶段：两个小岛将相互结合,结合后增大了高度,减小了在基片的所占的总表面积;结合时类液体特性导致新出现的基片面积上将会发生二次形核,结合后的复合岛若有足够时间,可形成晶体结构;沟道阶段：当岛的分布达到临界状态时便相互聚结成网状结构,种结构中不规则分布着宽度为50~200A 的沟渠,随着沉积继续,沟渠很快消失,薄膜变成小孔洞的连续状结构,在小孔洞处将发生二次成核或三次成核,整个薄膜连成一片;连续薄膜：随着沉积继续进行,在沟渠和孔洞消除,再入射到基体表面的气相原子便直接吸附在薄膜上,通过联并作用而形成不同结构的薄膜;8.利用烧结过程解释核心吞并机制及其驱动力;答：机制：当两个岛相互接触时,在接触点形成半径为R的瓶颈,将产生一驱动力2б/R,使岛的沉积原子通过体扩散和表面扩散迁移到瓶颈中,且表面扩散通量大于体扩散通量;驱动力由曲率半径R决定,为2б/R;9.简述薄膜的主要生长模式,及每类生长模式各自出现的条件及特点;答：岛状生长型,层生长型,层岛生长型;岛状生长型：特点：到达衬底上的沉积原子首先凝聚成核,后续飞来的沉积原子不断聚集在核附近,使核在三维方向上不断长大而最终形成薄膜;条件：在衬底晶格和沉积膜晶格不相匹配非共格时或当核与吸附原子间的结合能大于吸附原子与基体的吸附能时,大部分薄膜形成过程属于这种类型;层状生长型：特点：沉积原子在衬底的表面以单原子层的形式均匀地覆盖一层,然后再在三维方向上生长第二层、第三层······条件：一般在衬底原子与沉积原子之间的键能大于沉积原子相互之间键能的情况下共格发生这种生长方式的生长;层岛生长型：特点：生长机制介于岛生长型和层生长型的中间状态;条件：当衬底原子与沉积原子之间的键能大于沉积原子相互之间键能、随后出现干扰层状生长结合能特性单调减少因数的情况下准共格多发生这种生长方式的生长;第五章1.组分表征2.结构表征3.原子化学键合表征能量损失谱EELS：主峰---元素种类主峰化学位移---配位结构精细结构---键合情况扩展X射线吸收精细结构EXAFS：吸收线---元素种类精细结构---键合情况辨析红外吸收光谱与拉曼光谱①红外吸收光谱：构成薄膜样品分子振动的频率一般从红外延展到远红外,用红外线照射薄膜样品时,与样品分子振动频率相同的红外线就会被分子共振吸收;每个分子都有确定的振动频率,因此可用红外光谱标识薄膜中所含分子并确立分子间的键合特征;拉曼光谱：可见光或紫外线照射在样品上时,出来的散射光频率会有稍许改变,这种改变乃是由分子振动引起的;因此可用拉曼光谱测定这种频率的改变,从而分析和鉴别薄膜样品中的化学组成和化学键合;②都是测定薄膜样品中分子振动的;③对于具有对称中心的分子振动,红外不敏感,拉曼敏感；对于反对称中心的分子振动,则红外敏感拉曼不敏感;对于对称性高的分子,拉曼敏感;辨析红外吸收光谱与傅里叶变换红外光谱FTIR①二者原理一致②传统的红外吸收光谱依赖于红外光束通过格栅色散到单色元件中进行扫描; FTIR依赖于相干干涉仪。
薄膜材料及其制备技术
薄膜材料及其制备技术薄膜材料是指厚度在纳米级别到微米级别的材料，具有特殊的物理、化学和力学性质。
薄膜材料广泛应用于电子、光电、光学、化学、生物医学等领域。
下面将介绍薄膜材料的分类以及常用的制备技术。
薄膜材料的分类：1.无机薄膜材料：如氧化物薄膜、金属薄膜、半导体薄膜等。
2.有机薄膜材料：如聚合物薄膜、膜面活性剂薄膜等。
3.复合薄膜材料：由两种或以上的材料组成的。
如聚合物和无机材料复合薄膜、金属和无机材料复合薄膜等。
薄膜材料的制备技术：1.物理气相沉积技术：包括物理气相沉积（PVD）和物理气相淀积（PVD）两种方法。
PVD主要包括物理气相沉积和磁控溅射，通过将固态金属或合金加热，使其升华或蒸发，然后在基底表面形成薄膜。
PVD常用于制备金属薄膜、金属氧化物薄膜等。
2.化学气相沉积技术：包括化学气相沉积（CVD）和原子层沉积（ALD）两种方法。
CVD通过化学反应在基底表面形成薄膜。
ALD则是通过一系列的单原子层回旋沉积来生长薄膜。
这些方法可以制备无机薄膜、有机薄膜和复合薄膜。
3.溶液法制备技术：包括溶胶-凝胶法、旋涂法、浸渍法等。
溶胶-凝胶法通过溶胶和凝胶阶段的转化制备薄膜。
旋涂法将溶液倒在旋转基底上，通过离心力将溶液均匀分布并形成薄膜。
浸渍法将基底浸泡在溶液中，溶液中的材料通过表面张力进入基底并形成薄膜。
这些方法主要用于制备有机薄膜和复合薄膜。
4.物理沉积法和化学反应法相结合的制备技术：如离子束沉积法、激光沉积法等。
这些方法通过物理沉积或化学反应在基底表面形成薄膜，具有较高的沉积速率和较好的薄膜质量。
综上所述，薄膜材料及其制备技术涉及多个领域，各种薄膜材料的制备方法各有特点，可以选择合适的技术来制备特定性质的薄膜材料。
随着对薄膜材料的深入研究和制备技术的不断进步，薄膜材料在各个应用领域的潜力将会得到更大的发掘。
薄膜材料制备原理、技术及应用
薄膜材料制备原理、技术及应用薄膜材料是在基材上形成的一层薄膜状的材料，通常厚度在几纳米到几十微米之间。
它具有重量轻、柔韧性好、透明度高等特点，广泛应用于电子、光学、能源、医疗等领域。
薄膜材料制备的原理主要涉及物理蒸发、溅射、化学气相沉积等方法。
其中，物理蒸发是指将所需材料制成块状或颗粒状，利用高温或电子束加热，使材料从固态直接转变为蒸汽态，并在基材上沉积形成薄膜。
溅射是将材料制成靶材，用惰性气体或者稀释气体作为工作气体，在高电压的作用下进行放电，将靶材表面的原子或分子溅射到基材上形成薄膜。
化学气相沉积是指在一定条件下，将气态前体分子引入反应室，通过化学反应沉积到基材上，形成薄膜。
薄膜材料制备技术不仅包括上述原理所述的基本制备方法，还涉及到不同材料、薄膜厚度、表面质量等方面的特定要求。
例如，为了提高薄膜的品质和厚度均匀性，可采用多台蒸发源同时蒸发的方法，或者通过旋涂、喷涂等方法使得所需薄膜材料均匀地覆盖在基材上。
此外，为了实现特定功能，还可以通过控制制备条件、改变材料组成等手段来改变薄膜的特性。
薄膜材料具有多种应用领域。
在电子领域，薄膜材料可以用于制作集成电路的介质层、金属电极与基板之间的隔离层等。
在光学领域，薄膜材料可以用于制作光学滤波器、反射镜、透明导电膜等。
在能源领域，薄膜材料在太阳能电池、锂离子电池等器件中扮演重要角色。
在医疗领域，薄膜材料可以用于制作人工器官、医用伽马射线屏蔽材料等。
此外，薄膜材料还应用于防腐蚀涂料、食品包装、气体分离等领域。
虽然薄膜材料制备技术已经相对成熟，但是其制备过程中仍然存在一些挑战。
例如，薄膜厚度均匀性、结晶性能、粘附性能等方面的要求十分严格，制备过程中需要控制温度、压力、物质流动等多个参数的影响，以确保薄膜的质量。
此外，部分薄膜材料的制备成本相对较高，制约了其在大规模应用中的推广。
总的来说，薄膜材料制备原理、技术及其应用具有重要的实际意义。
通过不断改进制备技术，提高薄膜材料的制备效率和质量，将有助于推动薄膜材料在各个领域的更广泛应用。
薄膜材料与薄膜技术
薄膜材料与薄膜技术薄膜材料是一种在工业和科学领域中广泛应用的材料，其厚度通常在纳米至微米级别。
薄膜技术则是制备、处理和应用薄膜材料的技术，涉及物理、化学、材料科学等多个领域。
薄膜材料的研究和应用已经深入到电子、光学、能源、生物医学等各个领域，成为现代科技发展的重要组成部分。
一、薄膜材料的分类根据材料的性质和制备方法，薄膜材料可以分为多种类型。
常见的薄膜材料包括金属薄膜、半导体薄膜、聚合物薄膜等。
金属薄膜通常具有良好的导电性和热导性，常用于电子器件的制备；半导体薄膜则是制备光电器件的重要材料；而聚合物薄膜则具有良好的柔韧性和可塑性，被广泛应用于包装材料、传感器等领域。
二、薄膜技术的发展随着科学技术的不断进步，薄膜技术也在不断发展。
目前，常见的薄膜制备技术包括物理气相沉积、化学气相沉积、溅射、溶液法等。
这些技术各有特点，可以制备不同性质的薄膜材料，满足不同领域的需求。
同时，随着纳米技术的发展，越来越多的纳米薄膜材料被制备出来，开拓了新的应用领域。
三、薄膜材料的应用薄膜材料在电子、光学、能源、生物医学等领域都有着重要的应用。
在电子领域，薄膜材料被广泛应用于集成电路、平板显示器、太阳能电池等器件中，发挥着重要作用；在光学领域，薄膜材料被用于制备光学薄膜、反射镜等光学器件；在能源领域，薄膜太阳能电池、燃料电池等也在逐渐成为发展的热点；在生物医学领域，生物传感器、药物传递系统等也离不开薄膜材料的支持。
四、薄膜技术的未来发展随着科技的不断进步，薄膜技术也在不断创新。
未来，随着人工智能、大数据、物联网等新兴技术的发展，薄膜材料的应用领域将会更加广泛，薄膜技术也将迎来新的发展机遇。
同时，随着环境保护意识的增强，绿色环保的薄膜材料和技术也将得到更多关注和应用。
薄膜材料与薄膜技术作为现代科技的重要组成部分，对于推动科技进步、促进产业发展、改善人类生活质量都起着重要作用。
我们期待着薄膜材料与薄膜技术在未来能够取得更大的突破和发展，为人类社会的发展作出更大的贡献。
薄膜技术与薄膜材料
薄膜技术与薄膜材料从20世纪以来，薄膜技术及其应用技术已经快速发展，在制造、设备、电子、纳米、材料等领域得到广泛应用。
薄膜技术是建立在基于物质表面和界面特性的细致考虑和分析之上的一门学科，其内容可以分为两个部分，即薄膜材料技术和薄膜制备技术。
薄膜材料技术主要涉及材料的特性，包括薄膜的结构、形状、尺寸、厚度和物理性能；另一方面，薄膜制备技术是将薄膜材料进行加工和雕刻的技术，所得到的材料结构及性能变化会被检测、记录和应用，从而达到所需的功能和性能。
薄膜技术的发展离不开薄膜材料的发展。
从20世纪以来，先后出现了磁性薄膜、半导体薄膜、发光薄膜、激光薄膜、电磁解耦薄膜、微纳米复合薄膜等多种新型薄膜材料。
各种材料的发展给薄膜技术的应用提供了可能。
同时，薄膜材料的发展也受益于20世纪以来新兴的薄膜技术，如高真空技术、微纳技术、原子层技术、功能涂层技术、共振技术、多层异质技术，以及超精密喷射等新兴技术。
纳米级薄膜材料具有一系列优异的性能，特别是近年来，利用超精密喷射技术制备的纳米级薄膜材料，其功能和性能越来越突出，为多种科学技术应用和实现提供了有力的条件和保证。
由于超精密喷射技术的特殊优势，使超精密喷射薄膜材料在传感器、熔体沉积、光学、化学、生物技术、复合材料等多种新兴技术中有着广泛的应用，其中熔体沉积技术是最重要的一种新技术。
熔体沉积技术是一种将金属溶解在液态中，并将其蒸发到薄膜材料表面，使其实现原子级分子层层叠加的技术。
熔体沉积技术是用来制备半导体薄膜、磁性薄膜、发光薄膜等高性能材料的革命性技术，可以生产出任意厚度任意尺寸任意形状的薄膜材料，并将二维和三维的复杂结构实现为超薄薄膜材料，因而被称为“假想的薄膜技术”。
同时，熔体沉积技术是目前最发达的薄膜材料技术之一，它更加注重材料的形状和大小，并在制备许多微纳米复合薄膜材料时，能够解决材料凝固、形变、热变形等问题，实现了薄膜材料的节能和环保。
以上就是薄膜技术与薄膜材料的基本内容，无论是什么样的应用领域，薄膜技术和薄膜材料都可以说是至关重要的。
薄膜材料与薄膜技术
薄膜材料与薄膜技术薄膜材料与薄膜技术概述：薄膜材料是指厚度在几纳米到几微米之间的材料，它们具有特殊的物理、化学和电学性质。
而薄膜技术则是一种将这些材料制成具有特定形状和功能的工艺方法。
目前，随着科技的不断进步，人们对于薄膜材料和技术的需求也越来越高。
1. 薄膜材料的种类目前，市场上常见的薄膜材料主要包括以下几种：1）聚合物：如聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯等。
2）金属：如铝、铜、钛等。
3）氧化物：如二氧化硅、氧化铝等。
4）碳基材料：如石墨烯、碳纤维等。
5）半导体：如硅、锗等。
2. 薄膜技术的应用领域由于其特殊性质，薄膜材料及其制备技术在众多领域中得到了广泛应用。
以下是其中一些典型的应用领域：1）光电子学：如太阳能电池、LED等。
2）微电子学：如半导体器件、集成电路等。
3）医疗保健：如药物传递系统、人工器官等。
4）能源存储：如锂离子电池、超级电容器等。
5）涂层材料：如防腐涂料、防刮涂料等。
3. 薄膜技术的制备方法目前，常见的薄膜制备方法主要包括以下几种：1）化学气相沉积法（CVD）2）物理气相沉积法（PVD）3）溅射法4）离子束沉积法（IBD）5）溶胶-凝胶法6）自组装技术4. 薄膜技术的发展趋势随着科技不断进步，薄膜技术也在不断发展。
未来，其发展趋势主要包括以下几个方面：1）高性能和多功能化：将会有更多新型材料和新工艺出现，使得薄膜材料在各个领域中具有更高的性能和更多的功能。
2）纳米化和微型化：薄膜材料及其制备技术将越来越向纳米和微米级别发展，以适应微型电子器件等领域的需求。
3）绿色环保：将会有更多的绿色环保型薄膜材料和制备工艺出现，以适应社会对于环境友好型产品的需求。
总之，随着社会的不断进步和科技的不断发展，薄膜材料及其制备技术将在更多领域中得到广泛应用，并为人类带来更多福利。
薄膜材料与技术
薄膜材料与技术引言薄膜材料是一种在厚度范围内具有特定性能和结构的材料，它在多个领域中发挥着重要作用。
薄膜技术是制备、改进和应用薄膜材料的一套方法和工艺。
本文将介绍薄膜材料的定义、制备方法、常见应用以及未来的发展趋势。
薄膜材料的定义薄膜材料是在纳米尺度至微米尺度范围内的一种特殊材料，其厚度通常在0.1nm到100μm之间。
相比于传统材料，薄膜材料具有较高的比表面积和特殊的物理、化学性质，使得其在光电、能源、生物医学等领域具有广泛的应用前景。
薄膜材料的制备方法薄膜材料的制备方法多种多样，常见的制备方法包括：1.物理气相沉积（PVD）：通过热蒸发、电子束蒸发、激光蒸发等方法将材料蒸发在基底上，形成薄膜。
2.化学气相沉积（CVD）：将气相前体分子引入反应室中，经过热分解或化学反应，在基底表面生成薄膜。
3.溶液法：将溶解了材料的溶液涂覆在基底上，通过溶剂蒸发或化学反应，将材料转变为薄膜。
常见的溶液法包括旋涂法、浸渍法等。
4.声波法：利用声波的能量使材料溶解或悬浮在溶剂中，然后将溶液通过超声波定向沉积在基底上。
5.离子束辅助沉积（IBAD）：通过将离子束轰击基底表面，促使薄膜材料原子结晶或沉积在基底上。
薄膜材料的应用领域薄膜材料在多个领域中发挥着重要作用，以下是几个常见的应用领域：1.光学领域：薄膜材料在光学镀膜中广泛应用，用于改善光学元件的透射和反射特性。
例如，透明导电薄膜可用于制造触摸屏、光伏电池和显示器件。
2.电子领域：薄膜材料可用于制造半导体器件，如晶体管、薄膜电阻器和电容器。
此外，薄膜材料还可用于制造柔性电子产品和纳米电子元件。
3.能源领域：薄膜太阳能电池是一种高效能源转换设备，薄膜材料在其制备过程中起到关键作用。
此外，薄膜材料还可用于燃料电池、锂离子电池等能源存储和转换装置中。
4.生物医学领域：薄膜材料在生物医学传感器、生物芯片、医用导管等方面有广泛应用。
例如，聚合物薄膜可用于修复组织缺损，金属薄膜可用于制造仿生传感器。
《薄膜材料与薄膜技术》复习题
《薄膜材料与薄膜技术》复习题1.薄膜材料与体材料的联系与区别。
1. 薄膜所用原料少，容易大面积化，而且可以曲面加工。
例：金箔、饰品、太阳能电池，GaN，SiC，Diamond2. 厚度小、比表面积大，能产生许多新效应。
如：极化效应、表面和界面效应、耦合效应等。
3. 可以获得体态下不存在的非平衡和非化学计量比结构。
如：Diamond: 工业合成, 2000℃，5.5万大气压, CVD生长薄膜:常压，800度.Mgx Zn1-x O: 体相中Mg的平衡固溶度为0.04, PLD法生长的薄膜中，x可0~1.4. 容易实现多层膜，多功能薄膜。
如：太阳能电池、超晶格： GaAlAs/GaAs5. 薄膜和基片的粘附性，一般由范德瓦耳斯力、静电力、表面能（浸润）和表面互扩散决定。
范德瓦耳2. 真空度的各种单位及换算关系如何？●1pa=1N/m2(1atm)≈1.013×105Pa(帕)●1Torr≈1 / 760atm≈1mmHg●1Torr≈133Pa≈102 Pa● 1bar = 0.1MPa3. 机械泵、扩散泵、涡轮分子泵和低温泵的工作原理是什么？旋片式机械泵工作过程：1.气体从入口进入转子和定子之间2.偏轴转子压缩空气并输送到出口3.气体在出口累积到一定压强，喷出到大气工作范围及特点：Atmosphere to 10-3 torr耐用，便宜由于泵的定子、转子都浸入油中，每周期都有油进入容器，有污染。
要求机械泵油有低的饱和蒸汽压、一定润滑性、黏度和高稳定性。
油扩散泵1. 加热油从喷嘴高速喷出，气体分子与油分子碰撞实现动量转移，向出气口运动，或溶入油中，油冷凝后，重新加热时，排出溶入的气体，并由出气口抽出；2. 需要水冷，前级泵3. 10-3 to 10-7 Torr (to 10-9 Torr，液氮冷阱)优点：耐用、成本低，抽速快无震动和声音缺点：油污染涡轮分子泵特点：1. 气体分子被高速转动的涡轮片撞击，向出口运动2.多级速度：30,000-60,000 rpm.转子的切向速度与分子运动速率相当3. Atmosphere to 10-10 Torr4. 启动和关闭很快5. 无油，有电磁污染6. 噪声大、有振动、比较昂贵.低温泵（Cryopump）特点：1.利用20K以下的低温表面来凝聚气体分子实现抽气，是目前最高极限真空的抽气泵；2.可对各种气体捕集，凝结在冷凝板上，所以工作一段时间后必须对冷凝板加热“再生”；3. “再生”必须彻底；4. 加热“再生”温度 >200 °C 烘烤除去吸附的气体5. 无油污染；6. 制冷机式低温泵运作成本低，较常采用。
《薄膜材料与技术》课件
Part One
单击添加章节标题
Part Two
薄膜材料的种类
金属薄膜
铝薄膜：广泛 应用于包装、
电子等领域
铜薄膜：常用 于电子电路、 太阳能电池等
领域
镍薄膜：常用 于电子电路、
电池等领域
钛薄膜：常用 于航空航天、 生物医学等领
域
塑料薄膜
聚乙烯薄膜：广泛应用于食品包装、药品包装等领域 聚丙烯薄膜：具有较好的耐热性和耐化学性，常用于包装和印刷 聚氯乙烯薄膜：具有良好的耐候性和耐化学性，常用于建筑和工业领域 聚酯薄膜：具有良好的耐热性和耐化学性，常用于包装和印刷
面的研究
研究目标：开发具有优异性 能的新型薄膜材料
研究意义：推动薄膜技术的 发展，提高薄膜材料的性能
和应用范围
薄膜材料在新能源领域的应用研究
储能电池：薄膜材料作为储 能电池的电极，提高能量存 储密度
燃料电池：薄膜材料作为燃 料电池的电极，提高电化学 反应效率
太阳能电池：薄膜材料作为 太阳能电池的基底，提高光 电转换效率
超级电容器：薄膜材料作为 超级电容器的电极，提高能
量存储和释放速度
热电材料：薄膜材料作为热 电材料的基底，提高热电转
换效率
光热材料：薄膜材料作为光 热材料的基底，提高光热转
换效率
薄膜材料在其他领域的应用研究
电子领域：薄膜材料在电子设备中的广泛应用，如薄膜太阳能电池、薄膜显示器等
光学领域：薄膜材料在光学器件中的应用，如薄膜光学镜片、薄膜光学传感器等 生物医学领域：薄膜材料在生物医学领域的应用，如薄膜生物传感器、薄膜药物载体等 环境领域：薄膜材料在环境领域的应用，如薄膜空气净化器、薄膜水处理设备等
力学特性
弹性模量：薄膜 材料的弹性模量 通常较小，易于 弯曲和变形
薄膜材料制备原理、技术及应用
薄膜材料制备原理、技术及应用1. 引言1.1 概述薄膜材料是一类具有微米级、甚至纳米级厚度的材料，其独特的性质和广泛的应用领域使其成为现代科学和工程中不可或缺的一部分。
薄膜材料制备原理、技术及应用是一个重要且广泛研究的领域，对于探索新材料、开发新技术以及满足社会需求具有重要意义。
本文将着重介绍薄膜材料制备的原理、常见的制备技术以及不同领域中的应用。
首先，将详细讨论涂布法、旋涂法和离子束溅射法等不同的制备原理，分析各自适用的场景和优缺点。
然后，将介绍物理气相沉积技术、化学气相沉积技术以及溶液法制备技术等常见的薄膜制备技术，并比较它们在不同实际应用中的优劣之处。
最后，将探讨光电子器件、传感器和生物医药领域等各个领域中对于薄膜材料的需求和应用，阐述薄膜材料在这些领域中的重要作用。
1.2 文章结构本文将按照以下顺序进行介绍：首先，在第二部分将详细介绍薄膜材料制备的原理，包括涂布法、旋涂法以及离子束溅射法等。
接着，在第三部分将探讨物理气相沉积技术、化学气相沉积技术以及溶液法制备技术等常见的制备技术。
然后，在第四部分将介绍薄膜材料在光电子器件、传感器和生物医药领域中的应用，包括各个领域需求和现有应用案例。
最后，在结论部分对整篇文章进行总结，并提出未来研究方向和展望。
1.3 目的本文旨在全面系统地介绍薄膜材料制备原理、技术及应用，为读者了解该领域提供一个基本知识框架。
通过本文的阐述，读者可以充分了解不同的制备原理和方法，并了解到不同领域中对于特定功能或性质的薄膜材料的需求与应用。
同时，本文还将重点突出薄膜材料在光电子器件、传感器和生物医药领域中的重要作用，以期为相关研究提供参考和启发。
以上为“1. 引言”部分内容的详细清晰撰写，请根据需要进行修改补充完善。
2. 薄膜材料制备原理：2.1 涂布法制备薄膜：涂布法是一种常见的制备薄膜的方法，它适用于各种材料的制备。
首先，将所需材料以溶解或悬浮态形式制成液体，然后利用刷子、喷雾或浸渍等方式将液体均匀地涂敷在基板上。
薄膜材料与薄膜技术
薄膜材料与薄膜技术
薄膜材料是一种在工业生产和科研领域中应用广泛的材料，其主要特点是具有较薄的厚度和柔软的性质。
薄膜材料可以用于制造各种产品，如光学薄膜、电子薄膜、包装薄膜等。
在现代工业中，薄膜技术的应用越来越广泛，对于提高产品性能、降低生产成本、改善产品外观等方面起着重要作用。
薄膜材料通常是通过化学合成或物理制备的方式制备而成，其厚度通常在几纳米到几微米之间。
薄膜材料的种类繁多，可以根据不同的用途选择不同的材料。
例如，聚合物薄膜具有良好的柔软性和透明性，常用于包装材料和电子显示屏；金属薄膜具有良好的导电性和导热性，常用于制造导电膜和热散热材料；氧化物薄膜具有良好的光学性能，常用于制造光学镜片和滤光片等。
薄膜技术是一种通过将薄膜材料沉积到基材表面上，形成薄膜层的工艺技术。
薄膜技术主要包括物理气相沉积、化学气相沉积、溅射沉积、离子束沉积等多种方法。
这些方法能够控制薄膜的厚度、成分、结构和性能，从而实现对薄膜材料的精确调控。
薄膜技术在各个领域都有着重要的应用。
在光学领域，薄膜技术可以制备具有特定光学性能的光学薄膜，如反射膜、透射膜等，用于制造光学器件和光学元件。
在电子领域，薄膜技术可以制备导电膜、绝缘膜等，用于制造电子元件和电子产品。
在包装领域，薄膜技术
可以制备具有良好的防潮性能和耐磨性能的包装薄膜，用于包装食品、药品等产品。
薄膜材料与薄膜技术的发展促进了各个领域的进步和创新。
随着科技的不断发展，薄膜材料和薄膜技术将会更加完善和成熟，为人类社会带来更多的便利和福祉。
希望未来能够有更多的科研人员和工程师投入到薄膜材料与薄膜技术的研究和应用中，共同推动这一领域的发展。
01190660 薄膜材料与技术 05级 第5章 薄膜表征
S N 1 / 2 ( N 1) 2 /2
式中：1、2 分别为可引起干涉极大的相邻波长，N — 相应的干涉级数。 薄膜台阶上下，形成 N 级干涉条纹的波长不同，其波长差 满足：
2 D 2( S D) 2S N
测得 和 N，即可得到 D：
可见：利用光的干涉实现对薄膜厚度的测量，需要设计出对光强空间
分布变化的具体测量方法！ 西安理工大学 Xi'an University of Technology
光的干涉现象及其实现薄膜厚度 测量的原理
材料科学与工程学院 2008©
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薄膜材料与技术
Thin Film Materials & Technologies
2、基本特点：1）简单快捷、可测多层膜内每层厚度； 3、近似公式：
磨坑直径及磨穿区宽度 << 磨球直径 Db 时， 任意一层薄膜的厚度 D 近似满足：
D
y d y Db
D
由此即可推算薄膜的沉积速率和厚度。
2n f cos '
(5 - 9)
薄膜材料与技术
西安理工大学 Xi'an University of Technology
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材料科学与工程学院 2008©
Thin Film Materials & Technologies
第一章 薄膜技术与薄膜材料
画面对角线106cm的等离子壁挂彩电
PDP工作原理
通过显示电极和选址电极上施加的电压，在二者交点处引起 气体放电；通过控制放电位置和放电的强弱来实现动态显示。气 体放电产生的等离子体中射出紫外线照射涂敷于放电胞壁的荧光 层（发射Ｒ（红）、Ｇ（绿）、Ｂ（蓝）三原色光的荧光层）， 发出相应彩色的光，实现全色壁挂电视。
1.5.1 表面改性
定义:在保持块体材料固有特性的优点基础上，对表面进行加工处理， 使其产生新的物理、化学特性以及所需要功能的各种方法，统称为 表面改性。
1.5.1 表面改性
表面改性的手段，可分为两大类: (1) 表面处理技术（形成表面改性层）：通过物理的或化学的手段， 在物质表面层中引入反应成分，形成混合相或合成相，从而产生 新的功能和材料特性。 (2) 膜沉积技术（形成复合多层膜）：在基体材料表面析出或沉积 有别于基体材料的膜层，从而显示新的功能和材料特性。
CNT和富勒烯的结构模型 CNT和富勒烯的制作装置示意
1.3 薄膜制作简介
沉积薄膜的载体称为基板，沉积的薄膜（如铝等金属膜）物质为薄 膜材料。首先，将基板及含有薄膜材料的源（气化源）置于真空容 器（钟罩）中，抽真空，达到所需要的真空度。在真空室中，由气 源发出的镀料，以原子或分子状随机运动状态，以声速到数千倍声 速的高速度，向着基板飞行。
薄膜材料与技术复习题
一、选择题:1、所谓真空, 是指：（）A.一定的空间内没有任何物质存在；B.一定空间内气压小于1个大气压时, 气体所处的物理状态；C、一定空间内气压小于1 MPa时, 气体所处的物理状态；D.以上都不对2.以下关于CVD特点的描述, 不正确的是: （）A.与溅射沉积相比, CVD具有更高的沉积速率；B、与PVD相比, CVD沉积绕射性较差, 不适于在深孔等不规则表面镀膜；C.CVD的沉积温度一般高于PVD方法；D.CVD沉积获得的薄膜致密、结晶完整、表面平滑、内部残余应力低3.关于气体分子的平均自由程, 下列说法不正确的是: （）A.气压越高, 气体分子的平均自由程越小；B.真空度越高, 气体分子的平均自由程越长；C.温度越高, 气体分子的平均自由程越长；D.气体分子的平均自由程与温度、压力无关, 取决于气体种类4、下列PECVD装置中, 因具有放电电极而存在离子轰击、弧光放电所致的电极损坏潜在风险和电极材料溅射污染薄膜问题的是：（）A.电容耦合型；B.电感耦合型；C.微波谐振型；D.以上都不对5、按真空区域的工程划分, P = 10-4 Pa时, 属于（）区域, 此时气体分子的运动以（）为主。
A.粗真空；B.低真空；C.高真空；D.超高真空；E、粘滞流；F、分子流；G、粘滞-分子流H、Poiseuille流6、下列真空计中, （）属于绝对真空计。
A.热偶真空计；B.电离真空计；C.Pirani真空计；D.薄膜真空计7、CVD沉积薄膜时, 更容易获得微晶组织薄膜的方法是：（）A.低温CVD；B.中温CVD；C.高温CVD；D.以上都不对8、下列真空泵中, （）属于气体输运泵。
A.旋片式机械泵；B、油扩散泵；C、涡轮分子泵；D、低温泵9、低温CVD装置一般指沉积温度<（）的CVD装置。
A.1000℃；B.500℃；C.900℃；D.650℃10、下列关于镍磷镀技术的说法中, 正确的是: （）A.所获得的镀层含有25wt%左右的P而非纯Ni, 所以也称NiP镀；B、低P含量的镍磷镀镀层致密, 硬度可达到与电镀硬Cr相当的水平；C.高P含量的镍磷镀镀层无磁性；D.可直接在不具有导电性的基体上镀膜11.关于LPCVD方法, 以下说法中正确的是: （）A、低压造成沉积界面层厚度增加, 因此薄膜沉积速率比常压CVD更低；B.低压造成反应气体的扩散系数增大；C.低压导致反应气体的迁移运动速度增大；D.薄膜的污染几率比常压CVD更低12.气相沉积固态薄膜时, 根据热力学分析以下说法中不正确的是: （）A.气相过饱和度越大, 固态新相形核能垒越低；B.气相过饱和度越大, 固态新相形核能垒越高；C、气相过饱和度越大, 固态新相临界晶核尺寸越大；D.固态新相的形核能垒和临界晶核尺寸只取决于沉积温度（过冷度）13、溅射获得的气相沉积原子是高能离子轰击靶材后, 二者通过级联碰撞交换能量的结果, 因此入射离子能量（）时更容易发生溅射现象。
薄膜材料与薄膜技术答案
薄膜材料与薄膜技术答案薄膜材料与薄膜技术(答案)第一章真空技术基础1、膜的定义及分类。
答：当固体或液体的一维线性尺度远远小于它的其他二维尺度时，我们将这样的固体或液体称为膜。
通常，膜可分为两类：（1）厚度大于1mm的膜，称为厚膜；（2）厚度小于1mm的膜，称为薄膜。
2、人类所接触的真空大体上可分为哪两种？答：（1）宇宙空间所存在的真空，称之为“自然真空”；（2）人们用真空泵抽调容器中的气体所获得的真空，称之为“人为真空”。
3、何为真空、绝对真空及相对真空？答：不论哪一种类型上的真空，只要在给定空间内，气体压强低于一个大气压的气体状态，均称之为真空。
完全没有气体的空间状态称为绝对真空。
目前，即使采用最先进的真空制备手段所能达到的最低压强下，每立方厘米体积中仍有几百个气体分子。
因此，平时我们所说的真空均指相对真空状态。
4、毫米汞柱和托？答：“毫米汞柱（mmHg）”是人类使用最早、最广泛的压强单位，它是通过直接度量长度来获得真空的大小。
1958 年，为了纪念托里拆利，用“托（Torr）”，代替了毫米汞柱。
1 托就是指在标准状态下，1 毫米汞柱对单位面积上的压力，表示为1Torr=1mmHg。
5、真空区域是如何划分的？答：为了研究真空和实际使用方便，常常根据各压强范围内不同的物理特点，把真空划分为以下几个区域：（1）粗真空：l´105 ~ l´102 Pa，（2）低真空：l´102 ~ 1´10-1Pa，（3）高真空：l´10-1 ~ 1´10-6Pa和（4）超高真空：< 1´10-6Pa。
6、真空各区域的气体分子运动规律。
答：（1）粗真空下，气态空间近似为大气状态，分子仍以热运动为主，分子之间碰撞十分频繁；（2）低真空是气体分子的流动逐渐从黏滞流状态向分子状态过渡，气体分子间和分子与器壁间的碰撞次数差不多；（3）高真空时，气体分子的流动已为分子流，气体分子与容器壁之间的碰撞为主，而且碰撞次数大大减少，在高真空下蒸发的材料，其粒子将沿直线飞行；（4）在超高真空时，气体的分子数目更少，几乎不存在分子间的碰撞，分子与器壁的碰撞机会也更少了。
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太阳电池向薄片化方向发展
27
Sharp单晶硅组件
28
Ultrathin Multicrystalline Si High Efficiency Solar Cells – Fraunhofer- 20.3%－世界记录
29
硅片厚度的发展： 70年代－450～500 m， 80年代－400～450m。 90年代－350～400 m。 目前 － 260～300 m。 ～2010年 200～260 m。 ～2020年 100～200 m。
池。早期的TiO2 光电化学电池稳定性差、
效率低。1991年瑞士Grä tzel 将染料敏化引
9.3％和11％。
RTCVD－ZMR
non-active Si substrate =15.12% (北太所)
modelling ceramic substrate =10.21% (北太所)
Particle ribbon Si =8.25% (广州能源所＋北
太所)
45
② 低温技术路线－以PECVD为代表
30
2) 带硅技术
直接拉制硅片－免去切片损失
(内园切割，刀锋损失300～400 m。 线锯切割，刀锋损失～200 m)。 过去几十年里开发过多种生长 带硅 或片状硅技术
31
① EFG带硅技术
采用石墨模具－电池效率13％－15％。该 技术于90年代初实现了商业化生产，目前属 于RWE (ASE)公司所有。
◆能直接制备出适于规模化生产的大尺寸方
型硅锭，240kg, 400kg,
◆制造过程简单、省电、节约硅材料，
因此具有更大降低成本的潜力。
21
但是多晶硅材料质量比单晶硅差，有许多 晶界存在，电池效率比单晶硅低； 晶向不一致，表面织构化困难。
22
◆乔治亚(Geogia)工大－ 采用磷吸杂和双层减
反射膜技术，使电池的效率达到18.6％；
电池的效率提高起到了关键性的作用。
目前商业化多晶硅电池的效率13％－16％
25
2.3 晶硅太阳电池向薄片化方向发展
1) 硅片减薄
硅片是晶硅电池成本构成中的主要部分。
硅－间接半导体，理论上100m可以吸收
全部太阳光。电池制造工艺－硅片厚度下
限150 m。
降低硅片厚度是结构电池降低成本的重要
技术方向之一。
7
2.材料；硅基电池：单晶硅，多晶硅，
微晶(纳晶)，非晶硅，
化合物半导体电池：CdTe, CIGS,,
GaAs ，InP.。。
有机电池，
Grātzel 电池(光化学电池) 3. 波段范围：太阳光伏电池 热光伏电池
8
4.光子吸收带隙理论： ◆单带隙电池(常规电池) ◆中间带隙(或亚带隙，或杂质带)电池， ◆带隙递变迭层电池， ◆上、下转换器电池 ◆偶极子天线电池， 第 三 代 电 池
32
33
②蹼状带硅技术。 在表面张力的作用下,插在熔硅中的两条枝 蔓晶的中间会同时长出一层如蹼状的薄片, 所以称为蹼状晶。切去两边的枝晶，用中 间的片状晶制作太阳电池。蹼状晶为各种
硅带中质量最好,但其生长速度相对较慢。
34
③Astropower的多晶带硅制造技术。 该技术基于液相外延工艺，衬底为可以重 复使用的廉价陶瓷。实验室太阳电池效率 达到 15.6％，该技术实现了小规模的商业 化生产。
◆新南威尔士大学－采用类似PERL电池技术，
使电池的效率19.8％
◆ Fraunhofer研究所 20.3%－世界记录
◆ Kysera公司采用了PECVD/SiN+表面织构化
使1515cm2大面积多晶硅电池效率达17.7％.
23
商业化多晶硅电池组件－Kyocera电池
24
其中PECVD－SiN钝化技术对商业化多晶硅
◆ a-Si/C-Si异质结(增加红外吸收)电池，
◆量子点、量子阱电池，
◆热载流子电池，。。
9
2. 晶硅电池的技术发展
2.1 晶硅电池的各种技术发展 2.2 向高效化方向发展
2.3 向薄片化方向发展
10
2.1 晶硅电池的技术发展
单晶硅电池在70年代初引入地面应用。在石油 危机推动下，太阳电池开始了一个蓬勃发展时 期，这个时期不但出现了许多新型电池，而且 引入许多新技术－
太阳电池发展趋势
赵玉文
1
提纲
1. 引言：原理，简史，分类 2. 晶硅电池的技术发展 2.1 晶硅电池的各种新技术 2.2 向高效化方向发展 2.3 向薄片化方向发展 3. 薄膜太阳电池 3.1 硅基薄膜太阳电池 3.2 化合物半导体薄膜电池 3.3 染料敏化TiO2太阳电池(光化学电池) 3.4 有机电池 4. 太阳电池的未来发展趋势
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我国CdTe电池的研究工作开始于80年代初。
◆内蒙古大学－蒸发技术
◆北太所－电沉积技术，1983年效率5.8%。
◆ 90年代后期四川大学－近空间升华，
“ 十五 ”期间，列入国家“ 863”重点 项目， 并要求建立0.5兆瓦/年的中试生产线。 电池效率达到 13.38％。
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2) CIGS电池 CIGS是Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族三元化合物半导体， 带隙1.04eV。 ◆ 70年代中后期波音公司－真空蒸发， 电池效率达到9％； ◆80年代开始，ARCO Solar 公司处领先地位； ◆ 90年代后期，NREL保持世界记录，19.5%； ◆90年代初起，许多公司致力实现商业化生产 该电池目前处在兆瓦级中试生产阶段， ARCO Solar －Simens －Shell公司。 52
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1) CdTe电池 CdTe－II-VI族化合物，Eg＝1.5eV, 理论 效率28%，性能稳定，一直被光伏界看重。
工艺和技术－近空间升华(CSS),电沉积，溅 射、真空蒸发，丝网印刷等；
实验室电池效率16.4%；
商业化电池效率平均8～10％；
CdTe电池90年代初实现了规模化化生产，
2002年市场份额为0.3％。
1). 钝化技术：热氧化SiO2钝化，氢钝化，
PECVD－SiN工艺钝化(多晶
硅)，a-Si钝化等
2). 陷光技术： 表面织构化技术，减反射技术
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3) 背表面场(BSF)技术
4).表面织构化(绒面)技术,
5).异质结太阳电池技术:
如SnO2/Si, In203/Si, ITO/Si等
6). MIS电池－
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优点： ① 资源丰富，环境安全； ② 光的吸收系数高，活性层只需要1m
厚，省材料；
③ 沉积温度低，成本衬底上，如玻璃、 不锈钢和塑料膜上等。 ④ 电池/组件一次完成，生产程序简单。 缺点： ①效率低 ②不稳定－ 光衰减(S-W效应)。
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实验室效率： 初始 单结： 12％ 双结： 13％ 三结： 15.2% 商业化电池效率： 单结： 双结： 三结：
(1)玻璃衬底，(2)多层薄膜，(3)第一次电极刻槽 (4)第二次电极刻槽，(5)金属化 47
③硅球太阳电池。 这种电池是由在铝箔上形成连续排列的 硅球所组成的，硅球的平均直径为1.2mm， 每个小球均有p-n结，小球在铝箔上形成并 联结构。实验室效率达到10%。 硅球电池在技术上有一定的特色，但规 模化生产仍存在许多技术障碍。
我国南开大学、内蒙古大学和云南师大等单 位于80年代中期先后开展了CIS薄膜电池研究, 南开大学－蒸发硒化法－电池效率9.13%。 “ 十五 ”列入“ 863”重点项目，并要求 建立0.3兆瓦/年的中试生产线。目前效率 12.1%
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几种薄膜电池的效率进展
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3.3染料敏化TiO2太阳电池
染料敏化TiO2 电池实际是一种光电化学电
稳定 6－8％ ～10％ ～13％
3％～4％ ～6％ 7％ ～8％
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◆我国非晶硅电池研究在上世纪80年代中期 形成了高潮，30多个研究组从事研究。实验室 初始效率8％～10％； ◆80年代后期哈尔滨和深圳分别从美国 Chrona公司引进了1MW生产能力的单结非晶硅生 产线，稳定效率3％－4％之间。 ◆自90年代后有较大收缩。 ◆2000年，以双结非晶硅电池为重点的硅基 薄膜太阳电池研究被列入国家“973”项目，我 国非晶硅电池的又进入一个新的研究阶段。目 前双结初始实验室效率8％～10％，稳定效率 ～8％?
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3. 薄膜太阳电池
3.1 硅基薄膜太阳电池 3.2 化合物半导体薄膜电池 3.3 染料敏化TiO2太阳电池(光化学电池) 3.4 有机电池
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3.1 硅基薄膜太阳电池
1)非晶硅(a-Si)太阳电池
a-Si 是Si-H(约10％)的一种合金。
1976年－RCA实验室－D.Carlson和
C.Wronski
7). MINP电池－
8). 聚光电池 －
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2.2 向高效化方向发展
1)单晶硅高效电池： ◆斯坦福大学的背面点接触电池： ＝22％ 特点：正负电极在同一面，没有栅线阴影损失
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◆新新南威尔士大学的PERL电池 ＝24.7%
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Fraunhofer研究所LBSC电池： ＝23%
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◆北京太阳能研究所高效电池 ＝19.8%
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（我国)
◆ 1959年第一个有实用价值的太阳电池诞生 ◆ 1971年3月太阳电池首次应用于我国第二颗 人造卫星—实践1号上； ◆ 1973年太阳电池首次应用于浮标灯上； ◆ 1979年开始用半导体工业废次单晶、半导体 器件工艺生产单晶硅电池；
◆ 80“年代中后期引进国外关键设备或成套生 产 线我国太阳电池制造产业初步形成。
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分类
1.技术成熟程度： 1) 晶硅电池： 单晶硅，多晶硅， 2) 薄膜电池： a-Si，CIGS，CdTe，球形电池， 多晶硅薄膜， Grātzel，有机电池，。 3) 新型概念电池：量子点、量子阱电池， 迭层(带隙递变)电池，中间带电池， 杂质带电池，上、下转换器电池， a-Si/C-Si异质结(增加红外吸收)， 偶极子天线电池，热载流子电池， (也有人称第三代电池)