纳米薄膜
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目前，纳米薄膜的结构、特性、应用研究 还处于起步阶段，随着纳米薄膜研究工作的发 展，更多结构新颖、性能独特的薄膜必将出现。
纳米薄膜的性能主要依赖于晶粒
（颗粒）尺寸、膜的厚度、表面粗糙度 及多层膜的结构，这是以后纳米薄膜研 究的主要内容。而根据纳米薄膜的特异 性能开拓新用途, 实现产业化也是纳米 薄膜材料发展的根本之所在。
①在非晶薄膜晶化的过程中控制纳米结构的形成， 如采用共溅射方法制备Si／SiO2薄膜，在700-9000C 氮气气氛下快速退火获得纳米St颗粒。
②在薄膜的成核生长过程中调节成膜条件以控制纳米 结构的形成。在溅射工艺中，高溅射气压、低溅射功 率条件下最易得到纳米结构的薄膜。
例
中科院上海硅酸盐所在高频反应溅射氧化 镍薄膜中发现征6Pa低压力的条件下，沉积的 氧化镍薄膜具有5-l0nm的纳米结构，随着真 空度的提高，薄膜中非晶态的含量逐渐增加。
谢谢！
电化学沉积方法作为一种十分经济而又简单的 传统工艺手段，可用于合成具有纳米结构的纯 金属、合金、金属—陶瓷复合涂层。
包括直流电镀、脉冲电镀、无极电镀、共沉积 等技术。
电化学沉积
纳米结构的获得，关键在于制各过程中晶粒成 核与生长的控制。
电化学方法制备的纳米材料在抗腐蚀、抗磨损、 磁性、催化、储氢、磁记录等方面均具有良好 的应用前景。
例如
➢ 将Ge、Si或C颗粒（1一10nm)均匀弥散地 镶嵌在绝缘介质薄膜如SiO2中，可在室温 下观察到较强的可见光区域的光致发光现 象。
➢ 粒径尺寸控制在5—10 nm的氧化镍薄膜呈 现出优异的电变色性能。
➢ Ag-CsO2光电薄膜， InAs-Si02光电薄膜
纳米薄膜的制备
沉积类方法
物理气相沉积（PVD） 化学气相沉积（CVD） 电化学沉积
而从电变色性能而言，粒径尺寸控制在 5-10 nm的氧化镍薄膜呈现出优异的电变色性 能。
工艺条件的影响
化学气相沉积（CVD）
基本过程：
利用挥发性金属化合物等蒸气为原料，进行气 相热分解和其他化学反应来生成超细粉体并沉 积于基体物质表面以制备薄膜。
化学气相沉积（CVD）
CVD薄膜的形成过程
1 导入反应气体
热蒸发 由高能粒子击出
蒸发镀膜（蒸镀） 溅射镀膜（溅射）
气相镀料的输送：一定的真空度是PVD(真空镀膜)的前提
气相镀料的沉积
引入活性反应气 体形成化合物膜
用高能离子轰击 沉积中的膜以改 善膜的结构性能
反应镀 离子镀
蒸镀和溅射均可做成反应镀和离子镀，进行反应镀时， 无需改变蒸镀装置，而离子镀的装置结构则大有不同，故 离子镀常被当作蒸镀与溅射之外的第三种PVD方法
纳米微粒薄膜的制备，利用气相 反应，在高温、等离子或激光辅助等 条件下通过控制反应气压、气流速率、 基片材料温度等因素而控制纳米微粒 薄膜的成核生长过程，通过薄膜后处 理控制非晶薄膜的晶化过程，从而获 得纳米结构的薄膜材料，这一工艺方 法在半导体、氧化物、氮化物、碳化 物纳米微粒薄膜中应用较多。
电化学沉积
其他方法……
物理气相沉积（PVD）
物理气相沉积(PVD): PVD法是在真空或低 压惰性气体气氛中，采用高温加热源，使 源物质气化或形成等离子体与惰性气体分 子碰撞或源物质分子相互碰撞而失去能量， 然后骤冷凝结成纳米粒子或超微粒子的过 程 .其生成过程均为物理变化过程。
PVD包括三个基本过程
气相镀料的产生
7 排出体系
主气流层
2 向 边 界 层 扩 散 3 吸附
4 表面化学反应
边界层
6 气态产物向主气流层扩散
5 气态产物脱附
界面
化学气相沉积方法
化学气相沉积方法也是常规的纳米薄膜 制备方法之一，包括常压、低压、等离子体 辅助气相沉积等。
CVD中影响薄膜质量参数有： 反应气体组成 工作气压 沉积温度（单晶、多晶、无定形晶） 气体流量及原料气体的纯度等。
蒸镀薄膜的生长过程
岛状生长（蒸发原子间结合能＞蒸发原子与基体原子结合能） 塑料镀铝、玻璃镀银即是
层向生长（蒸发原子间结合能 ~ 蒸发原子与基体原子结合能） 如膜、基结构、性能匹配较好的“外延生长”—分子束外延
层岛结合生长（蒸发原子间结合能＜蒸发原子与基体原子结合能） 在半导体表面镀金属膜时
纳米薄膜的获得主要通过两 种途径：
纳米薄膜及其特性
• 纳米薄膜是指晶粒尺寸或厚度为纳米级(1-100 nm)的 薄膜以及每层厚度在纳米量级的单层或多层膜 。但实
际上目前研究最多的还是纳米颗粒膜，即纳米尺寸的 微小颗粒镶嵌于薄膜中所构成的复合纳米材料体系。
纳米相的特 殊作用，颗 粒膜成为新 型复合材料
磁学 电学 光学非线形
纳米磁性薄膜 纳米光学薄膜 纳米气敏膜 纳米润滑膜 纳米多孔膜
应纳纳
用米米 纳
与薄薄 发膜膜 展的及
米 薄
制其 膜
备特
性
薄膜
薄膜是在一个维度方向(厚度)尺寸微小的二
维固体材料，本质上源自文库是把表面性质优先的 膜称为薄膜。
厚度尺寸微小、表 面质点比例大及结 构的连续性受制于 表面界面使薄膜表 现出与同质块体材 料有所不同的特性
熔点降低 （厚度越小，熔点越低） 干涉效应引起光的选择性透射和反射 表面电子的非弹性散射使电导率和热导率下降 能级分裂产生表面能级和表面磁各向异性 超导临界温度变化(Tc金属升高，Tc铜氧体下降) 绝缘薄膜厚度方向产生隧道电流
其他方法……
热分解法 冷喷涂技术 热喷涂技术 离化团簇束等新技术（我国南京大学的研
究人员采用低能团簇束沉积技术成功制得Te 纳米薄膜）
发展前景
纳米薄膜由于具有传统复合材料和现代纳 米材料两者的优越性, 正成为纳米材料的重要 分支而越来越引起广泛的重视和深入的研究。 而其关键便在于探索其新现象, 新效应以及它 们的物理起因。
纳米薄膜的性能主要依赖于晶粒
（颗粒）尺寸、膜的厚度、表面粗糙度 及多层膜的结构，这是以后纳米薄膜研 究的主要内容。而根据纳米薄膜的特异 性能开拓新用途, 实现产业化也是纳米 薄膜材料发展的根本之所在。
①在非晶薄膜晶化的过程中控制纳米结构的形成， 如采用共溅射方法制备Si／SiO2薄膜，在700-9000C 氮气气氛下快速退火获得纳米St颗粒。
②在薄膜的成核生长过程中调节成膜条件以控制纳米 结构的形成。在溅射工艺中，高溅射气压、低溅射功 率条件下最易得到纳米结构的薄膜。
例
中科院上海硅酸盐所在高频反应溅射氧化 镍薄膜中发现征6Pa低压力的条件下，沉积的 氧化镍薄膜具有5-l0nm的纳米结构，随着真 空度的提高，薄膜中非晶态的含量逐渐增加。
谢谢！
电化学沉积方法作为一种十分经济而又简单的 传统工艺手段，可用于合成具有纳米结构的纯 金属、合金、金属—陶瓷复合涂层。
包括直流电镀、脉冲电镀、无极电镀、共沉积 等技术。
电化学沉积
纳米结构的获得，关键在于制各过程中晶粒成 核与生长的控制。
电化学方法制备的纳米材料在抗腐蚀、抗磨损、 磁性、催化、储氢、磁记录等方面均具有良好 的应用前景。
例如
➢ 将Ge、Si或C颗粒（1一10nm)均匀弥散地 镶嵌在绝缘介质薄膜如SiO2中，可在室温 下观察到较强的可见光区域的光致发光现 象。
➢ 粒径尺寸控制在5—10 nm的氧化镍薄膜呈 现出优异的电变色性能。
➢ Ag-CsO2光电薄膜， InAs-Si02光电薄膜
纳米薄膜的制备
沉积类方法
物理气相沉积（PVD） 化学气相沉积（CVD） 电化学沉积
而从电变色性能而言，粒径尺寸控制在 5-10 nm的氧化镍薄膜呈现出优异的电变色性 能。
工艺条件的影响
化学气相沉积（CVD）
基本过程：
利用挥发性金属化合物等蒸气为原料，进行气 相热分解和其他化学反应来生成超细粉体并沉 积于基体物质表面以制备薄膜。
化学气相沉积（CVD）
CVD薄膜的形成过程
1 导入反应气体
热蒸发 由高能粒子击出
蒸发镀膜（蒸镀） 溅射镀膜（溅射）
气相镀料的输送：一定的真空度是PVD(真空镀膜)的前提
气相镀料的沉积
引入活性反应气 体形成化合物膜
用高能离子轰击 沉积中的膜以改 善膜的结构性能
反应镀 离子镀
蒸镀和溅射均可做成反应镀和离子镀，进行反应镀时， 无需改变蒸镀装置，而离子镀的装置结构则大有不同，故 离子镀常被当作蒸镀与溅射之外的第三种PVD方法
纳米微粒薄膜的制备，利用气相 反应，在高温、等离子或激光辅助等 条件下通过控制反应气压、气流速率、 基片材料温度等因素而控制纳米微粒 薄膜的成核生长过程，通过薄膜后处 理控制非晶薄膜的晶化过程，从而获 得纳米结构的薄膜材料，这一工艺方 法在半导体、氧化物、氮化物、碳化 物纳米微粒薄膜中应用较多。
电化学沉积
其他方法……
物理气相沉积（PVD）
物理气相沉积(PVD): PVD法是在真空或低 压惰性气体气氛中，采用高温加热源，使 源物质气化或形成等离子体与惰性气体分 子碰撞或源物质分子相互碰撞而失去能量， 然后骤冷凝结成纳米粒子或超微粒子的过 程 .其生成过程均为物理变化过程。
PVD包括三个基本过程
气相镀料的产生
7 排出体系
主气流层
2 向 边 界 层 扩 散 3 吸附
4 表面化学反应
边界层
6 气态产物向主气流层扩散
5 气态产物脱附
界面
化学气相沉积方法
化学气相沉积方法也是常规的纳米薄膜 制备方法之一，包括常压、低压、等离子体 辅助气相沉积等。
CVD中影响薄膜质量参数有： 反应气体组成 工作气压 沉积温度（单晶、多晶、无定形晶） 气体流量及原料气体的纯度等。
蒸镀薄膜的生长过程
岛状生长（蒸发原子间结合能＞蒸发原子与基体原子结合能） 塑料镀铝、玻璃镀银即是
层向生长（蒸发原子间结合能 ~ 蒸发原子与基体原子结合能） 如膜、基结构、性能匹配较好的“外延生长”—分子束外延
层岛结合生长（蒸发原子间结合能＜蒸发原子与基体原子结合能） 在半导体表面镀金属膜时
纳米薄膜的获得主要通过两 种途径：
纳米薄膜及其特性
• 纳米薄膜是指晶粒尺寸或厚度为纳米级(1-100 nm)的 薄膜以及每层厚度在纳米量级的单层或多层膜 。但实
际上目前研究最多的还是纳米颗粒膜，即纳米尺寸的 微小颗粒镶嵌于薄膜中所构成的复合纳米材料体系。
纳米相的特 殊作用，颗 粒膜成为新 型复合材料
磁学 电学 光学非线形
纳米磁性薄膜 纳米光学薄膜 纳米气敏膜 纳米润滑膜 纳米多孔膜
应纳纳
用米米 纳
与薄薄 发膜膜 展的及
米 薄
制其 膜
备特
性
薄膜
薄膜是在一个维度方向(厚度)尺寸微小的二
维固体材料，本质上源自文库是把表面性质优先的 膜称为薄膜。
厚度尺寸微小、表 面质点比例大及结 构的连续性受制于 表面界面使薄膜表 现出与同质块体材 料有所不同的特性
熔点降低 （厚度越小，熔点越低） 干涉效应引起光的选择性透射和反射 表面电子的非弹性散射使电导率和热导率下降 能级分裂产生表面能级和表面磁各向异性 超导临界温度变化(Tc金属升高，Tc铜氧体下降) 绝缘薄膜厚度方向产生隧道电流
其他方法……
热分解法 冷喷涂技术 热喷涂技术 离化团簇束等新技术（我国南京大学的研
究人员采用低能团簇束沉积技术成功制得Te 纳米薄膜）
发展前景
纳米薄膜由于具有传统复合材料和现代纳 米材料两者的优越性, 正成为纳米材料的重要 分支而越来越引起广泛的重视和深入的研究。 而其关键便在于探索其新现象, 新效应以及它 们的物理起因。