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薄膜的结构特征和缺陷

薄膜的结构特征和缺陷

高分子薄膜
如聚乙烯膜、聚丙烯膜等, 具有良好的柔韧性和加工 性,广泛应用于包装、印 刷等领域。
PART 02
薄膜结构特征分析
表面形貌与粗糙度
表面形貌
薄膜表面通常呈现出不同的形貌特征,如平滑、粗糙、颗粒状等。这些形貌特 征受到制备工艺、材料性质等因素的影响。
粗糙度
粗糙度是描述薄膜表面不平整程度的参数,常用算术平均粗糙度(Ra)或均方 根粗糙度(Rq)来表示。粗糙度对薄膜的光学、电学等性能有重要影响。
WENKU
REPORTING
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度、湿度和化学物质等,导致结构和性能的不稳定。
缺陷控制难题
02
薄膜中常常存在各种缺陷,如空位、杂质、位错等,这些缺陷
对薄膜的性能产生严重影响,而控制缺陷的难度较大。
大面积制备技术瓶颈
03
目前薄膜的制备技术难以实现大面积、高质量薄膜的制备,限
制了薄膜材料在实际应用中的推广。
未来发展趋势预测
新型薄膜材料的开发
01
晶界
不同晶粒之间的界面,由于晶粒取向不同而形成面缺陷。晶界可能是由
于晶体生长过程中的形核、长大等因素导致。
02
相界
不同相之间的界面,由于相结构或化学成分不同而形成面缺陷。相界可
能是由于薄膜制备过程中的成分偏析、热处理等因素造成。
03
面缺陷对薄膜性能的影响
可能导致薄膜力学性能降低、耐腐蚀性变差等。
2
精确控制沉积速率、温度、压力等关键工艺参数, 以确保薄膜具有所需的结构和性能。
3
采用先进的工艺控制技术,如实时监测与反馈调 整,确保制备过程的稳定性和可重复性。
优化原材料质量和纯度
选用高纯度、高质量的原材料, 以减少杂质和缺陷的引入。

薄膜的结构与缺陷

薄膜的结构与缺陷

总结词
薄膜在电子器件领域的应用广泛,包括集成电路、显示器、 太阳能电池等。
详细描述
薄膜材料具有优异的电学、光学和机械性能,能够提高电子 器件的效率、稳定性和可靠性。例如,在集成电路中,薄膜 可以作为导电层、绝缘层和介质层,实现高速、低功耗的电 路传输。
光学器件领域
总结词
薄膜在光学器件领域的应用主要涉及反射、折射、滤光等功能。
点缺陷
定义
点缺陷是指薄膜中仅有一个或几个原子尺度的缺陷。
形成原因
在薄膜制备过程中,由于原子或分子的迁移率低,导致某些位置上 的原子或分子无法到达预期位置,从而形成点缺陷。
影响
点缺陷的存在会影响薄膜的物理和化学性质,如导电性、光学性能 等。
线缺陷
定义
线缺陷是指沿某一特定方向延伸的缺陷,如位错、晶界等。
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薄膜的结构与缺陷
目录
• 薄膜的简介 • 薄膜的结构 • 薄膜的缺陷 • 薄膜的制备方法 • 薄膜的检测与表征 • 薄膜的应用与展望
01
薄膜的简介
薄膜的定义
薄膜是指在固体表面上的一个薄层, 其厚度通常在纳米到微米级别。
薄膜的特性与基底材料、制备工艺、 环境条件等多种因素有关。
薄膜的分类
根据材料分类
影响
面缺陷的存在会影响薄膜的光学性能和表面平整度,如反射率、透光 率等。
04
薄膜的制备方法
物理气相沉积法
01
真空蒸发沉积
利用加热蒸发材料,使其原子或分子从蒸发源中逸出,并在基底表面凝
结成膜的方法。
02
子或分子被溅射出来并在基底表面
沉积成膜的方法。
03
离子镀

薄膜的结构与缺陷

薄膜的结构与缺陷

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原因:
① 晶格常数不匹配
晶格常数失配数 m=(b-a)/a
当m≈2%时,晶格畸变层厚度为n个Å 当m≈4%时,晶格畸变层厚度可达几百Å
当m>12%时,晶格畸变到完全不匹配
② 薄膜中有较大的内应力和表面张力
简单理论计算:
设基体表面一个半球形晶粒,半径为r,单位长度表面自 由能为σ 。表面张力作用对晶粒产生的压力 f 为
(8-3)
说明晶格常数变化比(即应变)
a a
与半径
r
成反比,
r 越小, a 越大。说明薄膜中晶格常数不同于
块状材料a的晶格常数。
③ 热胀系数不同
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三、薄膜的表面结构
1、表面形态
(1) 不连续膜(岛状、颗粒),一般厚度较小,50Å以下。 (2) 多孔网状膜
(3) 连续状膜
热力学能量理论分析:理想的薄膜表面应具有最小表面积,
才能使其总能量达到最低值,但实际上是不可能的。
实际情况:
◆ 薄膜的表面具有一定的粗糙度,厚度在各处不均匀。
若薄膜的平均厚度为d,它按无规则变量的泊松几率分布,
由此可得到膜厚的平均偏离值 d d
薄膜的表面积随着其厚度的平方根值而增大。
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A、硫化物和卤化物薄膜在基体温度低于77K时可形 成无定形薄膜。
B、10-2~10-3Pa氧分压中蒸发铝、镓、铟等超导薄 膜,由于氧化层阻挡晶粒生长而形成无定形薄膜。
C、83%ZrO2 -17%SiO2的掺杂薄膜中,由于两种沉
201积9/10原/15 子尺寸的不同也可形成无定形薄膜。
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2.多晶结构

完整word版,保护膜基本构成及常见质量问题分析(节选)

完整word版,保护膜基本构成及常见质量问题分析(节选)

保护膜基本构成及常见质量问题分析(节选)目前,海螺型材使用的保护膜为BOPP/VMPET复合保护膜,其结构共五层,如下图:一、BOPP:双向拉伸聚丙烯薄膜,密度0.92/cm³,易燃、燃烧时火焰下部蓝,上部黄,有少量黑烟, 石油味。

主要性能:无色、透明度较高;抗拉强度、冲击强度、挺度优异;耐寒性、耐热性优良:-40~120℃;隔绝水蒸气的性能很好;隔氧性较差。

二、PET:双向拉伸聚酯薄膜(聚对苯二甲酸乙二醇酯),密度1.4g/cm³,易燃,燃烧时有大量黑烟,并会产生黑色碎片,有苯的气味。

主要性能:机械强度大:抗张力等于PE的5~10倍。

挺力强,耐冲击好;耐热性和耐寒性好,高温240℃仍稳定;耐油性好,耐药性好,耐酸性优良,耐碱性差;水和水蒸汽透过小,防潮、防性优良;对于氧气及湿气的隔绝能力相对较差,但对于香料的保香性能优良;透明度好,防止紫外线透过性较差。

三、油墨:油墨的功能是在印刷材料上形成耐久的有色图象,由颜料、连结料、溶剂、填充料、辅助剂组成。

油墨调配项目和相关理论包括:色料原色、色彩属性、色料减色法、间色复色补色、油墨调配、油墨的粘度浓度调节等。

四、复合胶水:目前我公司使用为油性双组份聚氨酯型胶黏剂:A组份为多元醇共聚物;B组份为多异氰酸酯。

五、涂布胶水1、压敏胶水的构成:丙烯酸酯压敏胶主要是有起粘附作用成分、起凝聚作用成分和起改性成分的单体共聚物。

粘附成分提供初粘力;凝聚成份可提高内聚力,又对粘附性、耐水性、透明性等有特殊的作用;改性成份为带官能团的单体,它不仅起交联作用,而且对粘附性、内聚力的提高也起作用。

压敏胶的合成按自由基引发聚合原理,采取乳液或溶液聚合方法进行聚合。

2、丙烯酸水性压敏胶的特性:水性丙烯酸压敏胶以水为稀释剂,具有环保、安全和低成本的优势。

丙烯酸水性压敏胶的特定构成组分决定了其稳定性、耐水性、耐候性等要劣于酯溶型胶。

具体表现为:⑴、干燥速度慢,水的挥发速度远远低于醋酸乙酯。

薄膜的结构与缺陷

薄膜的结构与缺陷
由于晶粒生长倾向于入射方向,高起的晶粒遮住了 相邻的晶粒使继续入射的原子达不到,使薄膜表面凹凸 不平,内部出现大缺陷。(见示意图)
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薄膜表面结构与构成薄膜整体的内部结构相关, 因此应研究薄膜内部结构。
2、内部结构
由于薄膜表面结构和构成薄膜整体的微型体状密 切相关,大多数蒸发薄膜具有下述特点:
形成无定形薄膜的工艺条件:
降低吸附原子的表面扩散速率(通过降低基体温度Ts、引 入反应气体和搀杂方法实现),使原子扩散速率降低到凝结 在本身射点及入射点附近。
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二.薄膜的晶体结构
◆ 薄膜的晶体结构是指薄膜中各晶粒的晶型状况。
◆ 晶体的主要特征是其中原子有规则的排列。 ◆ 由于晶体结构具有对称性,可以用三维空间中的三个矢 量a’、b’ 、c’ 以及对应的夹角α、β、γ来描述。
四、层错缺陷
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在真空蒸发薄膜中存在层错缺陷,由原子错排 产生,
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在完整的面心立方晶体中应以ABC顺序堆垛,每三层一个 反复,周而复始,ABCABC……(若在原子排列中缺少某 一层,如A层),则为ABC BC ABC,于是产生了层错。
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◆ 若薄膜的平均厚度为d,它按无规则变量的泊松 几率分布,由此可得到膜厚的平均偏离值 d d
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1—在N2气压为133.3Pa下淀积的;2—在高真空下淀积的 14
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◆ 薄膜的表面积随着其厚度的平方根值而增大。但由于
入射原子沉积到基体表面上之后,释放出能量就吸附在 基体表面上。然后依靠横向扩散能量在表面上作扩散, 占据表面上的一些空位,使薄膜表面上的谷被填平,峰 被削平,导致薄膜表面面积不断缩小,表面能逐步降低。

薄膜的结构特征和缺陷

薄膜的结构特征和缺陷

3、薄膜的表面结构 在薄膜的沉积、形成、成长过程中,入射到基体表 面上的气相原子是无规律的,所以薄膜表面都有一定的 粗糙度。粗糙度对光学性能关,在基体温度和真空度较低时,容易出现多孔结构。 所有真空蒸发薄膜都呈现柱状体结构,溅射薄膜的 柱状结构是由一个方向来的溅射粒子流在吸附原子表面 扩散速率很小的情况下凝聚形成的。
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, 主要讨论影响薄膜结构与缺陷的因素,以及对性能的影 响。
一、薄膜的结构 薄膜的组织结构是指它的结晶形态,薄膜结 构可分为三种类型: 1、组织结构 2、晶体结构 3、表面结构
1、薄膜的组织结构 (1)非晶态结构。 从原子排列情况来看它是一种近程有序、远程 无序的结构,只有少数原子排列是有秩序的,显示 不出任何晶体的性质,这种结构称为非晶结构或玻 璃态结构。 形成非晶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 体和掺杂等的方法制成非晶薄膜。
(2)多晶结构。 多晶结构薄膜是由若干尺寸大小不等的晶粒所 组成。在薄膜形成过程中生成的小岛就具有晶体的 特征(原子有规则的排列)。由众多小岛聚结形成的 薄膜就是多晶薄膜。 用真空蒸发法或阴极溅射法制成的薄膜,都是 通过岛状结构生长起来的,所以必然产生许多晶粒 间界,从而形成多晶结构。
(3)纤维结构。 纤维结构薄膜是晶粒具有择优取向的薄膜,根据取 向方向、数量的不同分为单重纤维结构和双重纤维结构。 生长在薄膜中晶粒的择优取向可发生在薄膜生长的 各个阶段:初始成核阶段、小岛聚结阶段和最后阶段。
(4)单晶结构。 单晶结构薄膜通常是用外延工艺制造的。外延生长 需要满足三个基本的条件。 a、吸附原子必须有较高的表面扩散速率,所以基体温 度和沉积速率就相当重要。在一定的蒸发速率条件下, 大多数基体和薄膜之间都存在着发生外延生长的最低温 度,即外延生长温度。 b、基体与薄膜材料的结晶相溶性。 c、基体表面清洁、光滑和化学稳定性好。 满足以上三个基本条件,才能制备结构完整的单晶薄膜。

薄膜的缺陷

薄膜的缺陷

薄膜的缺陷
位错 位错是薄膜中最常遇到的缺陷之一。 薄膜中的位错密度: 10
12
1013 / cm2 106 / cm2 1012 / cm2
优质体单晶位错密度:104
10 10 强烈塑性变形晶体位错密度:

刃型位错
螺型位错, 混合位错
薄膜的缺陷
形成原因:a.基体引起的位错;b.小岛的凝结
薄膜的缺陷
薄膜的缺陷
晶粒间界
薄膜的缺陷
薄膜缺陷
薄膜的缺陷 ★ 薄膜的缺陷
点缺陷
薄膜的缺陷
薄膜的缺陷
薄膜的缺陷
薄膜的缺陷 空位是热力学稳定的缺陷 不同金属空位形成能不同 空位浓度与空位形成能、温度密切相关
n C exp(SV / k ) exp(EV / kT) Aexp(EV / kT) N
薄膜中原子空位的主要效果主要表面在晶体体积和 密度上。薄膜中空位浓度在平衡浓度以上,所以它的密 度比体材料小。

真空镀膜技术_第13章: 薄膜的结构与缺陷

真空镀膜技术_第13章: 薄膜的结构与缺陷
表面结构包括外表面和内表面。
薄膜的结构和缺陷——薄膜的结构
薄膜晶粒织构(组织结构)模型 薄膜织构与基片温度 TS 和蒸发材料熔点温度 Tm 的
比值 TS / Tm相关。
气孔率减小
薄膜的结构和缺陷——薄膜的结构
薄膜的结构和缺陷——薄膜的结构
薄膜微观结构表征(柱状体半径、内表面积、聚集密度) 阅教材
薄膜的结构和缺陷——薄膜的结构
多晶结构
多晶结构薄膜是指由若干大小不等,晶向不等的晶粒 所构成的结构。
薄膜的结构和缺陷——薄膜的结构
多晶结构薄膜存在晶界(晶粒间界)
晶界上存在晶格畸变; 界面能:界面移动造成晶粒长大和界面平直化; 空位源:杂质富集; 界面特性影响多晶薄膜与输运相关的性质。
刃型位错 螺型位错, 混合位错
薄膜的结构和缺陷——薄膜的缺陷
形成原因:a.基体引起的位错;b.小岛的凝结
薄膜的结构和缺陷——薄膜的缺陷
薄膜的结构和缺陷——薄膜的缺陷
晶粒间界
薄膜的结构和缺陷——薄膜的缺陷
薄膜的结构和缺陷——薄膜的缺陷
层错缺陷
薄膜的结构和缺陷——薄膜的缺陷
XRD(X射线衍射)是目前研究晶体结构(如原子或离子及其基团的种类和位 置分布,晶胞形状和大小等)最有力的方法。 XRD 特别适用于晶态物质的物相分析。晶态物质组成元素或基团如不相同或 其结构有差异,它们的衍射谱图在衍射峰数目、角度位置、相对强度次序以 至衍射峰的形状上就显现出差异。因此,通过样品的X射线衍射图与已知的晶 态物质的X射线衍射谱图的对比分析便可以完成样品物相组成和结构的定性鉴 定;通过对样品衍射强度数据的分析计算,可以完成样品物相组成的定量分 析。XRD还可以测定材料中晶粒的大小或其排布取向(材料的织构)...等等, 应用面十分普遍、广泛。

薄膜的结构与缺陷课件

薄膜的结构与缺陷课件
生长速度
薄膜的生长速度也会影响缺陷的形成。如果生长速度过快,会导致 原子或分子的堆积不均匀,从而形成缺陷。
应力
在薄膜形成过程中,由于应力的作用,会导致原子或分子的错位,从 而形成缺陷。
生长条件的影响
温度
温度是影响薄膜缺陷形成的重要因素。在高温下,原子或 分子的活动能力增强,容易发生迁移和错位,从而形成缺 陷。
表面能差异
薄膜表面的原子或分子的排列与体内不同,导致表面能差异,这种 差异会导致原子或分子的迁移,从而形成缺陷。
相变
薄膜在形成过程中,可能会发生相变,即晶体结构的变化,这种变 化会导致原子或分子的重新排列ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ从而形成缺陷。
动力学因素
扩散
在薄膜形成过程中,原子或分子的扩散速度会影响缺陷的形成。如 果扩散速度过快,会导致原子或分子的分布不均匀,从而形成缺陷 。
扫描电子显微镜检测
总结词
扫描电子显微镜可以提供高分辨率的表面形貌图像,能够观察到薄膜表面的微观 结构。
详细描述
扫描电子显微镜利用电子束扫描薄膜表面,通过收集二次电子和背散射电子信号 ,生成高分辨率的表面形貌图像。通过观察图像,可以了解薄膜表面的微观结构 、颗粒大小和分布等信息。
原子力显微镜检测
总结词
影响
点缺陷的存在会影响薄膜 的物理和化学性质,如导 电性、光学性能等。
线缺陷
定义
影响
在薄膜中,沿着某一方向出现连续的 不规则排列现象。
线缺陷的存在会对薄膜的力学性能产 生影响,如强度、韧性等。
形成原因
在薄膜制备过程中,由于温度梯度或 化学反应速率的不均匀性,导致沿某 一方向出现连续的不规则排列。
面缺陷
通过掺杂或合金化,改变薄膜的成分和结构,提高其性能。

薄膜的结构与缺陷

薄膜的结构与缺陷

▪ 不具备晶体的性质;
▪ 亚稳态
.
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薄膜的结构和缺陷——薄膜的结构
晶态
非晶态
.
4
薄膜的结构和缺陷——薄膜的结构
形貌无序
自旋无序
.
5
薄膜的结构和缺陷——薄膜的结构
替代无序
振动无序
.
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薄膜的结构和缺陷——薄膜的结构
晶体的特性:
1. 具有固定的熔点; 2. 各向异性; 3. 特定的几何外形。
形成无定形结构的条件:降 低吸附原子的表面扩散速率。
▪ 空位源:杂质富集;
界面特性影响多晶薄膜与输运. 相关的性质。
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薄膜的结构和缺陷——薄膜的结构
.
10
薄膜的结构和缺陷——薄膜的结构
➢ 纤维结构(织构) 概念:纤维结构薄膜是指晶粒具有择优取向的薄膜。 • 单重纤维结构(一个方向) • 双重纤维结构(两个方向) 择优取向可以发生在薄膜生长的各个阶段。
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薄膜的结构和缺陷—薄膜结构与组分的分析方法`
➢ 扫描电子显微镜分析
优点:
1、分辨本领高(50Å)
2、景深大。
3、放大倍数连续可调。
4、与X射线色谱仪或X射线能谱仪配合使用,可进行成分 分析。
5、可进行加热、冷却、断裂、拉伸、加电压等动态分析。
6、可对样品不同部位进行分析。
7、制样简单,可直接观察断. 口。
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薄膜的结构和缺陷—薄膜结构与组分的分析方法
❖Perkin-Elmer 公 司 的 Auger 电 子 能 谱 手册,其中给出了 各种原子不同系列 的Auger峰位置。
❖每 种 元 素 的 各 种 Auger 电 子 的 能 量 是识别该元素的重 要依据。

薄膜技术第三章:薄膜的形成结构和缺陷全文

薄膜技术第三章:薄膜的形成结构和缺陷全文
薄膜形成过程:
类液相
气相
小于临界核尺
寸的原子团
(表面相)
大于临界核尺
寸的原子团
(固相)
3-2 核形成与生长
☞临界核热力学描述
在液体中形成固相核,总自由能变化为:
G GV Gs Gv V S
表面积
表面自由能 单位体积 固相体积
单位表面
自由能
自由能
上式就是相变热力学
的基本公式。
3-3薄膜形成过程与生长模式
☞薄膜形成过程描述:
➢联并阶段
联并过程的动力学关系:
式中, r 是小岛的半径, r‘ 是颈部的曲率半径, D是吸
附原子的扩散系数, 是表面自由能,m 和 k是常数,V是
原子体积,n 是吸附原子在岛上的面密度。
3-3薄膜形成过程与生长模式
☞薄膜形成过程描述:
➢沟道阶段
孤立的岛有变圆的趋势。当岛结合以后,在岛的生
3-2 核形成与生长
☞临界核、稳定核与薄膜形成
a. 在一定条件下系统达到平衡,小原子团的数目不变。在基
片上不能形成稳定的薄膜(淀积一停止,它们将消失)。
b. 要形成稳定薄膜,必须在薄膜表面形成稳定核,即稳定核
一旦产生,一般来说就不在分解。
稳定核大小不一,所含原子数目各有不同;其中必然
有最小稳定核。
➢吸附原子的捕获面积 SΣ
讨论:

时,每个吸附原子的捕获面积内只有一个原
子,故不能形成原子对,也不能产生凝结。

时,发生部分凝结。平均每个吸附原子的
捕获面积内有一个或两个吸附原子,可形成原子对或
三原子团。在滞留时间内,一部分吸附原子有可能重
新蒸发掉。

薄膜的结构特征和缺陷优秀文档

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2、薄膜的晶体结构 但是在聚结阶段,当两个小岛相遇时,如果它们的位向有轻微差别,在结合处将形成位错。 薄膜的晶体结构是指薄膜中各晶粒的晶型状况。晶体 晶体的主要特征是其中原了有规则的排列。
与此同时,薄膜中的晶格常数也与材料块状时的值有较大的差别。 外延生长需要满足三个基本的条件。
的主要特征是其中原了有规则的排列。在大多数情况下, 位错是晶态薄膜中最普遍存在的一种线性缺陷,是薄膜中最常遇到的缺陷之一,它是晶格结构中一种“线型”的不完整结构。
形成非晶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 体和掺杂等的方法制成非晶薄膜。
生长在薄膜中晶粒的择优取向可发生在薄膜生长的各个阶段:初始成核阶段、小岛聚结阶段和最后阶段。
(2)多晶结构。 c、基体表面清洁、光滑和化学稳定性好。
3、薄膜的晶界与层错
多晶结构薄膜是由若干尺寸大小不等的晶粒所 但是在聚结阶段,当两个小岛相遇时,如果它们的位向有轻微差别,在结合处将形成位错。
面上的气相原子是无规律的,所以薄膜表面都有一定的 粗糙度。粗糙度对光学性能影响较大。
由于薄膜的表面结构和构成薄膜整体的微型体密切 相关,在基体温度和真空度较低时,容易出现多孔结构。
所有真空蒸发薄膜都呈现柱状体结构,溅射薄膜的 柱状结构是由一个方向来的溅射粒子流在吸附原子表面 扩散速率很小的情况下凝聚形成的。
但是由于薄膜及其成膜过程的特殊性,因而薄膜中缺陷的形成原因和分布等也表现出一定的持续性,特别是其数量一般都大大超过块
中晶粒的晶格常数也常常和块状晶体不同。 状材料。
位错是晶态薄膜中最普遍存在的一种线性缺陷,是薄膜中最常遇到的缺陷之一,它是晶格结构中一种“线型”的不完整结构。
产生这种现象的原因有两个:一是薄膜材料本身的晶 粗糙度对光学性能影响较大。
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