薄膜材料及其性质

聚结
出的地方再次成核。由于该过程伴
随着再结晶和晶粒生长，对膜层的 核生长
结构和性质有着重要的作用。
沟渠
（3）沟渠阶段：逐渐形成网络结构， 剩下宽度为5-20nm的沟渠。沟渠 内再次成核、聚结与沟渠边缘结合， 仅留下孔洞。
（4）连续阶段：沟渠和孔洞 消失，形成连续薄膜。
聚结wk.baidu.com
孔洞
连续膜 薄膜生长过程
6
成核
（3）氧化物 3.特殊薄膜材料
氧化硅（SiO2），二氧化钛（TiO2）， 氧化锆（ZrO2 ），氧化铪（HfO2）
（1）红外与紫外薄膜材料
（2）任意折射率薄膜材料
13
5.3 光学薄膜材料的选择
1、透明波段； 2、折射率； 3、消光系数； 4、机械特性
硬度； 应力； 抗潮湿性； 抗激光损伤等其它特殊要求。
浸润性好； 沉积物质原子与基底原子键合
浸润性差； 沉积物质原子互相键合；金
属膜在非金属衬底上生长
从层状模式转变为 岛状模式
5
3.薄膜的生长（长大）过程—四阶段
（1）岛状阶段：平行基片的生长 速度大于垂直方向上的速度，逐渐 从圆球形核变成六面体孤立的岛。
（2）聚结阶段：相邻岛的合并，岛 成核
的形状呈现六面体。岛聚结后，空
当蒸气原子接近于基底表面的若干原子直径范围时， 就进入基底的表面力场—从而产生吸附。
值得注意的是：吸附是一个动态过程，由于发生 吸附的原子仍然具有热动能等能量，当吸附原子 动能超过解除吸附所需要的能量，则会从衬底上 脱离出来。
3
2.成核过程
当蒸气原子到达基底表面通过吸附形成永久驻留 的团聚体时，这一过程称之为成核过程。
14
较小的团簇而长大，或者“成熟”。 。
➢ 这一过程的驱动力来自于岛状结构的薄膜力图 降低自身表面自由能的趋势。
9
2)、烧结
烧结是两个相互接触的核心（团簇）相互吞并的过程。
发生在两个相互 接触的团簇之间
表面能的降低趋 势是整个过程的 驱动力。
原子的扩散包含 体扩散和表面扩 散。
10
3)、团簇（岛）迁移
岛状
凝聚
沟道 连续阶段
（111）氯化钠晶体表面银膜的生长过程
7
4.团聚(聚结)的模式
Ostwald熟化(Ostwald ripening-奥斯瓦尔多吞并) 烧结(sintering) 团簇迁移(cluster migration)
8
1)、Oswald熟化
➢ 设想在成核过程中，已形成许多大小不同的核心， 随着时间的推移，较大的核心（团簇）通过吞并
入射原子到达基片表面后，在法线方向上仍有相当大的动能， 则在基片表面作短暂停留后被反射。如（1）。
如入射原子的动能不是很大，到达基 片表面后失去法线方向上的速度而被吸附 在基片表面，如（2）。
由于吸附原子仍保留着平行于基片的
动能，它将沿面移动，并于其他原子一起 形成原子对（3）或原子团（4）。
在表面上容易被捕获的地方（凹陷等） 形成核（5）。
第五章 薄膜材料及其性质
1
5.1薄膜的形成与生长 薄膜形成的显微过程
均匀、细小、可 以运动的原子团
核或者岛开始长大岛密度增 加、尺寸增大
通过团聚，岛开始合并
团聚的继续导致连续网络的形成
沟道逐渐被填充
2
1、吸附过程
薄膜沉积过程中，蒸气原子与基底相遇，产生 相互的吸引，这一过程称为吸附过程，吸附是薄 膜形成的最初阶段。
这个核与接连不断飞来的原子及邻近 的核合并，形成稳定的核（6）。
薄膜的成核过程
4
薄膜成核的三种模式
岛状生长模式
沉积分子或原子相互间的 结合力远高于和衬底的结 合
层状生长
最小稳定核的生长倾向于 两维方向，沉积分子或原 子相互间的结合力远低于 和衬底的结合
岛加层状生长模式
单层结构形成以后，原子 间的结合力开始增强，因 而出现岛状生长倾向
在薄膜生长初期，岛的相互吞并还涉及第三种机制，即岛的迁移。
团聚由于团簇在随机迁移过程中相遇 而发生
当基底温度足够高时，大至5-10nm 的团簇可以在基底表面整体迁移或扩 散。
11
12
5.2 常用光学薄膜材料
1.金属薄膜材料；
2.介质薄膜材料 （1）氟化物 （2）硫化物
冰晶石（Na3AlF6），氟化镁（MgF2） 硫化锌（ZnS），硒化锌（ZnSe）