10气相沉积技术PPT课件

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常用薄膜材料・工具钢・模具钢的硬度
HRC
HV
66.4 880
65.9 860
65.3 840
64.7 820
材料 SKH59
SKH4 SKH10
64
800
SKH55
SKH57
SKH3
63.3 780 SKH51
SKH2
61
720
60.1 700
SKS
SKD11 SUS440C
SOH62
SOH60
真空度越低则压强愈高。
压强是真空的法定度量单位。
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真空度量单位：
1标准大气压（1atm）=760mmHg=760 Torr 1标准大气压=1.013×105 Pa 1Torr=133.3Pa 1bar= 105 Pa ≈1atm 1kgf/cm2=0.98bar
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常用真空单位及换算：
单位
Pa
Torr
bar
atm
1Pa
1
7.5×10-3 1×10-5 9.87×10-6
1Torr
133.32
1
1.33×10-3 1.32×10-2
1bar 1atm
1×105 1.013×105
7.5×102 760
1 1.013
9.87×10-1 1
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真空区域的划分：
目前尚无统一规定，常见的划分为： 粗真空：105-102Pa，变化不大；压力差 低真空：102-10-1Pa，粘稠滞流状态过渡为分子状态；气体放电、真
10 气相沉积技术
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教学目的和要求
学习蒸发镀膜、溅射镀膜、离子镀膜、化学气相沉 积等气相沉积技术的基本原理、主要特点、常见方法(技 术种类)，薄膜的形成过程等。
重点掌握各种气相沉积技术的基本原理、主要特点。
参考书： 杨邦朝、王文生，薄膜物理与技术，电子科技大学出版社，1994
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前言
20世纪50年代：（电子工业和信息产业）薄膜技术快速发展
目前，向综合型、智能型、环境友好型、节能长寿及纳米化等方向发展。
现在几乎可以在任何基体上沉积任何物质的薄膜。
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四、薄膜材料的制备方法
（薄膜技术分类）（主要和常见的）
湿法（溶液镀膜法）
电镀 化学镀 阳极氧化法 LB法
镀膜
干法
PVD法
蒸发 溅射 离子镀
划分是非严格的习惯分法。
本课程的“薄膜材料”为：固体基片（基底、衬底）上的固体薄膜。
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薄膜材料：一开始就由原子、分子、离子的沉积过程所形成的二 维材料，其厚度一般为1nm－10μm。
有别于：塑料薄膜、箔、复合层（离子注入）等。
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2、分类
分类的方法很多。
机械功能膜：耐磨、减磨、抗腐蚀…… 厚度：（一般）1－10μm
CVD
CVD法 低压CVD
等离子CVD
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五、真空技术基础
真空技术是一门独立的前沿学科。
基本内容： 真空物理、真空的获得、真空的测量和检漏、真空系统的设计和
计算等。
真空技术的应用： 薄膜技术、电子技术、材料科学、航空航天技术、加速器、表面
物理、医学、化工、工农业生产、日常生活等各个领域。
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真空在薄膜技术中的作用: 减少杂质 减少散射 有利于蒸发等进行
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1、 真空的基本知识
真空： 低于一个大气压的气体空间（气体状态）。
1643年，意大利物理学家托里拆利(E.Torricelli)首创著名的大 气压实验，获得真空。
自然真空：气压随海拔高度增加而减小，存在于宇宙空间。
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真空是相对的，绝对的真空是不存在的。
n=7.2×1022P/T (个/cm3)
太阳系： n=102个/m3 恒星空间： n=101个/m3
(温度：0－107K)
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真空度的度量： 压强、气体分子密度、气体分子的平均自由程、形成一个分子层
所需的时间等。
真空度和压强： 压强越低意味着单位体积中气体分子数愈少，真空度愈高；反之
常用薄膜性质
58.8 670 58.3 660 56.8 630 56.3 620 55.2 600 54.7 590
50.5 520 49.8 510
SOH58 SOH56 SUS420J2
SUS301
SUS304
SUS310
材料 TiN TiCN ZrN HfN CrN TiAlN
硬 度（HV） 色 彩
2500
金色
2700
金茶色
3000
淡金色
2800
淡绿金色
2000
銀色
2600
黒色
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三、薄膜技术的发展
1650年：库克和牛顿观察到了液体表面上的薄膜产生的相干彩色花纹， 各种制备方法和手段相继诞生。
1850年：电镀 1852年：辉光放电、溅射
重复性差
19世纪末：蒸发镀
（真空技术的发展，大大提高了重复性，推动了薄膜技术的发展和应用）
一、薄膜材料的定义及分类 二、薄膜技术(材料)的作用 三、薄膜技术的发展 四、薄膜材料的制备方法 五、真空基础
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一、薄膜材料的定义及分类
1、定义
膜（材料）：其一维线性尺度远远小于其他二维尺度的固体或液 体（材料）。（二维材料）
厚膜：厚度＞1μm 薄膜：厚度＜ 1μm（ 10μm ） （纳米薄膜）
物理功能膜：光、电、声、磁、热 厚度： （一般） ＜1μm
其他分类方法： 单质和化合物膜、有机和无机膜、金属和非金属膜、 晶态和非晶态膜、单晶和多晶膜、……
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Fra Baidu bibliotek
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二、薄膜技术(材料)的作用
产生新的功能特性：半导体材料、集成电路等 进行微细加工：微电子、精密光学仪器等 优化表面性能：机械加工、装饰等 新材料制备：纳米材料、陶瓷材料等
可推导出特殊情况下的理想气体定律：
波义尔定律： PV=C （m、T不变）
盖.吕萨克定律： V=CT （m、P不变）
空热处理和真空脱水 高真空：10-1-10-6Pa，分子间碰撞基本不发生；镀膜工作压强 超高真空：10-6-10-10Pa，分子间碰撞极少；纯净的气体和固体表面 极高真空：<10-10Pa，分子间不发生碰撞；科学研究用
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2、稀薄气体的基本性质
稀薄气体：与理想气体差异很小，可直接应用理想气体的状态方程。
人为真空：用真空泵抽掉容器中的气体。
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（稀薄）气体状态方程： P=nkT n=7.2×1022P/T (个/cm3)
标准状态（T=273.15K，P= 1.013×105 Pa ）下, n=2.67×1019个/cm3
T=293K, P= 1.3×10-11 Pa 下, n=4×103个/cm3