第一讲_薄膜材料简介
薄膜材料
4.其它薄膜
无机陶瓷过滤膜:膜分离是利用一张特殊制造的、具 有选择透过性能的薄膜（厚度从几微米、几十微米至 几百微米之间），在外力推动下对混合物进行分离、 提纯、浓缩的一种分离新方法。这种膜必须具有使某 些物质通过、某些物质不能通过的特性。根据膜皮层 空隙大小膜可分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透 等。
阵列氧化锌纳米膜
2. 磁性薄膜：随着磁记录存储密度的不断提高， 由纳米尺度的铁磁金属颗粒如Fe、Co、Ni及其 合金等构成的磁性颗粒膜引起了人们极大的注 意，成为当前研究的热点。 Fe—Co合金薄膜，该合金薄膜中Fe的质量分数 为52％～86％，薄膜具有高度密集的细粒结构， 表面平滑光亮。特别适宜作薄膜磁头的磁极。
3.光学薄膜：差不多所有光学薄膜的特性都是基 于薄膜内的干涉效应。利用光学干涉薄膜可得 到各仲各样的光学特性。它可以减少表面的反 射率，增加元件的透射率。或者增加表面反射 率，减少透射率，或者在一个波段内给出高的 反射率、低的透射率，而在其余的波段则有低 的反射率、高的透射率，也可以使不同的偏振 平面有不同的特性等等。
薄膜材料
薄膜材料 本课程的主要内容 薄膜材料的应用
第一章 概 述
一、薄膜的定义
薄膜是一种二维材料，它在厚度方向上的尺寸很小，往往为 纳米至微米量级。薄膜是一种人造材料，其结构和性质与制备方 法和工艺条件密切相关。 从宏观上讲，薄膜是位于两个平面之间的一层物质，其厚度 与另外两维的尺寸相比要小得多。从微观角度来讲，薄膜是由原 子或原子团凝聚而成的二维材料。但是究竟“薄”至何等尺度才 可以认为是薄膜，并没有严格的界限。
热蒸发气相沉积法又叫真空蒸镀方法，它是在真至下 热蒸发气相沉积法 加热蒸发材料(蒸镀材料)．使其蒸发粒子沉积在基板表 面形成薄膜的一种方法．按照加热方式，热蒸发气相 沉积方法分为电阻加热、闪电加热、激光加热和电子 束加热等真空蒸镀方法，其中电阻加热方法是最常用 的方法，它是用钨、铂等灯丝直接加热蒸发材料，或 者把蒸发材料放在坩埚里间接加热，高熔点材料一般 用电子束加热方法，石墨等物质用电弧沉积方法．
第一讲_薄膜材料简介
薄膜材料的应用领域
光学应用：薄膜材料可用于制造各种光学器件，如眼镜、相机镜头等。
电子应用：薄膜材料可用于制造电子器件，如薄膜晶体管、太阳能电池等。
生物医学应用：薄膜材料可用于制造医疗器械，如人工心脏瓣膜、人工关 节等。 包装应用：薄膜材料可用于食品、药品等的包装，具有阻隔性能好、轻便 美观等优点。
环保需求：随着 环保意识的提高， 对环保型薄膜材 料的需求越来越 大，这也将成为 未来市场发展的 重要趋势。
06
薄膜材料的安全和环保问题及应对 措施
薄膜材料的安全问题及应对措施
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薄膜材料的安全问题：主要包括生产过程中的安全问题、使用过程中的安全问题以及废弃处理 时的安全问题。
应对措施：加强生产和使用环节的安全管理，提高员工的安全意识；采用环保型材料，减少对 环境的污染；加强废弃处理的管理，避免对环境造成二次污染。
薄膜材料的工艺流程
制备方法：物 理气相沉积、 化学气相沉积、 溶胶-凝胶法等
工艺流程：原 料选择、表面 处理、薄膜生 长、后处理等
影响因素：温 度、压力、气
氛、基底等
工艺特点：成 本低、可控制 性强、适用于 大规模生产等
不同制备方法的比较和选择
物理气相沉积法：利用物理过程将材料气化，再在一定条件下沉积成薄膜
的市场需求
汽车行业：汽 车轻量化趋势， 使得对高强度、 耐腐蚀的薄膜 材料需求增加
薄膜材料的发展趋势
环保化：随着环保意识的提高，对环保型薄膜材料的需求将不断增加。 高性能化：对薄膜材料的性能要求越来越高，需要不断研发高性能的薄膜材料。 智能化：随着物联网、智能家居等领域的快速发展，对智能型薄膜材料的需求也将不断增加。 多功能化：为了满足不同领域的需求，需要开发具有多种功能的薄膜材料。
薄膜材料有哪些
薄膜材料有哪些
薄膜材料是一种在工业和科技领域中应用广泛的材料，它具有轻薄、柔韧、透明、耐腐蚀等特点，在电子、光学、医疗、包装等领域有着重要的应用。
薄膜材料的种类繁多，下面将介绍一些常见的薄膜材料及其应用。
首先，聚酯薄膜是一种常见的薄膜材料，它具有优异的机械性能和化学稳定性，适用于印刷、包装、电子等领域。
在包装领域，聚酯薄膜常用于食品包装、药品包装等，其优异的透明性和耐热性能使得产品更加吸引人。
在电子领域，聚酯薄膜常用于制备电子元件、电池等，其优异的绝缘性能和耐高温性能使得电子产品更加稳定可靠。
其次，聚乙烯薄膜是另一种常见的薄膜材料，它具有良好的柔韧性和耐磨性，
适用于包装、农业覆盖、建筑防水等领域。
在包装领域，聚乙烯薄膜常用于塑料袋、保鲜膜等，其良好的密封性和抗拉伸性能使得产品更加实用。
在农业领域，聚乙烯薄膜常用于大棚覆盖、地膜覆盖等，其良好的透光性和抗老化性能使得作物更加茁壮生长。
此外，聚丙烯薄膜也是一种常见的薄膜材料，它具有良好的耐高温性和耐化学
腐蚀性，适用于医疗、包装、建筑等领域。
在医疗领域，聚丙烯薄膜常用于制备医用器械、医用包装等，其良好的无菌性和透明性能使得医疗产品更加安全可靠。
在包装领域，聚丙烯薄膜常用于制备各种包装袋、包装盒等，其良好的耐磨性和耐高温性能使得产品更加耐用。
总的来说，薄膜材料在现代社会中有着广泛的应用，不仅提高了产品的质量和
性能，也为人们的生活带来了便利。
随着科技的不断进步，薄膜材料的种类和应用领域还会不断扩展，相信在未来会有更多新型薄膜材料的涌现，为人类社会的发展做出更大的贡献。
薄膜材料的定义
薄膜材料的定义薄膜材料是一种具有薄、平整、柔韧性的材料，常用于包装、电子、光学、能源和生物医学等领域。
它通常由聚合物、金属、玻璃、陶瓷等材料制成，具有独特的物理、化学和机械性能。
薄膜材料的特点是其厚度相对较薄，一般在纳米到几十微米之间，这使得其具有较高的表面积与体积比。
由于薄膜材料的特殊性质，使得它在许多领域都有广泛的应用。
薄膜材料在包装行业中扮演着重要角色。
薄膜包装材料具有轻便、耐磨、保鲜等特点，能有效延长食品、药品等产品的保质期，并保持其质量和新鲜度。
同时，薄膜包装材料还可以提供一定的防水、防氧化和防污染的功能，保护产品免受外界环境的影响。
薄膜材料在电子领域有着广泛的应用。
电子器件中的薄膜材料可以用于制造电子元件的绝缘层、导电层、封装层等，具有优异的导电性、绝缘性和机械性能。
薄膜材料还可以制备柔性电子器件，如柔性显示屏、柔性太阳能电池等，为电子产品的轻薄化、柔性化提供了可能。
光学领域也是薄膜材料的重要应用领域之一。
光学薄膜是一种能够调控光的传输和反射的材料，广泛应用于光学透镜、滤光片、反射镜等光学器件中。
薄膜材料在光学领域中的应用不仅可以提高光学器件的性能，还可以实现光的波长选择性和光的相位控制，为光学信息处理和光通信提供了重要的基础。
薄膜材料还在能源和生物医学领域具有重要的应用价值。
在能源领域，薄膜材料可以作为太阳能电池、燃料电池、锂离子电池等能源装置的关键组成部分，具有优异的电化学性能和光学性能。
在生物医学领域，薄膜材料可以用于制备生物传感器、人工器官、药物缓释系统等，具有良好的生物相容性和可控性。
总结起来，薄膜材料是一种具有薄、平整、柔韧性的材料，广泛应用于包装、电子、光学、能源和生物医学等领域。
薄膜材料的特殊性质使其具有许多优异的性能，如导电性、绝缘性、光学性能和生物相容性等，为各个行业提供了创新的解决方案。
随着科学技术的不断进步，薄膜材料的应用前景将更加广阔。
薄膜材料的性质和制备方法
薄膜材料的性质和制备方法薄膜材料是目前研究热点之一，因其在许多领域中的广泛应用而备受瞩目。
从基础科学、医学、能源到电子商务，薄膜材料无处不在。
薄膜材料有很多特殊的性质，这使得它们在许多领域中发挥着关键作用。
本文将重点介绍薄膜材料的性质和制备方法。
薄膜材料的性质薄膜材料的定义是一种有机或无机材料，其厚度在纳米尺度或亚微米尺度之间。
与常规材料相比，薄膜材料具有许多独特的物理、化学和光学性质。
下面我们来看看这些性质。
1. 机械性能：薄膜材料具有极高的比表面积，因此其机械性能通常优于传统材料。
尽管薄膜的厚度很薄，但它们的强度和硬度通常比同材料的块状物体更高。
这种性质使得薄膜材料在构建微缩机械结构时非常有用。
2. 光学属性：薄膜材料在光波和电磁波的传播中表现出卓越的性质。
薄膜材料的厚度和折射率差异可以用来生成干涉色彩和其他光学效果。
薄膜膜层作为底材可大幅提升光伏电池的效率。
3. 化学惯性：薄膜材料相对于块状材料来说，化学惯性更高。
这表明薄膜材料更加稳定，更不容易受到氧、水等环境因素的影响。
这种特性使得薄膜材料在许多应用中非常有用，例如化学传感器和生物芯片。
4. 电学性能：薄膜材料的电学性能在非常大程度上受到其厚度和化学组成的影响。
例如，一些薄膜材料的阻抗极低，这使得它们在电容器和电感器中表现出优越的性能。
此外，某些薄膜材料具有高度可控的导电性能，这使得它们在微电子器件中非常有用。
薄膜材料的制备方法制备薄膜材料一般可以分为两种：物理气相沉积和化学气相沉积。
1. 物理气相沉积：这种制备方法从真空中引入想要沉积的原料气体，并使用加热元件使气体在反应室中分解。
分解后的原料沉积在薄膜的表面，逐渐形成所需的厚度。
这种方法适用于纯粹的无机和有机化学反应。
常用的有热蒸发、电弧放电、射束沉积等。
2. 化学气相沉积：这种制备方法通常涉及将反应气体，在表面上引发化学反应后形成薄膜。
沉积过程中，沉积的原料可能需要被激活。
激活方式包括暴露于高温或高压的条件。
薄膜材料的结构和性质
薄膜材料的结构和性质薄膜材料是一种在现代工程和科技领域广泛应用的材料。
薄膜材料的结构和性质是决定其应用领域和性能的关键因素。
本文将介绍薄膜材料的结构和性质，并且阐述其在现代应用中的作用。
一、薄膜材料的结构薄膜材料是用溶液、气相、物理气相沉积或其他特殊方法制备的具有厚度在纳米到微米级之间的材料。
薄膜材料的结构可以分为单层膜和复合膜两种。
单层膜材料的结构简单，是由一个单一的材料组成的。
而复合膜材料由两种或两种以上的材料组成。
单层膜材料中，有机薄膜和无机薄膜是两种主要的类型。
有机薄膜可以是单一的高分子化合物，如聚合物和蛋白质，也可以是多种有机化合物的混合物。
然而，无机薄膜主要是由金属化合物和非金属化合物组成的，如氮化硅、氧化锌和氧化铝。
复合膜材料的结构复杂多样，包括两种材料的层状复合膜、不同材料的交替堆层膜和多元复合膜等。
其中，层状复合膜又可以分为层流复合、分子间作用层间复合以及互分布层间复合。
二、薄膜材料的性质薄膜材料的性质是其应用的关键，因为它们直接影响着材料的功能和性能。
薄膜材料的性质包括物理性质、化学性质和光学性质。
物理性质：薄膜材料的物理性质如密度、熔点、固化温度、硬度、弹性模量等往往与相应材料的体积相比有所变化。
例如，聚合物在形成薄膜后通常比原来的体积密度更低。
在这些性质方面，薄膜材料的行为往往是不同于体积材料的。
化学性质：薄膜材料的化学性质通常是由材料本身和加工方法共同决定的。
由于其表面积大、颗粒小，在化学反应和承受环境变化时，它们的响应也不同于体积材料。
面向化学特性的研究是用来检测这些特性并表征所使用薄膜材料的作用和性能的关键。
光学性质：薄膜材料的光学性质是其应用于光学晶体管等领域的原理依据。
光电材料必须具有较强的吸收、发射、调制和切换光学信号的能力。
因此，它们的光学性质应符合基本的光学特性，如透明度、折射率、色散、发射率和吸收率等。
三、薄膜材料在现代应用中的作用薄膜材料的结构和性质是使其在现代应用中具有广泛适用性的原因。
薄膜材料第一讲
LED中的关键薄膜材料
上游：衬底生长、外延生长
英文名称：Metalorganic Chemical Vapor Deposition 英文简称MOCVD 中文名称：金属有机化学气 相沉积
MOCVD
中游： 元件制作（透明导电膜、金属电极）
光罩、蚀刻、磨薄（干法刻蚀）
下游： 封装技术、荧光材料 （荧光粉涂布、树脂选用、散热设计、光学设计）
新相形核理论 -毛吸理论
基本思想：
将一般气体在固体表面上凝结成微液滴的形核与生长理论 “类似毛细管润湿”应用到薄膜形成过程分析。
新相形核过程的类型： 自发形核：整个形核过程完全是在相变自由 能的推动下进行的。 非自发形核：除了有相变自由能作推动力之 外，还有其他的因素起着帮助新相核心生成的 作用。
(力,热,磁,生物等)
新型薄膜材料大量涌现 纳米薄膜
纳米线和纳米棒
应用: 纳米激光器 纳米发光二极管
ZnO纳米线制作的发光二极管结构图
ZnO纳米线制作的发光二极管的发射光谱
集成电路用薄膜材料
磁电薄膜材料
磁存储 硬盘 磁头
800亿美圆
磁带或磁盘记录信息都是靠其表面覆的 一层磁性薄膜,该膜实际上是由磁性微粒 子组成的,在记录信息时粒子的磁化方向 反转
③沟道阶段
圆形的岛在进一步结合处，才继续发生大的变形 →岛被拉长，从而连接成网状结构的薄膜，在这种结 构中遍布不规则的窄长沟道，其宽度约为5-20nm，沟 道内发生三次成核，其结合效应是消除表面曲率区， 以使生成的总表面能为最小。
④连续薄膜
小岛结合，岛的取向会发生显著的变化，并有些 再结晶的现象。沟道内二次或三次成核并结合，以及 网状结构生长→连续薄膜
《电子薄膜材料》，曲喜新等编著，科学出版社，1997年11月 《薄膜科学与技术手册》，田民波、刘德令编著，机械工业出版 社，1991年 《薄膜技术》，王力衡、黄运添、郑海涛著，清华大学出版社， 1991年 《薄膜材料与薄膜技术》 ，郑伟涛等编著，化学工业出版社， 2004年 《薄膜物理学》， L.埃克托瓦，科学出版社，1986年 Electronic Thin Film Science，Macmillan Publishing Company，1992 An Introduction to Physics and Technology of Thin Films， World Scientific Publishing Company，1994 Handbook of Thin Film Deposition Processes and Techniques: Principles, Methods, Equipment anions, Noyes Publications, Park Ridge, New Jersey, U.S.A., 1988 Nanoscale Phenomena in Ferroelectric Thin films, Kluwer 2Academic Publishers, 2004
薄膜材料概述参考幻灯片
薄膜材料概述参考幻灯片第一节：引言薄膜材料是一种厚度通常在纳米（nm）到微米（μm）范围内的材料。
薄膜材料具有许多特殊的性质和应用，因此广泛用于电子、光学、能源、医疗和环境等领域。
本文将对薄膜材料进行概述，包括其定义、分类、制备方法以及应用等方面的内容。
第二节：薄膜材料的定义薄膜材料可以定义为在厚度方向上尺寸远小于其它两个方向上的材料。
一般来说，薄膜材料的厚度约为1 nm到100 μm之间。
薄膜材料与厚膜材料相比，具有更高的比表面积和更多的表面活性位点，这使其性质和应用上有所不同。
第三节：薄膜材料的分类薄膜材料可以按照其化学成分、结构和功能进行分类。
根据化学成分来分类，薄膜材料可以分为无机薄膜材料和有机薄膜材料。
无机薄膜材料包括氧化物、硫化物、氮化物等，而有机薄膜材料则包括聚合物、有机小分子等。
根据结构来分类，薄膜材料可以分为单层薄膜和多层薄膜。
根据功能来分类，薄膜材料可以分为透明导电膜、光学膜、防腐蚀膜等。
第四节：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物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、溶液法、自组装法等。
物理气相沉积是指通过物理手段将材料从源上蒸发或溅射到基底上形成薄膜。
化学气相沉积是指通过化学反应将材料从气相沉积到基底上形成薄膜。
溶液法是指通过将材料溶解在溶剂中，然后通过涂覆、喷涂等方法将材料均匀覆盖在基底上形成薄膜。
自组装法是指通过材料的自组装行为形成薄膜。
第五节：薄膜材料的应用薄膜材料具有许多特殊的性质和应用。
透明导电膜是一种将导电性和透明性结合在一起的薄膜材料，广泛应用于液晶显示器、柔性电子等领域。
光学膜是一种可调控光传播的薄膜材料，广泛应用于光学器件、光学涂层等领域。
防腐蚀膜是一种具有防腐蚀功能的薄膜材料，广泛应用于航空航天、能源等领域。
此外，薄膜材料还广泛应用于太阳能电池、锂离子电池、生物传感器等领域。
第六节：结论薄膜材料是一种在厚度方向上尺寸较小的材料，具有许多特殊的性质和应用。
《薄膜材料简介》课件
环保化
随着环保意识的提高，环保型薄膜材料的需求越来 越大，薄膜材料的环保化成为未来的重要发展方向 。
智能化
随着智能化技术的不断发展，智能化薄膜材 料的应用越来越广泛，成为薄膜材料的重要 发展方向。
面临的挑战
技术创新
溅射沉积
利用高能离子轰击靶材，使靶材 原子或分子被溅射出来，并在基 材表面凝结形成薄膜。
离子镀
利用电场将气体离子加速到基材 表面，通过离子轰击将靶材原子 或分子沉积在基材表面形成薄膜 。
化学气相沉积法
01
常温化学气相沉积
在常温下，将反应气体通过热解 、化学反应等过程在基材表面形 成薄膜。
02
热化学气相沉积
将反应气体加热至较高温度，使 其发生热解或化学反应，在基材 表面形成薄膜。
03
等离子体增强化学 气相沉积
利用等离子体激发反应气体，使 其发生化学反应并在基材表面形 成薄膜。
溶胶-凝胶法
溶液制备
将原料溶解在溶剂中，制备成均一的溶液。
凝胶化
将溶胶进行热处理或引发剂引发，使其形成 凝胶。
溶胶制备
将溶液进行水解、聚合等反应，形成溶胶。
电学特性
薄膜材料具有导电、绝缘、半导电等特性，使其在电子器件、传感器 和能源存储等领域有广泛应用。
用途
光学仪器制造
太阳能电池
利用薄膜材料的高透光性和低反射性，制 造各种光学仪器，如相机镜头、望远镜和 显微镜等。
通过在太阳能电池表面镀制特定光谱选择 吸收的薄膜材料，提高光电转换效率。
显示面板制造
柔性电子产品
能量转换膜
用于燃料电池、太阳能电池和锂电 池等。
薄膜材料介绍课件
薄膜材料可作为组织工程的支架材料，用于再生医学领域 。
其他领域
包装行业
薄膜材料在包装行业中 广泛应用，如食品包装 、药品包装等。
装饰行业
薄膜材料可用于制造各 种装饰品，如玻璃贴膜 、汽车贴膜等。
信息存储
薄膜材料可用于高密度 信息存储，如光盘和磁 记录介质。
05
薄膜材料的发展趋势与 挑战
新材料开发
分类
根据材料类型，薄膜材料可以 分为金属薄膜、绝缘体薄膜、 半导体薄膜、聚合物薄膜等。
根据制备方法，薄膜材料可以 分为物理气相沉积薄膜、化学 气相沉积薄膜、溶胶-凝胶法薄 膜等。
根据应用领域，薄膜材料可以 分为光学薄膜、电子薄膜、生 物薄膜、能源薄膜等。
通常具有较高的透明度，允许光线透过 ，适用于各种光学应用。
薄膜材料介绍课件
contents
目录
• 薄膜材料的定义与分类 • 薄膜材料的特性与性能 • 薄膜材料的制备方法 • 薄膜材料的应用领域 • 薄膜材料的发展趋势与挑战
01
薄膜材料的定义与分类
定义
01
薄膜材料是指厚度在微米至纳米 范围内的薄层材料，通常由一种 或多种材料组成。
02
薄膜材料可以具有各种不同的性 质，如光学、电学、磁学、力学 等，这使得它们在许多领域都有 广泛的应用。
能源领域
太阳能电池
薄膜太阳能电池是一种新型的太阳能电池，其特点是薄、轻、可弯 曲。
燃料电池
薄膜材料可用于制造燃料电池的电极和隔膜。
储能电池
薄膜材料在储能电池领域也具有广泛应用，如锂离子电池的电极材料 。
生物医学领域
生物传感器
薄膜材料可用于制造生物传感器，用于检测生物分子和细 胞。
薄膜材料分类
薄膜材料分类一、引言薄膜材料是指厚度在1微米（μm）至几百微米之间的材料，由于其独特的性质和广泛的应用领域，薄膜材料已经成为当今材料科学中的热门研究领域。
本文将对薄膜材料进行分类介绍。
二、无机薄膜材料1. 金属薄膜金属薄膜是指将金属原子沉积到基底表面上形成的一层金属覆盖物。
常见的金属包括铝、铜、钛等。
金属薄膜具有良好的导电性和导热性，因此广泛应用于电子器件、太阳能电池板等领域。
2. 氧化物薄膜氧化物薄膜是指以氧化物为主要成分制备而成的一类无机非金属材料，常见的氧化物包括氧化锌、氧化铝等。
由于其良好的光学性能和电学性能，氧化物薄膜被广泛应用于显示器件、触摸屏等领域。
3. 碳化物薄膜碳化物薄膜是指由碳和金属元素组成的一种材料，具有高硬度、高耐磨性和良好的导电性能等特点。
碳化物薄膜被广泛应用于刀具、模具等领域。
三、有机薄膜材料1. 聚合物薄膜聚合物薄膜是指以聚合物为主要成分制备而成的一类有机非金属材料，常见的聚合物包括聚乙烯、聚丙烯等。
由于其良好的柔韧性和可塑性，聚合物薄膜被广泛应用于包装材料、光学器件等领域。
2. 生物医用材料生物医用材料是指以天然或合成高分子为主要成分制备而成的一类材料，常见的生物医用材料包括羟基磷灰石、明胶等。
由于其良好的生物相容性和生理可降解性，生物医用材料被广泛应用于人工关节、骨修复等领域。
四、复合薄膜材料复合薄膜材料是指由两种或两种以上不同材料组成的一类材料，常见的复合薄膜包括聚酰亚胺/氧化铝、二氧化硅/氧化铝等。
由于其优异的性能和多样化的组合方式，复合薄膜被广泛应用于光学器件、电子器件等领域。
五、结论综上所述，根据材料成分和性质等方面的不同，可以将薄膜材料分为无机薄膜材料、有机薄膜材料和复合薄膜材料三大类。
每一类都有其独特的特点和广泛的应用领域，在未来的发展中还有着更为广阔的应用前景。
薄膜材料概述ppt课件
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3
薄膜材料历史
可能最早的纳米薄膜 ：古代铜镜表面的防 锈层（纳米氧化锡薄 膜）
其年代可以追溯到商 代，甚至更早
.
4
薄膜学
薄膜的历史，要追溯到三千多年以前。 近30年来，真正作为一门新型的薄膜科学与技
术。 目前，薄膜材料已是材料学领域中的一个重要
分支，它涉及物理、化学、电子学、冶金学等 学科，在国防、通讯、航空、航天、电子工业 、光学工业等方面有着特殊的应用，逐步形成 了一门独特的学科“薄膜学”。
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29
薄膜基底种类
基底又称：基片，衬底
陶瓷基底 金属基底 各种工具刀具件 玻璃基底 树脂基底 高分子基底 柔性基底
单晶硅
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玻璃
晶圆
30
薄膜基底
科研用各种基底
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Leading Physical Property Analysis of Thin-Film Materials
专注 激情 严谨 勤勉31
薄膜内应力会导致：薄膜卷曲， 膜层断裂，导致失效
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40
薄膜内应力
薄膜内应力的测量方法，大致可分为两种：即 测量晶格畸变和测量基体变形。
在测量晶格畸变时均采用x射线衍射法。
在测量基体变形时采用圆形基体或短条形基体。
在采用圆形基体时，因受薄膜的应力作用整个 基体都均匀地变形。如果开始时基体是平面状，然 后变成碗状并可看作球面的一部分，则测量球面曲 率再计算出应力。这时可用牛顿环法、光截面显微 镜法和触针法进行观察测量。
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24
薄膜的形成机理
(2) 层生长型（Frank-Vanber Merwe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……。
薄膜材料1_663.ppt
薄膜中的缺陷，如位错。
衬底的附着力。
•由于薄膜和衬底间不同的热膨胀系数和晶格失配
能够把应力引进薄膜。
•由于金属薄膜与衬底发生化学反应时，在薄膜和
衬底之间形成的金属化合物同薄膜紧密结合，但有
轻微的晶格失配也能把应力引进薄膜。
34
实例：内应力的大小
对内超应硬 力宽 很大带，隙在薄制膜备：过金程刚中石容薄易膜发、生BN薄膜膜和的C龟3N裂4膜， 或卷皮现象。
用ZnO、Ta2O5、AlN等薄膜制成的声表面波 滤波器。
磁记录薄膜与薄膜磁头：用于计算机数据储 存的CoCrTa、CoCrNi等的薄膜软盘和硬盘， 用于垂直磁记录中FeSiAl薄膜磁头等。
静电复印鼓用的Se-Te、SeTeAs合金膜及非晶 硅薄膜。
13
（2）光学薄膜
减反射膜：单层MgF2薄膜和双层或多层SiO2、 ZrO2、Al2O3、TiO2等薄膜组成的宽带减反射 膜（照相机、幻灯机、投影仪等），ZnS、 CeO2、SiO、Y2O3等红外减反射膜（夜视仪、 红外设备）。
薄膜的制备，绝不是将块体材料（如金属）压薄 而成的，而是通过特殊方法（物理气相沉积PVD、 化学气相沉积CVD）制备的。
在真空薄膜沉积过程中，可以看成是原子量级的 铸造工艺，它是将单个原子一个一个地凝结在衬 底表面上（成核、生长）形成薄膜。
薄膜的原子结构类似于它的块状形式，但也发生 了很大变化，不仅存在多晶、表面、界面结构缺 陷态及结构的无序性，而且还有薄膜同衬底的粘 附性等问题。
一般情况下，这些能级位于该物质体内能带结 构的禁带之中，因此处于束缚状态。
表面态的数目和表面原子的数目具有同一数量 级，如Si原子面密度约为1015/cm2数量级，实验 值为10141015/cm2左右。
薄膜材料综述
薄膜材料综述薄膜材料是一种在各种领域中具有广泛应用的材料类型。
它们通常由一层薄的材料组成，其厚度可以从纳米到几个微米不等。
由于其独特的结构，薄膜材料具有许多特殊的性质，例如高表面积、高扩散性、光学透明性和防腐蚀性等。
因此，这些材料在各种领域中都有着广泛的应用，包括光电子学、生物医药、化学加工、能源材料、环保等领域。
薄膜材料制备的方法有许多种，其中包括化学气相沉积、物理气相沉积、溅射、离子束沉积、化学溶胶-凝胶法、电沉积等多种。
每种方法都有其各自的特点和应用范围。
例如，化学气相沉积法可以制备出高质量的晶体薄膜，而电沉积法则可以制备出较为均匀的薄膜。
在光电子学领域，薄膜材料被广泛应用于太阳能电池、发光二极管、光纤和平板显示器等器件中。
比如，硅薄膜可以用于制造太阳能电池，而氧化铟锡透明导电薄膜则可以用于制造光纤。
此外，某些有机薄膜材料也可以被用于制造发光二极管。
在生物医药领域，薄膜材料可以被用于制造医疗器械、生物传感器、药物控释和组织工程等方面。
例如，聚乳酸薄膜可以用于制造生物可降解的缝合线，而聚己内酯薄膜则可以用于制造药物缓释系统。
在化学加工领域，薄膜材料可以用于表面修饰、电化学催化和分离等方面。
例如，金属薄膜可以用于催化氢气化反应，而氧化铝薄膜可以用于制造氧阱传感器。
在能源材料领域，薄膜材料具有重要的应用价值。
例如，薄膜二氧化钛可以用于制造染料敏化太阳能电池，而氧化物薄膜可以用于制造燃料电池。
在环保领域，薄膜材料可以用于水处理、废气排放和重金属清除等方面。
例如，复合膜可以用于处理废水中的有机物，而离子交换膜也可以用于处理废水中的重金属。
总之，薄膜材料在各领域中都有着广泛的应用，且其应用范围和潜力仍在不断扩大。
未来，人们可以通过不断研究和开发新的薄膜材料制备方法和应用，来实现薄膜材料在各领域中的更广阔应用和贡献。
13种薄膜材料概述(doc 7页)
13种薄膜材料介绍薄膜具有良好的韧性、防潮性和热封性能，应用非常广泛；PVDC薄膜适合包装食品，并能长时间保鲜；而水溶性PVA薄膜不必开封直接投入水中即可使用；PC薄膜无味、无毒，有类似玻璃纸的透明度和光泽，可在高温高压下蒸煮杀菌。
本文将主要介绍几种塑料薄膜的性能及其使用。
从商品生产到销售，再到使用，包装件要经过储存、装卸、运输、货架陈列以及在消费者手中存放，这个过程中即可能遇到严寒、酷暑、干燥、潮湿等恶劣的自然气候条件，也要遭受振动、冲击和挤压等各种机械破坏，甚至还有微生物和虫类的侵害。
要保证商品的质量，主要依靠包装材料来保护，所以包装材料非常重要。
塑料薄膜是最主要的软包装材料之一，塑料薄膜的种类繁多，特性各异，根据薄膜的不同特性，其用处也不同，下面介绍几种常见的塑料薄膜：聚乙烯薄膜PE薄膜使用大量最大的塑料包装薄膜，约占塑料薄膜总耗用量的40%以上。
PE薄膜虽然在外观、强度等方面并不十分理想，但它具有良好的韧性、防潮性和热封性能，且加工成型方便，价格便宜，所以应用非常广泛。
1、低密度聚乙烯薄膜。
LDPE薄膜主要采用挤出吹塑法和T模法生产的LDPE薄膜是一种柔韧而透明的薄膜，无毒、无嗅，厚度一般在0.02～0.1㎜之间。
具有良好的耐水性、防潮性、耐旱性和化学稳定性。
大量用于食品、药品、日用品及金属制品的一般防潮包装和冷冻食品的包装。
但对于吸湿性大，防潮性要求较高的物品，则需要采用防潮性更好的薄膜和复合薄膜包装。
LDPE薄膜的透气率大、无保香性且耐油性差，不能用于易氧化食品、风味食品和含油食品的包装。
但透气性好使它能用于水果、蔬菜等新鲜物品的保鲜包装。
LDPE薄膜的热粘合性和低温热封性好，因此常用作复合薄膜的粘合层和热封层等，但由于其耐热性差，故不能用作蒸煮袋的热封层。
2、高密度聚乙烯薄膜。
HDPE薄膜是一种韧性的半透明薄膜，其外观为乳白色，表面光泽度较差。
HDPE薄膜的抗张强度、防潮性、耐热性、耐油性和化学稳定性均优于LDPE薄膜，也可以热封合，但透明性不如LDPE。
薄膜材料的定义
薄膜材料的定义薄膜材料是指在厚度范围在纳米到微米级别的薄片材料。
这种材料的特点是具有较高的表面积与体积比，具有特殊的物理、化学和电子性质。
薄膜材料广泛应用于电子、光学、能源、生物医学等领域，对现代科技和工业发展起着至关重要的作用。
薄膜材料的制备方法多种多样，常见的方法包括蒸发、溅射、化学气相沉积等。
其中，蒸发法是最早使用的制备薄膜的方法之一。
通过加热材料使其升华，然后在基底上冷凝形成薄膜。
溅射法则是将材料以高速离子束或电子束轰击的方式将其溅射到基底上形成薄膜。
化学气相沉积则是通过在气相中加入适当的气体，使其在基底上发生化学反应生成薄膜。
薄膜材料的应用非常广泛。
在电子领域，薄膜材料被广泛应用于半导体器件、显示器件、光电传感器等。
例如，薄膜材料在平面显示器中作为液晶层，可以控制液晶的取向和光的透过，实现图像的显示。
在光学领域，薄膜材料用于制备光学滤光片、反射镜、透镜等光学元件。
薄膜材料具有可选择性地吸收、反射或透过光的特性，可以实现光的控制和调制，用于光学器件的制备。
在能源领域，薄膜材料被广泛应用于太阳能电池、燃料电池、储能设备等。
薄膜材料具有较高的光吸收和电导性能，可以实现光能和电能的转化和储存。
在生物医学领域，薄膜材料用于制备生物传感器、药物释放系统等。
薄膜材料具有较大的比表面积和生物相容性，可以实现对生物分子和细胞的高灵敏度检测和精确控制。
薄膜材料的性能与其成分、结构和制备工艺密切相关。
常见的薄膜材料包括金属薄膜、氧化物薄膜、聚合物薄膜等。
金属薄膜具有良好的导电性和热导性，常用于电子器件和导热材料。
氧化物薄膜具有良好的光学和电学性能，常用于光学器件和电子器件。
聚合物薄膜具有较低的密度和较高的柔韧性，常用于生物医学和柔性电子领域。
薄膜材料的研究和应用在不断发展和进步。
随着纳米技术和薄膜技术的不断发展，薄膜材料的制备方法和性能得到了极大的提升。
例如，通过改变薄膜的厚度、成分和结构，可以实现对光的谐振吸收和波导导引效应的调控，用于制备纳米光子学器件和集成光路系统。
薄膜材料简介
薄膜材料简介1.薄膜材料：应用领域：材料科学、能源、信息、微电子工业等;尤其宽禁带半导体光电功能材料，已成为各国研究的重点。
研究目的：利用新材料制备具有最佳性能的器件提高生产率，降低成本;发展方向：透明导电薄膜、具有低电阻、高透射率等可作为透明导电窗口。
2.什么是透明导电膜透明导电膜(TCO)目前最主要的应用是ITO膜,还有其他AZO等，ITO 薄膜是一种半导体透明薄膜, 它是氧化铟锡英文名称的缩写。
有学者将氧化铟系列( In2O22SnO2) 也称之为ITO 薄膜。
作为透明导电电极, 要求ITO 薄膜有良好的透明性和导电性。
所以, 此类材料的禁带宽度E g 一般都大于3 eV , 其掺杂组分要偏离化学计量比。
ITO 薄膜的制备方法有蒸发、溅射、反应离子镀、化学汽相沉积、热解喷涂等, 但使用最多的是反应磁控溅射法[ 1, 2 ]。
与其它透明导电薄膜相比, ITO 薄膜具有良好的化学稳定性、热稳定性以及良好的图形加工特性。
我们发现经过铯化处理的ITO 薄膜具有光电发射效应。
其光电发射稳定, 有1. 71 ua/lm 的积分灵敏度, 寿命达千小时以上。
这种ITO 薄膜的光电发射对于研制大面积的光电器件、平板显示器件会有较大的促进作用。
3. 透明导电膜的历史1907年最早使用CdO材料为透明导电镀膜，应用在photovoltaic cells。
1940年代，以Spray Pyrolysis及CVD 方式沉积SnOx于玻璃基板上。
1970年代，以Evaporation 及Sputtering 方式沉积InOx及ITO。
1980年代，磁控溅镀﹙magnetron sputtering﹚开发，使低温沉膜制程，不论在玻璃及塑胶基板均能达到低面阻值、高透性ITO薄膜。
1990年代，具有导电性之TCO陶瓷靶材开发，使用DC 磁控溅镀ITO，使沉积制程之控制更加容易，各式TCO材料开始广泛被应用。
2000年代，主要的透明导电性应用以ITO 材料为主，磁控溅镀ITO成为市场上制程的主流。
薄膜材料有哪些
薄膜材料有哪些
薄膜材料是一种在工业和科技领域中广泛应用的材料，它具有许多独特的特性
和优势。
薄膜材料主要是指厚度在纳米级到微米级之间的材料，通常由聚合物、金属、陶瓷等材料制成。
在各种领域中，薄膜材料都发挥着重要作用，比如在光学、电子、医疗、能源等方面都有着广泛的应用。
首先，薄膜材料在光学领域中有着重要的应用。
光学薄膜材料具有优异的透明
性和反射性能，可以用于制造光学镜片、滤光片、太阳能电池等产品。
这些产品在光学仪器、光学通信、光学显示等领域中有着重要的作用，为人们的生活和工作提供了便利。
其次，薄膜材料在电子领域也有着广泛的应用。
例如，薄膜材料可以用于制造
柔性电子产品，比如柔性显示屏、柔性电池等。
与传统的硬性电子产品相比，柔性电子产品更轻薄便携，可以更好地适应各种复杂的环境和形状，因此备受市场青睐。
此外，薄膜材料在医疗领域中也有着重要的应用。
例如，医用薄膜材料可以用
于制造医用敷料、手术器械包装、医用隔膜等产品。
这些产品具有优异的透气性、防水性和抗菌性能，可以有效地保护伤口，预防感染，为患者的康复提供保障。
最后，薄膜材料在能源领域中也有着重要的应用。
例如，太阳能电池、燃料电池、锂离子电池等产品都需要使用薄膜材料作为关键部件。
薄膜材料具有优异的导电性、光学性能和化学稳定性，可以有效地提高能源转换效率，推动清洁能源的发展。
总的来说，薄膜材料是一种具有广泛应用前景的材料，它在光学、电子、医疗、能源等领域都有着重要的作用。
随着科技的不断进步和创新，相信薄膜材料将会有更多的新应用出现，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
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薄膜的制法多数属于非平衡状态的制取过程 ，薄膜的结构不一定和相图相符合。
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规定把与相图不相符合的结构称为异常结构 ，不过这是一种准稳（亚稳）态结构，但由 于固体的粘性大，实际上把它看成稳态也是 可以的，通过加热退火和长时间的放置还会 慢慢地变为稳定状态。
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化合物的计量比，一般来说是完全 确定的。但是多组元薄膜成分的计 量比就未必如此了。
表面效应---表面散射
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表面散射
薄膜材料比表面很大，其表面对电子输运现 象影响巨大。 沿薄膜表面的电流密度由下式给出（见课本 P2）
m jx 2 e h
3
V
x fd V
表面效应---电导率降低
根据电流密度在膜厚方向的平均值和电场的关 系求得薄膜的电导率为：(见课本P2)
固体薄膜材料与制备技术
Thin Solid Film Materials & Preparations
参考书
1.《固体薄膜材料与制备技术》，宁兆元等， 科学出版社 2008年5月第一版 2.《薄膜材料制备原理、技术及应用》，唐伟忠， 冶金出版社 1998年5月第一版，2003年1月第二版
第一讲 薄膜材料简介
2）多晶：薄膜形成过程中会生成许多岛状小晶 粒，这些小晶粒聚结形成的薄膜即为多晶薄 膜。晶粒往往有择优取向。
3）单晶：适当条件下，薄膜沿单晶基片的结晶 轴方向呈单晶生长。
外延（Epitaxy）
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必须满足三个条件： 1）吸附原子有较高的表面扩散速率 2）基片与薄膜材料相容 晶格失配数 m=(b-a)/a m值越小，外延生长越容易实现。 3）整体表面必须清洁、光滑，化学稳定 性好。
Thin film technology is the art and science to deposit thin layers of materials on a substrate for various applications. With a modern thin film technology, the material layer is formed one atom or molecule at a time. It takes place in vacuum, to deposit a uniform layer and to avoid contamination.
薄膜材料技术的研究内容
薄膜材料的体系、性能与应用
早期的薄膜制备方法
Old preparation procedures include:
Dipping Spraying Painting Electro-deposition ………
小结: 现代的薄膜材料科学与技术
微机电系统中的薄膜材料: 微型反射镜组
Thin films materials may include:
Metals: Al, Cu, Au ……
Glass: SiOx, SiNx …… Ceramics: YBCO, PZT …… Semiconductors: Si, GaAs …… Polymers: PE, PMMA ……
功能性结构的微小型化
薄膜材料的应用
耐磨、防腐与装饰涂层 光学涂层 光电薄膜
微电子技术
磁存储技术
微机电系统 ……
耐磨、防腐与装饰涂层
光学涂层材料
薄膜太阳电池
微电子技术中的薄膜材料: MOSFET
Interconnect metal Thin gate oxide Polysilicon Thick oxides
a-Si absorber layer will be produced
应用。 20 世纪 50 年代以后，微电子技术的进步极大地推动了
薄膜技术的进步。在现代的集成电路制作过程中，薄膜沉积和 刻蚀是必不可少的薄膜工艺。
Worldwide market of raw materials for thin film technology
it rises at an averaged annual growth rate of 13.7%.
A.G. Aberle / Solar Energy Materials & Solar Cells 65 (2001) 239}248
used by the Japanese manufacturer Shimadzu Corp., to deposit SiNx coatings, featuring a deposition area of 0.93m×1.28m and a throughput of 1485 Si wafers (area 100 cm2)/hr
薄膜材料的历史 薄膜材料的应用
薄膜技术的研究内容
表面效应
薄膜的结构和缺陷
薄膜材料的历史
3000多年前，中国古代在陶瓷中已开始采用釉涂层。
19世纪初，发现辉光放电过程可沉积固体薄膜。
20 世纪后，电解法、化学反应法和真空蒸镀法等薄膜制备方 法相继问世，薄膜技术迅速发展。光学薄膜最先得到研究和应 用，成功地制备了各种增透膜、高反膜、滤光膜、分光膜等光 学薄膜，在光学仪器、太阳电池、建筑玻璃等领域得到广泛的
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光学薄膜：高反/减反涂层、光记录介质、光波 导
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电学薄膜：绝缘薄膜、导电薄膜、半导体器件
磁学薄膜：磁记录介质
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机械薄膜：耐磨涂层（硬质膜、润滑膜 ）
化学薄膜：防氧化或防腐蚀涂层、扩散阻挡层
薄膜材料的定义
利用特殊的技术手段, 人为制得的、其一 维尺度显著小于另外两维尺度的、具有特 定性能与用途的材料.
A commercial CVD equipment for film deposition on Si wafers in semiconductor industry
K.L. Choy / Progress in Materials Science 48 (2003) 57–170
An in-line PECVD machine for solar cells
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薄膜的结构和缺陷
薄膜的的形成包括成核、长大、凝结等过程，其 结构与制备工艺条件有关，如气压、流量、功 率、温度等参数，薄膜的结构和缺陷远比块体 材料复杂。薄膜结构包括三种类型：
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组织结构
晶体结构
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表面结构
薄膜的组织结构
薄膜的组织结构是指其结晶形态。包括： 1）非晶：也称无定形态或玻璃态，从原子排列 情况看，为无序结构。如：基片温度较低时 形成的硫化物和卤化物薄膜。
薄膜材料的特点
一般并不是单独存在的
结合了不同材料的不同特性
种类繁多
需要使用特殊的制备与研究方法
薄膜材料的特点
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尺寸效应：同块体材料相比，由于薄膜材料的厚 度很薄，很容易产生尺寸效应，就是说薄膜材料 的物性会受到薄膜厚度的影响。 表面效应：由于薄膜材料的表面积同体积之比很 大，所以表面效应很显著，表面能、表面态、表 面散射和表面干涉对它的物性影响很大。 在薄膜材料中还包含有大量的表面晶粒间界和缺 陷态，对电子输运性能也影响较大。 在基片和薄膜之间还存在有一定的相互作用，因 而就会出现薄膜与基片之间的粘附性和附着力问 题，以及内应力的问题。
Example: A coater for tool coatings
A coater line for CDs and DVDs
A coating system for hard disks
A clustered coating system for IC
A coater for flat panel displays
N+
Heavily doped region
N+
P-type Substrate
磁存储技术中的薄膜材料: 磁头与磁记录介质
Materials today, JAN-FEB 2007 | VOLUME 10 | NUMBER 1-2 47 Diamond-like carbon for data and beer storage REVIEW
ห้องสมุดไป่ตู้
通常随着原子比不同，其物性差 异很大，即成分偏析。
薄膜和基片（衬底） 薄膜大多是沉积在某种基片上， 薄膜和基片构成一个复合体系， 存在着相互作用。附着、扩散和 内应力是薄膜的固有特征。 薄膜的附着力与内应力是首先要 研究的问题。
为什么要发展薄膜材料
三个理由：
不同材料特性的优势互补
微电子技术、光电子技术的发展
A thin film is a layer of material with a high surfaceto-volume ratio. It is a very thin coating applied to things that we use everyday. Thin Films can be made of many different materials and can be applied to almost any surface. It is an important and exciting branch of material science.
PECVD system at RWE-Schott Solar, Germany with a-Si solar cells production capacity of 3 MWp/yr
W. Diehl et al. / Surface & Coatings Technology 193 (2005) 329–334 331