第二章薄膜制备的化学方法
薄膜材料的制备及性能研究
薄膜材料的制备及性能研究第一章：薄膜材料的基础知识薄膜材料是指厚度在一个纳米到几微米之间的材料，由于其具有较大的比表面积和界面能，从而表现出了明显的物理和化学性质，应用广泛。
薄膜材料可以制备出各种不同形态和结构的材料，包括单层，多层和复合薄膜。
薄膜可以用于制备各种功能性材料，例如光电材料，传感器，能源材料和生物医学材料等。
因此薄膜材料的制备和性能研究已经成为了材料科学中一个重要的研究方向。
第二章：薄膜制备技术薄膜制备技术可以分为物理气相沉积（PVD），化学气相沉积（CVD），溶液法和电化学法等。
其中PVD主要应用于粘附性要求高的金属材料，CVD是为了制作半导体器件而发展出来的技术。
溶液法和电化学法则可以用来制备具有大面积、低成本和环境友好等特点的薄膜材料，因此是应用最为广泛的制备技术之一。
采用这两种技术制备的薄膜具有谷电导，谷光导和电化学性质等。
第三章：薄膜材料的性能研究具体来说，薄膜材料的性能包括表面化学性质、表面结构、光电性质和力学性质。
如表面化学性质可以通过XPS、FTIR和Tof-SIMS等技术进行表征，表面结构可以利用STM和AFM等技术来研究；光电性质则可以通过光谱测量和电学测试等手段来探究，力学性质则可以通过纳米压痕实验等方法来研究。
另外，薄膜材料的吸湿性、稳定性和生物相容性也是需要考虑的因素。
第四章：薄膜材料的应用领域举例薄膜材料由于其独特的性质，在许多领域中都有着广泛的应用。
以太阳能电池为例，在这种光电器件中，薄膜材料被用来制作光电转换器件和透明电极等部件，这直接关系到其光电性能和机械稳定性。
另外，在生物医学领域中，薄膜材料可以用来制备药物输送系统和人工血管等医学器械，用于有效地传递和释放药物。
第五章：未来展望在未来，薄膜材料将面临更加广泛和深入的应用前景。
例如，在生物医学领域中，薄膜材料可以用于制备智能药物释放系统，这将为治疗慢性疾病提供更有效的途径。
此外，在电子器件中，薄膜材料可以用于制作超薄管道、柔性器件和透明电极等。
薄膜科学与技术教学大纲
《薄膜科学与技术》教学大纲一、课程简介课程名称：薄膜科学与技术 Science and Technology of Thin Films课程类型：专业课（选修）学时：48学分：3开课学期：7开课对象：材料物理专业先修课程：固体物理导论；材料分析测试技术参考教材：1．郑伟涛《薄膜材料与薄膜技术》化学工业出版社2．田民波《薄膜技术与薄膜材料》清华大学出版社3．杨邦朝《薄膜物理与技术》电子科技大学出版社4．唐伟忠《薄膜材料制备原理，技术及应用》冶金工业出版社二、课程性质、目的与任务《薄膜科学与技术》是“材料物理”专业本科生拓展知识面的选修课程，它也适合材料类其它专业学生选修。
学生在已具备一定的固体物理导论、材料分析测试技术等知识的基础上，通过本课程了解薄膜的基本概念、特殊性和重要性；掌握薄膜材料的制备方法、形成过程、表征方法、性质及应用。
薄膜是材料的一种特殊形态。
薄膜科学是现代材料科学中极其重要和发展最为迅速的一个分支，已成为微电子学、光电子学、磁电子学等新兴交义学科的材料基础，成为了构筑高新技术产业的基本要素。
通过对薄膜科学与技术课程的学习，并通过相关资料查询、阅读、专题报告及综合分析与讨论，逐渐使学生掌握薄膜基本概念、特殊性、制备方法、生长理论和研究方法，为今后从事薄膜材料及相关材料领域的研究和工作打下良好的基础。
三、教学基本要求1. 了解和掌握薄膜的定义、分类、特殊性和重要性。
2. 掌握与薄膜制备和研究相关的真空基础知识。
3. 掌握薄膜材料的制备方法及原理。
4. 掌握薄膜的成核和生长理论；5. 掌握薄膜的厚度、结构、成份、原子化学键合、应力、附着力的表征分析方法。
6. 了解薄膜材料的性质及应用。
本课程介绍薄膜的基础知识和研究进展。
重点要求掌握薄膜材料的制备方法及表征技术。
课程较全面地介绍了薄膜材料的各种制备方法、生长过程和表征方法，具有较好的广度和深度。
使学生基本具备相关资料综合分析和整理能力。
薄膜的化学制备方法
LB薄膜的特点
优点：1. LB薄膜中分子有序定向排列，这是一个重要特点； 2. 很多材料都可以用LB技术成膜； 3. LB膜有单分子层组成，它的厚度取决于分子大小 和 分子的层数； 4. 通过严格控制条件，可以得到均匀、致密和缺陷密 度很低的LB薄膜；
缺点：
➢ 成膜效率低， ➢ LB薄膜均为有机薄膜，包含了有机材料的弱点； ➢ LB薄膜厚度很薄，在薄膜表征手段方面难度较大。
盲孔
和形状复杂的内腔；
4. 被镀材料广泛：可在钢、铜、铝、锌、塑料、尼龙、
玻
Ni2+
+
_
H2PO2
+H2O
表面 催化HPO32
+ 3H+ + Ni
璃、 橡胶、木材等材料上镀膜。
化学镀设备（Electroless plating equipment ）
化学镀的应用
化学镀Ni-P-B活塞
Ni-P塑料模具
Ni-P铝质天线盒
PCB的局部化学镀
Layer 1
Tracks
Via Hole
SMD Pad
Layer 6
R34
IC3
二、溶胶-凝胶法
溶胶凝胶法是常用的化学制膜方法，与 蒸发、溅射等物理成膜方法相比，设备简单、成 本低、容易控制薄膜的化学组分比、可以用它方 便地制备多种薄膜和纳米材料，是一种适合于机 理研究的好方法。
4.在基片B，金属离子得到 电子被还原。
电镀服从法拉第定律
Faraday 定律（镀层厚度与时间和电流的关系）
• m=K I t • m=(M/nF) (I(d) S) t • p S h=(M/nF) (I(d)
S) t • p h=(M/nF) I(d) t
第二章 薄膜制备的化学方法
第二章 薄膜制备的化学方法薄膜制备的化学方法需要一定的化学反应，这种化学反应可以由热效应引起或者由离子的电致分离引起。
在化学气相沉积和热生长过程中，化学反应是靠热效应来实现，而在电镀和阳极氧化沉积过程中则是靠离子的电致分离实现的。
与物理气相沉积相比，尽管化学方法中的沉积过程较为复杂，也较为困难，但是薄膜沉积所使用的设备一般比较简单，价格也较为便宜。
第一节 热氧化生长在充气条件下，大量的氧化物、氮化物和碳化物薄膜可以通过加热基片的方式获得。
如：室温下Al 基片上形成氧化铝膜。
图2-1 氧化铝薄膜热生长热生长制备薄膜虽然不是一种常见技术，但是热生长在金属、半导体氧化物的研究比较广泛，特别是在电子器件的氧化物层的钝化作用。
1-热电偶 2-窄玻璃管 3-加热线圈 4-玻璃管 5-样品 6-出气口 8-进气口图2-2 在空气和超热水蒸气下，薄Bi 膜氧化实验装置AirAlAl 2O 3第二节化学气相沉积一、一般化学气相沉积反应化学气相沉积过程主要有三个过程：在主气流区域，反应物从反应器入口到分解区域的质量输运；气相反应产生新的反应物（前驱体）和副产物；初始反应的反应物和生成物输运到衬底表面，这些组分在衬底表面的吸附；衬底表面的异相催化反应，形成薄膜；表面反应产生的挥发性副产物的脱附；副产物通过对流或扩散离开反应区域直至被排出。
图2-3 CVD技术沉积薄膜中的气体输运和反应过程在薄膜沉积过程中可控制的变量有气体流量、气体组分、沉积温度、气压、真空几何构型。
图2-4CVD技术沉积薄膜中的可控变量分类：CVD技术可按照沉积温度、反应器内的压力、反应器壁的温度和沉积反应的激活方式进行分类。
（1）按沉积温度：高温CVD>500℃ 广泛用来沉积Ⅱ-Ⅵ族和Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体低温CVD<500℃主要用于基片或衬底不宜在高温下进行沉积的某些场合，如沉积平面硅和MOS 集成电路的钝化膜。
（2）按反应器内的压力 常压CVD(NPCVD)~1atm; 低压CVD(LPCVD)10~100PaLPCVD 具有沉积薄膜均匀性好，台阶覆盖及一致性较好、针孔较小、膜结构完整性优良、反应气体利用率高等优点，不仅用于制备硅外延层，还广泛用于制备各种无定形钝化膜如SiO 2和Si 3N 4以及多晶硅薄膜。
薄膜的制备及其特性测试
图1 双靶反应磁控溅射原理图 如图，双靶法同时安装两块靶材互为阴阳极进行轮回溅射镀膜 如图，
1.4、射频反应磁控溅射 1.4、
在一定气压下，在阴阳极之间施加交流电压，当其频率 增高到射频频率时即可产生稳定的射频辉光放电。射频辉光 放电在辉光放电空间中电子震荡足以产生电离碰撞的能量， 所以减小了放电对二次电子的依赖，并且能有效降低击穿电 压。射频电压可以穿过任何种类的阻抗，所以电极就不再要 求是导电体，可以溅射任何材料，因此射频辉光放电广泛用 于介质的溅射。频率在5～30MHz都称为射频频率。
透光率是透明薄膜的一项非常重要的光学性能指标， 透光率是透明薄膜的一项非常重要的光学性能指标，透光 率是指以透过材料的光通量与入射的光通量之比的百分数表示， 率是指以透过材料的光通量与入射的光通量之比的百分数表示，在 测试中采用相对测量原理，将通过透明薄膜的光通量记为T2 T2， 测试中采用相对测量原理，将通过透明薄膜的光通量记为T2，在没 有放入透明薄膜的光通量记为T1 那么薄膜的透光率为： T1， 有放入透明薄膜的光通量记为T1，那么薄膜的透光率为： Tt =T2/T1⊆ 其中，T1，T2均为测量相对值 均为测量相对值） =T2/T1⊆100% （其中，T1，T2均为测量相对值） 一般用来测量透过率的仪器有透过率雾度测试仪和分光光 度计法， 度计法，其原理图分别如下
1.5、化学气相沉积(CVD)法 (CVD) 1.5、化学气相沉积(CVD)法
化学气相沉积是一种化学气相生长法，简称CVD(Chemical V apor Deposition)技术。这种技术是把含有构成薄膜元素的一种 或几种化合物质气体供给基片，利用加热等离子体、紫外光乃至 激光等能源，借助气体在基片表面的化学反应(热分解或化学合 成)生成要求的薄膜。例如下图是利用化学气相沉淀法制备ITO的 原理结构图
第二章薄膜的制备ppt课件
在信息显示技术中的应用
在信息存贮技术中的应用
• 第二是在集成电路等电子工业中的应用， 其中，从外延薄膜的生长这一结晶学角 度看也具有显著的成果。
在计算机技术中的应用
在计算机技术中的应用
• 第三是对材料科学的贡献。薄漠制 备是在非平衡状态下进行，和通常的热 力学平衡条件制备材料相比具有：所得 材料的非平衡特征非常明显;可以制取普 通相图中不存在的物质;在低温下可以制 取热力学平衡状态下必须高温才能生成 的物质等优点。
薄膜的主要特性
• 材料薄膜化后，呈现出的一部分主要特性：
•
几何形状效应
• 块状合成材料一般使用粉末的最小尺寸为 纳米至微米，而薄膜是由尺寸为1埃左右的原子
或分子逐渐生长形成的。采用薄膜工艺可以研
制出块材工艺不能获得的物质(如超晶格材料)，
在开发新材料方面，薄膜工艺已成为重要的手
段之一。
非热力学平衡过程
无机薄膜制备工艺
• 单晶薄膜、多晶薄膜和非晶态薄膜在现代微 电子工艺、半导体光电技术、太阳能电池、光纤 通讯、超导技术和保护涂层等方面发挥越来越大 的作用。特别是在电子工业领域里占有极其重要 的地位，例如半导体集成电路、电阻器、电容器、 激光器、磁带、磁头都应用薄膜。
• 薄膜制备工艺包括：薄膜制备方法的选择； 基体材料的选择及表面处理；薄膜制备条件的选 择；结构、性能与工艺参数的关系等。
(2)双蒸发源蒸镀——三温度法
三温度-分子束外延法主要是用 于制备单晶半导体化合物薄膜。从 原理上讲，就是双蒸发源蒸镀法。 但也有区别，在制备薄膜时，必须 同时控制基片和两个蒸发源的温度， 所以也称三温度法。
三温度法 是制备化合物 半导体的一种 基本方法，它 实际上是在V族 元素气氛中蒸 镀Ⅲ族元素， 从这个意义上 讲非常类似于 反应蒸镀。图 示就是典型的 三温度法制备 GaAs单晶薄膜 原理。
薄膜制备方法
薄膜制备方法薄膜制备方法是一种将材料制备成薄膜状的工艺过程。
薄膜是指厚度在纳米至微米级别的材料，具有特殊的物理、化学和电学性质，在许多领域具有重要的应用价值。
薄膜制备方法有多种，包括物理气相沉积法、化学气相沉积法、物理溅射法、溶液法等。
一、物理气相沉积法物理气相沉积法是一种利用高温或高能粒子束使材料原子或分子在基底表面沉积形成薄膜的方法。
常见的物理气相沉积方法有热蒸发法、电子束蒸发法和磁控溅射法等。
其中，热蒸发法是通过加热材料使其蒸发，并在基底上沉积形成薄膜；电子束蒸发法则是利用电子束的热能使材料蒸发并沉积在基底上；磁控溅射法是通过在真空室中加入惰性气体，并利用高能电子束轰击靶材使其溅射出原子或离子，从而沉积在基底上形成薄膜。
二、化学气相沉积法化学气相沉积法是一种利用气相反应在基底表面沉积材料的方法。
常见的化学气相沉积方法有化学气相沉积法、低压化学气相沉积法和气相扩散法等。
其中，化学气相沉积法是通过将反应气体在基底表面分解或氧化生成薄膜的方法；低压化学气相沉积法则是在较低的气压下进行反应，以控制薄膜的成分和结构；气相扩散法是通过将反应气体在基底表面进行扩散反应，使材料沉积在基底上。
三、物理溅射法物理溅射法是一种利用高能粒子轰击靶材使其原子或分子从靶表面溅射出来，并沉积在基底上形成薄膜的方法。
物理溅射法包括直流溅射法、射频溅射法和磁控溅射法等。
其中，直流溅射法是利用直流电源加电使靶材离子化并溅射出来；射频溅射法则是利用射频电源产生高频电场使靶材离子化并溅射出来；磁控溅射法则是在溅射区域加入磁场，利用磁控电子束使靶材离子化并溅射出来。
四、溶液法溶液法是一种利用溶液中的材料分子或离子在基底表面沉积形成薄膜的方法。
常见的溶液法包括浸渍法、旋涂法和喷雾法等。
其中，浸渍法是将基底放置在溶液中，使其吸附溶剂中的材料分子或离子，然后通过蒸发或热处理使其形成薄膜；旋涂法是将溶液倒在旋转的基底上，通过离心作用使溶液均匀涂布在基底上，然后通过蒸发或热处理使其形成薄膜；喷雾法则是将溶液喷雾到基底上，通过蒸发或热处理使其形成薄膜。
化学薄膜材料
化学薄膜材料化学薄膜材料具有在各个领域中广泛应用的特性。
从电子器件到太阳能电池，从食品包装到织物涂层，化学薄膜材料都发挥着重要的作用。
本文将介绍化学薄膜材料的定义、制备方法、应用领域以及未来的发展趋势。
一、定义化学薄膜材料是一种具有较薄厚度（通常在纳米到微米级别）的材料。
它们由多种化学物质组成，如聚合物、有机物、无机物等。
化学薄膜材料因其优异的物理和化学性质，在许多工业和科学应用中得到了广泛应用。
二、制备方法1. 溶液法溶液法是制备化学薄膜材料的常用方法之一。
该方法通过将溶解有机物或无机物的溶液涂布到基底上，再通过蒸发溶剂或溶液中溶剂的挥发使溶剂蒸发，从而形成化学薄膜。
2. 气相沉积法气相沉积法是制备化学薄膜材料的另一种常用方法。
该方法通过在低压或大气压下，将气体或原子沉积在基底表面上，使其在表面形成化学薄膜。
这种方法通常具有较高的沉积速率和较好的控制性能。
3. 凝胶法凝胶法是一种制备无机化学薄膜材料的常用方法。
该方法通过将溶解的金属盐或金属有机化合物浸渍在基底上，并通过水解反应或热处理将其转化为固体凝胶薄膜。
三、应用领域化学薄膜材料在各个领域中都具有广泛的应用。
1. 电子器件化学薄膜材料在电子器件中扮演着重要的角色。
例如，金属氧化物薄膜常被用作传感器的敏感材料，聚合物薄膜用于光学显示器的制造，导电薄膜用于电子电路的制备等。
2. 包装材料化学薄膜材料在包装行业中广泛应用。
由于其良好的气体和水分阻隔性能，以及较好的机械性能，化学薄膜材料被广泛用于食品包装、药品包装和其他消费品包装中。
3. 太阳能电池化学薄膜材料在太阳能电池中具有重要作用。
例如，硅薄膜材料被广泛用于光伏电池的制造，以提高光伏电池的效率。
4. 织物涂层化学薄膜材料在纺织工业中常被用作织物涂层材料。
它们可以改善织物的耐磨性、耐火性、防水性和防污性能，同时赋予织物其他特殊功能。
四、未来发展趋势随着科学技术的不断进步，化学薄膜材料领域也有着巨大的发展潜力和未来的发展趋势。
薄膜的制备方法有哪些
薄膜的制备方法有哪些薄膜的制备方法是指将材料制备成薄膜的工艺方法，主要包括物理气相沉积、化学气相沉积、溶液法、激光烧结法等多种方法。
下面将对这些方法进行详细介绍。
首先，物理气相沉积是一种常用的薄膜制备方法，其主要原理是通过物理手段将原料气体转化为固态薄膜。
常见的物理气相沉积方法包括蒸发沉积、溅射沉积和激光烧结法。
其中，蒸发沉积是通过加热原料使其蒸发，然后在基底上凝结成薄膜；溅射沉积是通过离子轰击原料使其溅射到基底上形成薄膜；激光烧结法则是利用激光束将原料烧结成薄膜。
其次，化学气相沉积是另一种常用的薄膜制备方法，其原理是通过化学反应使气态原料在基底上沉积成薄膜。
常见的化学气相沉积方法包括化学气相沉积、原子层沉积和气相沉积等。
其中，化学气相沉积是通过将气态原料与化学反应气体在基底上反应生成薄膜；原子层沉积是通过将气态原料分别按照周期性的顺序吸附在基底上形成单层原子膜，然后重复多次形成薄膜；气相沉积是通过将气态原料在基底上沉积成薄膜。
此外，溶液法也是一种常用的薄膜制备方法，其原理是将材料溶解在溶剂中，然后通过溶液的挥发或化学反应在基底上形成薄膜。
常见的溶液法包括旋涂法、喷涂法和浸渍法等。
其中，旋涂法是将溶液滴在旋转基底上，通过离心作用使溶液均匀涂布在基底上形成薄膜；喷涂法是通过将溶液喷洒在基底上，然后通过干燥使溶液挥发形成薄膜；浸渍法是将基底浸入溶液中，然后通过溶液的挥发或化学反应在基底上形成薄膜。
最后，激光烧结法是一种利用激光束将材料烧结成薄膜的方法。
其原理是通过激光束的照射使材料在基底上烧结成薄膜。
这种方法适用于高能激光烧结材料，可以制备高质量的薄膜。
综上所述，薄膜的制备方法包括物理气相沉积、化学气相沉积、溶液法和激光烧结法等多种方法。
每种方法都有其特点和适用范围，可以根据具体需求选择合适的方法进行薄膜制备。
薄膜的制备技术原理及应用
薄膜的制备技术原理及应用1. 简介薄膜是指在厚度较薄的材料表面形成一层均匀的覆盖物。
在许多领域，薄膜制备技术被广泛应用，如电子器件、光学器件、能源存储等。
本文将介绍薄膜的制备技术原理及其在不同领域的应用。
2. 薄膜制备技术原理2.1 物理气相沉积 (Physical Vapor Deposition, PVD)物理气相沉积是一种将材料从固态直接转变为薄膜状态的制备方法。
其基本原理是在真空环境中，通过蒸发或溅射，将源材料沉积到基底上。
2.1.1 蒸发法 (Evaporation)蒸发法在物理气相沉积中被广泛应用。
源材料首先被加热至其沸点，然后分子经过蒸发，成为气态粒子，最终在基底表面沉积。
2.1.2 溅射法 (Sputtering)溅射法通过将高能量粒子轰击源材料，使其表面原子迅速离开，然后在基底上形成薄膜。
溅射法制备的薄膜通常具有较好的质量和均匀性。
2.2 化学气相沉积 (Chemical Vapor Deposition, CVD)化学气相沉积是一种基于化学反应形成薄膜的制备方法。
其基本原理是在高温和高压条件下，将气态前驱体分解产生反应物，在基底上沉积形成薄膜。
2.2.1 热CVD (Thermal CVD)热CVD是一种常见的化学气相沉积方法，其反应物通常是气态前驱体。
通过调节温度和气体流量，控制反应物在基底上的沉积。
2.2.2 低压CVD (Low Pressure CVD)低压CVD是在低压条件下进行的化学气相沉积方法。
通过控制气体压力和底座温度，可以精确控制反应物的沉积速率和组成。
2.3 溶液法 (Solution Process)溶液法是在液相中形成溶液，然后将溶液沉积到基底上形成薄膜的制备方法。
溶液法制备薄膜成本低、工艺简单，因此在某些领域具有广泛的应用。
2.3.1 染料敏化太阳能电池 (Dye Sensitized Solar Cells, DSSCs)染料敏化太阳能电池是一种利用染料分子吸收光能并将其转化为电能的光电转换装置。
薄膜制备方法
薄膜制备方法
薄膜制备方法是指通过化学反应、物理沉积、溅射等方法将材料制备成薄膜的过程。
薄膜制备是目前晶体学、电子学、材料学等领域的重要研究方向之一，广泛应用于半导体器件、显示器、太阳能电池、照明生物医学等领域。
下面就几种常见的薄膜制备方法进行介绍：
1. 化学气相沉积法
化学气相沉积法是一种使用化学反应使沉积物沉积在载体上的制备方法。
一般来说，这个方法包括两个步骤：在气相中生成反应物和反应产物；将反应产物转化为固态物质使其沉积到载体表面。
这种方法通常可以制备高纯度、与晶体结构相近的薄膜。
但是，由于反应速率较慢，制备时间较长，使得这种方法的成本较高。
2. 磁控溅射法
磁控溅射法是一种通过在真空中使用磁场将材料溅射到基底上形成薄膜的制备方法。
通常此方法要求将材料放置于真空室中，然后在高能离子的存在下使用磁场来将材料溅射到基底上。
这种方法可以制备高质量的薄膜，但细节处理要求严格，需要在无菌的实验环境下进行操作。
3. 化学溶液法
化学溶液法是一种通过将反应物溶解在溶液中，然后将溶液施加到基底上制备薄膜的方法。
通常，这种方法可以制备多种不同成分的薄膜，可以在一定温度、压力和pH范围内进行调节。
但是，这种方法需要严格控制反应物的比例、加热等条件来保证薄膜质量。
4. 气体吸附法
气体吸附法是一种通过使气体从气相中吸附在基底表面，形成薄膜的制备方法。
有许多气体可以用作制备薄膜的吸附剂，如氢气、氧气等。
但是，这种方法通常需要较高的温度和压力来保证薄膜的质量，而且这种方法的工艺流程通常比较复杂。
薄膜材料的制备方法
薄膜材料的制备方法薄膜材料的制备方法有很多种，下面我将介绍几种常见的方法。
1. 溶液法：溶液法是最常见的薄膜制备方法之一。
该方法主要是将待制备的材料溶解在适当的溶剂中，形成溶液后，利用涂布、旋涂、印刷等技术将溶液均匀地涂覆到基底上，然后通过加热、蒸发或水解等方法使溶剂蒸发或分解，最终得到所需的薄膜。
溶液法具有设备简单、制备工艺容易控制等优点，可以制备出大面积、均匀的薄膜。
2. CVD法：CVD（化学气相沉积）法是一种在高温条件下通过化学反应直接在基底上沉积薄膜的方法。
该方法通常包括气相反应源、载气和基底三个组成部分。
首先，将反应源和载气输入反应室中，在高温下进行反应，产生的气体在基底表面发生化学反应，形成所需的薄膜。
该方法制备的薄膜具有高质量、高效率的特点，适用于制备高纯度、多晶或无晶结构的薄膜。
3. 真空蒸发法：真空蒸发法是一种在真空环境下利用材料的高温蒸发，使蒸发物质沉积在基底上形成薄膜的方法。
原料通过加热的方式进入气相状态，然后在真空室中通过各种控制手段将蒸发物质输送到基底上进行沉积。
该方法制备的薄膜具有优异的化学纯度和均匀性，可用于制备光学薄膜、金属薄膜等。
4. 溅射法：溅射法是一种利用离子轰击的方式将固体材料溅射到基底上形成薄膜的方法。
该方法通常在真空或惰性气体环境下进行。
材料通过电弧、射频等方式激发成粒子或离子状态，然后被加速并轰击到基底表面，形成均匀的薄膜。
溅射法具有制备多种材料的能力，可以得到具有各种结构和性质的薄膜。
5. 模板法：模板法是一种利用模板的孔隙结构来制备薄膜的方法。
首先，在模板表面形成薄膜前体，然后通过热处理或溶剂处理等方式，将前体转化为所需的薄膜。
模板法制备的薄膜具有具有有序的孔隙结构，可以用于制备滤膜、分离膜等。
总结起来，薄膜材料的制备方法包括溶液法、CVD法、真空蒸发法、溅射法和模板法等。
不同的制备方法适用于不同的材料和要求，选择合适的方法可以得到具有优异性能的薄膜材料。
薄膜的化学制备方法
应用实例
光学薄膜
利用溶胶-凝胶法制备的光学薄膜 具有高透光性、高反射性和高截 止特性等优点，广泛应用于光学
仪器、太阳能光伏等领域。
电子薄膜
溶胶-凝胶法制备的电子薄膜具有 良好的电学性能和化学稳定性，适 用于制备电子元器件和集成电路等。
生物医用薄膜
通过溶胶-凝胶法制备的生物医用薄 膜具有良好的生物相容性和生物活 性，可用于制备医疗器械、生物传 感器和组织工程支架等。
应用实例
金属薄膜
如镍、铜、钴等金属薄膜的制备，可用于电子器 件的制造和装饰行业。
半导体薄膜
如氧化锌、二氧化钛等半导体薄膜的制备，可用 于光电器件和太阳能电池等领域。
复合薄膜
如金属/氧化物、金属/非金属等复合薄膜的制备， 可用于传感器、催化器和防腐蚀涂层等领域。
05
喷涂法
原理与特点
原理
喷涂法是一种将液体材料通过喷枪或 喷涂设备，以雾状形式均匀地喷涂在 基材表面，形成薄膜的方法。
等离子体增强CVD法
总结词
利用等离子体激活反应气体，在较低温度下制备薄膜。
详细描述
等离子体增强CVD法是一种先进的化学气相沉积技术，利用等离子体激活反应气体，使气体在较低温 度下也能发生化学反应，从而在衬底表面形成固态薄膜。这种方法具有反应温度低、薄膜附着力强、 沉积速率高等优点，适用于制备各种功能性薄膜。
03
化学溶液沉积
原理与特点
原理
通过将溶有欲形成薄膜的物质的溶液，以一定的方式（如旋转、喷涂、电泳等） 涂敷在基片上，经过一定时间后，溶剂蒸发，溶质以晶体或非晶体的形式沉积 在基片上，形成薄膜。
特点
设备简单、操作方便、成本低廉，可制备大面积的薄膜，但薄膜的厚度和均匀 性不易控制，且容易引入杂质。
膜与膜过程_第二章_膜材料与膜制备(3)
① 平板膜
② 中空纤维膜
分湿纺丝法（干-湿纺丝法）、熔融纺丝法；干纺丝法。
③ 管式膜
聚合物管式膜不是自撑式，因此聚合物溶
液需刮涂在一种管状支撑材料上，如聚酯 无纺布或多孔碳管。
（2）蒸气相凝胶法
将聚合物和溶剂组成的刮涂薄层置于被溶
剂饱和的非溶剂蒸气气氛中。由于蒸气相 中溶剂浓度很高，故防止了溶剂从膜中挥 发出来。随着非溶剂渗入（扩散）到刮涂 的薄层中，膜便逐渐形成。利用这种方法 可以得到无皮层的多孔膜。用浸沉凝胶法 制备中空纤维膜（干-湿纺丝）时，常采用 蒸发步骤，此时溶剂与蒸气相非溶剂交换 而导致沉淀。
3、均质膜的制备
致密均质膜 一般是指结构最紧密的膜，孔径在1.5nm以 下，膜中的高分子以分子状态排列。有机 高分子的致密均质膜在实验室研究工作中 广泛用于表征膜材料的性质。 致密均质膜太厚，透量太小，一般较少实 际应用于工业生产。
(1)Biblioteka ① 溶液浇铸法将膜材料用适当的溶剂溶解，制成均匀的铸膜液， 将铸膜液倾倒在玻璃板上（一般经过严格选择的 平整玻璃板），用一特制的刮刀使之铺展成一具 有一定厚度的均匀薄层，然后移置到特定环境中 让溶剂完全挥发，最后形成一均匀薄膜。 铸膜液的浓度范围较宽，一般在15%~20% （w/w），铸膜液要有一定粘度；一般不用高沸 点溶剂。 脱溶剂过程中铸膜液上面的空气相对湿度、流动 状况等对膜的最终性质具有重大影响。
4、无机膜制备工艺
无机膜可分致密膜、多孔膜及复合非对称膜三种。 无机膜的制备方法与材料和种类、膜的结构及孔径 范围密切相关。有多种制膜工艺：悬浮粒子法、溶 胶-凝胶（Sol-gel）法、阳极氧化法、化学气相沉 积法（CVD）、分相法和水热合成法等。 致密膜为金属或固体电解质膜。钯等金属膜的主要 制备方法有电镀法、化学镀法、化学气相沉积法， 浇铸及辗压法以及物理气相沉积法。膜厚为几个微 米至几个毫米。氧化物致密膜常采用挤出和等静压 法成型，其制备过程包括粉料制备、成型和干燥烧 结三个基本步骤。
LB技术-薄膜化学的制备方法简介
和缺陷密度很低的LB薄膜； 设备简单，操作方便。
缺点：
成膜效率低； LB薄膜均为有机薄膜，它包含了有机材料
的弱点பைடு நூலகம் LB薄膜厚度很薄，在薄膜表征手段方面难
度较大。
LB薄膜的应用
LB技术可以把一些具有特定功能的有机分子或生 物分子有序定向排列，使之形成某一特殊功能的 超薄膜，如有机绝缘薄膜、非线性光学薄膜、光 电薄膜、有机导电薄膜等。它们有可能在微电子 学、集成光学、分子电子学、微刻蚀技术及生物 技术中得到广泛应用。
LB薄膜电子束敏感抗蚀层有可能成为超高分辨率 微细加工技术的一个发展方向。
有机非线性光学材料具有非线性极化率高、不易 被激光损伤、制备方便等特点，LB技术为有机非 线性材料提供了重要途径。
薄膜的化学制备方法
L B 技术
LB技术是指把液体表面的有机单分子膜转移到固 体衬底表面上的一种成膜技术。得到的有机薄膜 称为LB薄膜。
基本原理类似于表面活性剂。其分子具有两性基。
亲水基：羧基（-COOH），醇基（-OH)等； 憎水基：烷烃基，烯烃基，芳香烃基等；
单分子层的转移 根据薄膜分子在基片上的相对取向，
LB薄膜可分为X型、Y型、Z型三种类型。
LB薄膜每层分子的亲油基都指向基片表面
LB薄膜每层分子的亲水基与亲水基相连，亲油基与亲油基相连
LB薄膜每层分子的亲水基指向基片表面
L B制模装置
水槽 刮膜板 表面压传感器 提膜装置
LB薄膜的优点
LB薄膜中分子有序定向排列； 很多材料都可以用LB技术成膜； LB薄膜由单分子层组成，它的厚度取决于
薄膜材料与薄膜技术答案
薄膜材料与薄膜技术答案薄膜材料与薄膜技术(答案)第一章真空技术基础1、膜的定义及分类。
答：当固体或液体的一维线性尺度远远小于它的其他二维尺度时，我们将这样的固体或液体称为膜。
通常，膜可分为两类：（1）厚度大于1mm的膜，称为厚膜；（2）厚度小于1mm的膜，称为薄膜。
2、人类所接触的真空大体上可分为哪两种？答：（1）宇宙空间所存在的真空，称之为“自然真空”；（2）人们用真空泵抽调容器中的气体所获得的真空，称之为“人为真空”。
3、何为真空、绝对真空及相对真空？答：不论哪一种类型上的真空，只要在给定空间内，气体压强低于一个大气压的气体状态，均称之为真空。
完全没有气体的空间状态称为绝对真空。
目前，即使采用最先进的真空制备手段所能达到的最低压强下，每立方厘米体积中仍有几百个气体分子。
因此，平时我们所说的真空均指相对真空状态。
4、毫米汞柱和托？答：“毫米汞柱（mmHg）”是人类使用最早、最广泛的压强单位，它是通过直接度量长度来获得真空的大小。
1958 年，为了纪念托里拆利，用“托（Torr）”，代替了毫米汞柱。
1 托就是指在标准状态下，1 毫米汞柱对单位面积上的压力，表示为1Torr=1mmHg。
5、真空区域是如何划分的？答：为了研究真空和实际使用方便，常常根据各压强范围内不同的物理特点，把真空划分为以下几个区域：（1）粗真空：l´105 ~ l´102 Pa，（2）低真空：l´102 ~ 1´10-1Pa，（3）高真空：l´10-1 ~ 1´10-6Pa和（4）超高真空：< 1´10-6Pa。
6、真空各区域的气体分子运动规律。
答：（1）粗真空下，气态空间近似为大气状态，分子仍以热运动为主，分子之间碰撞十分频繁；（2）低真空是气体分子的流动逐渐从黏滞流状态向分子状态过渡，气体分子间和分子与器壁间的碰撞次数差不多；（3）高真空时，气体分子的流动已为分子流，气体分子与容器壁之间的碰撞为主，而且碰撞次数大大减少，在高真空下蒸发的材料，其粒子将沿直线飞行；（4）在超高真空时，气体的分子数目更少，几乎不存在分子间的碰撞，分子与器壁的碰撞机会也更少了。
薄膜物理总结
一．薄膜制备的真空技术基础：薄膜制备方法物理方法：热蒸发法 溅射法 离子镀方法化学方法：电镀方法 化学气相生长法1,气体分子的平均自由程：气体分子在两次碰撞的间隔时间里走过的平均距离。
21d n πλ= d — 气体分子的有效截面直 2,单位面积上气体分子的通量：气体分子对于单位面积表面的碰撞频率。
3,流导：真空管路中气体的通过能力。
分子流气体：流导C 与压力无关，受管路形状影响，且与气体种类、温度有关。
4,真空泵的抽速: p — 真空泵入口处气体压力Q — 单位时间内通过真空泵入口处气体流量5,真空环境划分：低真空> 102 Pa中真空102 ~ 10-1 Pa高真空10-1 ~ 10-5 Pa超高真空< 10-5 Pa低压化学气相沉积：中、低真空（10~ 100Pa ）;溅射沉积： 中、高真空（10-2 ~ 10Pa ）;真空蒸发沉积： 高真空和超高真空（<10-3 Pa ）;电子显微分析： 高真空;材料表面分析： 超高真空。
6,气体的流动状态:分子流状态：在高真空环境下，气体的分子除了与容器壁外,几乎不发生气体分子间的相互碰撞。
特点：气体分子平均自由程大于气体容器的尺寸或与其相当。
（高真空薄膜蒸发沉积系统、各种材料表面分析仪器）粘滞流状态：当气压较高时，气体分子的平均自由程很短，气体分子间的相互碰撞较为频繁。
粘滞流状态的气体流动模式：层流状态：低流速黏滞流所处的气流状态，即气体宏观运动方向与一组相互平行的流线相一致。
紊流状态：高流速黏滞流所处的气流状态，气体不再能够维持相互平行的层状流动模式，而呈现出一种旋涡式的流动模式。
克努森（Knudsen）准数:分子流状态Kn＜1过渡状态Kn＝1~100粘滞流状态Kn ＞ 1007,旋片式机械真空泵工作原理：玻意耳-马略特定律（PV=C）即：温度一定的情况下，容器的体积和气体压强成反比。
性能参数：理论抽速Sp：单位时间内所排出的气体的体积。
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第二节 化学气相沉积
（3）氧化反应制备氧化物：含薄膜元素的化合物与氧气一同进入 反应器，形成氧化反应在衬底上沉积薄膜。 SiH4 （气）+O2（气） → SiO2（固）+ 2H2（气 ） GeCl4 （气）+O2（气） → GeO2（固）+ 2Cl2（气 ） SiCl4 （气）+O2（气） → SiO2（固）+ 2Cl2（气 ）
❖ 优点： （1）可以准确地控制薄膜的组分及掺杂水平使其组分具有理想化配比； （2）可在复杂形状的基片上沉积成膜； （3）由于许多反应可以在大气压下进行，系统不需要昂贵的真空设备； （4）化学气相沉积的高沉积温度会大幅度改善晶体的结晶完整性； （5）可以利用某些材料在熔点或蒸发时分解的特点而得到其它方法无法
第二节 化学气相沉积
❖ 化学气相沉积CVD（chemical vapor deposition）
化学气相沉积技术： 利用加热、等离子体激励或光辐射等方法，使气态或蒸汽
状态的化学物质发生反应并以原子态沉积在置于适当位置的衬 底上，从而形成所需要的固态薄膜或涂层的过程。CVD反应指 反应物为气体，生成物之一为固体的化学反应。
❖ 中温CVD的典型反应温度大约500～800 ℃，它通常是采用金属有机 化合物在较低温度的分解来实现的，所以又称金属有机化合物CVD。
第二节 化学气相沉积
❖ 化学气相沉积在活化方式、涂层材料、涂层结构方面的多样性以及涂 层纯度高、工艺简单易行等一系列的特点，化学气相沉积成为一种非 常灵活、应用极为广泛的工艺方法，可以用来制备各种涂层、粉末、 纤维和成型元器件。
第二节 化学气相沉积
第二节 化学气相沉积
❖ CVD可在常压或低压下进行。通常CVD的反应温度范围大约900～ 1200℃，它取决于沉积物的特性。
❖ 为克服传统CVD的高温工艺缺陷，近年来开发出了多种中温（800 ℃ ）以下和低温（500 ℃ ）以下CVD新技术，由此扩大了CVD技术 在表面技术领域的应用范围。
第二章 薄膜制备的化学方法
第二章 薄膜制备的化学方法
第一节 热氧化生长 第二节 化学气相沉积 第三节 电镀 第四节 化学镀 第五节 阳极反应沉积 第六节 LB技术
第一节 热氧化生长
❖使要形成薄膜的材料与空间气氛发生反应，通过加热基片的方 式，在其表面形成该物质的氧化物、氮化物和碳化物薄膜。如Al 基片加热生成氧化铝膜。
第一节 热氧化生长
在干燥的氧气气氛下，在硅上进行了快速热氧化生长，制备了很 薄的氧化硅膜。
在空气和超热水蒸气下，对铋 (Bi)膜的氧化制备了Bi2O3膜。高 温水蒸气的作用是取代空气，改 变反应室里的有效氧气含量。
第一节 热氧化生长
第一节 热氧化生长
第一节 热氧化生长
❖ 优缺点 热氧化生长设备简单，成本较低，所得到的薄膜纯度高，结晶性
第二节 化学气相沉积
这种方法制备的薄膜种类很广包括： （1）固体电子器件所需的各种薄膜 （2）轴承和切削工具的耐磨涂层 （3）发动机或核反应堆部件的高温防护涂层
Si3N4原子力针尖 多晶硅太阳能电池
第二节 化学气相沉积
❖ 其他应用 超导膜、金刚石膜 在光学领域中，金刚石薄膜被称为未来的光学 材料，它具有波段透明和极其优异的抗热冲击、抗 辐射能力，可用作大功率激光器的窗口材料，导弹 和航空、航天装置的球罩材料等。金刚石薄膜还是 优良的紫外敏感材料。
Nb3Sn铌锡超导薄膜
金刚石薄膜窗口
航天球罩
第二节 化学气相沉积
化学气相沉积的基本条件 ❖ 在沉积温度下，反应物必须有足够高的蒸气压 ❖ 除了需要得到的固态沉积物外，化学反应的生成物都必须是气态 ❖ 沉积物本身的饱和蒸气压应足够低，以保证它在整个反应、沉积过程
中都一直保持在加热的衬底上
第二节 化学气相沉积
第二节 化学气相沉积
❖ CVD的应用 CVD法主要应用于两大方向：一是沉积薄膜；二是制取新材料，
包括金属、难熔材料的粉末和晶须以及金刚石薄膜、类金刚石薄膜、 碳纳米管材料等。
目前CVD技术在保护膜层、微电子技术、太阳能利用、光纤通信、 超导技术、制备新材料等许多方面得到广泛的应用。
晶须：由高纯度单晶生长而成的短纤维。其 机械强度等于邻接原子间力。晶须的高度取 向结构不仅使其具有高强度、高模量和高伸 长率，而且还具有电、光、磁、介电、导电、 超导电性质。
得到的材料； （6）沉积过程可以在大尺寸基片或多基片上进行，绕镀性好，可在复杂
形状的基体上以及颗粒材料上镀制。
第二节 化学气相沉积
❖ 缺点： （1）明显缺点是化学反应需要高温，一般在900～1200℃范围内； （2）反应气体会与基片或设备发生化学反应； （3）在化学气相沉积中，使用的设备可能较为复杂，且有许多变量需要
控制； （4）气源和反应后的尾气大多有一定中典型的化学反应： （1）热分解制备金属膜：气态氢化物、羰基化合物以及金属有机化合物
与高温衬底表面接触，化合物高温分解或热分解沉积而形成薄膜。
SiH4 （气）→ Si（固）+2H2（气） Ni(CO)4（气）→ Ni（固）+4CO（气）
第二节 化学气相沉积
（4）氮化反应和碳化反应制备氮化物和碳化物 3SiH4 （气）+4NH3（气） → Si3N4（固）+ 12H2（气 ）
Si3N4是一种高温陶瓷材料，硬度 大、熔点高、化学性质稳定
好，膜层和集体的界面不明显，不会剥离。 不足的是薄膜生长的厚度受到严重限制，掺杂的再扩散。
第二节 化学气相沉积
古人类在取暖
或烧烤时在岩
洞壁或岩石上 的黑色碳层
20世纪50年代 主要用于刀具
涂层
20世纪60-70 年代用于集成
电路
近年来PECVD 、LCVD等高
速发展
80年代低压 CVD成膜技术 成为研究热潮
TiI2（气）→ Ti（固）+2I（气）
第二节 化学气相沉积
（2）还原反应：许多元素的卤化物、羟基化合物、卤氧化物等虽然 也可以气态存在，但它们具有相当的热稳定性，因而需要采用适 当的还原剂才能将其置换出来，在衬底上沉积形成纯金属膜或多 晶硅膜。
SiCl4（气）+2H2 → Si（固）+4HCl（气）