第三章_功能薄膜材料..
第三章薄膜材料的表征方法-PPT
❖ 由此可见,Ψ 与△直接反映出反射前后光波偏振状态得变化。 在波长、入射角、衬底等确定得条件下,Ψ 与△就是膜厚与 薄膜折射率( n) 得函数,写成一般函数式为Ψ = Ψ( d , n) , △= △( d , n)
❖ 椭偏光谱学就是一种利用线偏振光经样品反射后转变
为椭圆偏振光这一性质以获得样品得光学常数得光谱 测量方法,它区别于一般得反射透射光谱得最主要特 点在于不直接测算光强,而就是从相位空间寻找材料 得光学信息,这一特点使这种测量具有极高得灵敏度。
❖ 椭偏光谱仪有多种结构,如消光式、光度式等,消光式 椭偏仪通过旋转起偏器与检偏器,对某一样品,在一定 得起偏与检偏角条件下,系统输出光强可为零。由消 光位置得起偏与检偏器得方位角,就可以求得椭偏参 数。然而,这种方法在具有较大背景噪声得红外波段
❖30keV左右得能量得电子束在入射到样品表面之后,将
与表面层得原子发生各种相互作用,产生二次电子、背散
射电子、俄歇电子、吸收电子、透射电子等各种信号(如
图3-2)。
从图3－2中瞧到,入射电子
束与样品表面相互作用可
产生7种信息。其中最常
用于薄膜分析得就是背散
射电子、二次电子与特征
X射线。前两种信息可用
内层电子电离,驰豫过程产生得另一能 级上电离得电子产生于样品表面几个 原子层
任何部位得元素分析与元素分布 图
样品表面薄层中得轻元素分析与 元素分布图
3、2、2 原子力显微镜(AFM)分析
❖ 将扫描隧道显微镜(SEM)得工作原理与针式 轮廓曲线仪原理结合起来,制成了原子力显 微镜(Atomic Force Microscopy, AFM)。这 种结构首先就是Binnig(诺贝尔奖金获得者) 等人在1986年提出得。这种新型得表面分 析仪器就是靠探测针尖与样品表面微弱得 原子间作用力得变化来观察表面结构,得到 得就是对应于表面总电子密度得形貌。
薄膜材料第三章薄膜沉积的物理方法.
电阻加热蒸发沉积装置
3 薄膜沉积的物理方法
3.1 真空蒸发沉积（蒸镀）
3.1.2 蒸发沉积装置
三、闪烁蒸发：
待蒸发材料以粉末形式被送入送粉机构，通过机械式或 电磁式振动机构的触发，被周期性少量输送到温度极高的蒸 发盘上，待蒸发材料瞬间蒸发形成粒子流，随后输运到基片 完成薄膜的沉积。 1、蒸发温度： 与电阻加热蒸发基本相同 (1500~1900 ℃)。 2、主要改进： 解决了薄膜成分偏离源材料组分的问题！ 3、应用场合： 制备蒸发温度较低的半导体、金属陶瓷和氧化物薄膜。 4、主要问题： 蒸发温度依然有限； 待蒸发材料是粉末态，易于吸附气体且除气难度较大； 蒸发过程中释放大量气体，易导致“飞溅”，影响成膜质量。
2、主要优点：
与电子束蒸发类似，可避免加热体/坩锅材料蒸发污染薄膜； 加热温度高，可沉积难熔金属和石墨 (蒸发源即电极，须导电)； 设备远比电子束蒸发简单，成本较低。
3、主要问题：
电弧放电会产生 m大小的颗粒飞溅，影响薄膜的均匀性和质量。
电弧加热蒸发装置示意图
4、主要应用：沉积高熔点难熔金属及其化合物薄膜、碳材料薄膜 (如DLC薄膜)。
薄膜材料
3 薄膜沉积的物理方法
薄膜 沉积 的 物理 方法
蒸发（Evaporatio n） 物理气相沉积技术 (PVD) Physical Vapor Deposition 溅射（Sputtering ） 离化PVD （离子镀、IBAD 、IBD 等） 分子束外延 ( MBE ，Molecular Beam Epitaxy ) 外延技术 液相外延 (LPE ，Liquid Phase Epitaxy ) Epitaxy 热壁外延 (HWE ，Hot Wall Epitaxy )
光学薄膜技术第三章
第三章薄膜制造技术光学薄膜可以采用物理汽相沉积（ PVD ）和化学液相沉积（CLD ）两种工艺来获得。
CLD 工艺简单，制造成 本低，但膜层厚度不能精确控制， 膜层强度差，较难获得多层膜，废水废气对环境造成污染， 已很少使用。
PVD 需要使用真空镀膜机，制造成本高，但膜层厚度能够精确控制，膜层强度好，目前已广泛使用。
PVD 分为热蒸发、溅射、离子镀、及离子辅助镀等。
制作薄膜所必需的有关真空设备的基础知识用物理方法制作薄膜，概括起来就是给制作薄膜的物质加上热能或动量，使它分解为原子、分子或少数几 个原子、分子的集合体（从广义来说，就是使其蒸发），并使它们在其他位置重新结合或凝聚。
在这个过程中，如果大气与蒸发中的物质同时存在，那就会产生如下一些问题： ① 蒸发物质的直线前进受妨碍而形成雾状微粒，难以制得均匀平整的薄膜； ② 空气分子进入薄膜而形成杂质； ③ 空气中的活性分子与薄膜形成化合物；④ 蒸发用的加热器及蒸发物质等与空气分子发生反应形成 化合物，从而不能进行正常的蒸发等等。
因此，必须把空气分子从制作薄膜的设备中排除出去，这个过程称为抽气。
空气压力低于一个大气压的状态称为真空， 而把产生真空的装置叫做真空泵，抽成真空的容器叫做真空室，把包括真空泵和真空室在内的设备叫做真空设备。
制作薄膜最重要的装备是真空设备.真空设备大致可分为两类：高真空设备和超高真空设备。
二 者真空度不同，这两种真空设备的抽气系统基本上是相同 的，但所用的真空泵和真空阀不同，而且用于真空室和抽气系统的材料也不同， 下图是典型的高真空设备的原理图，制作薄膜所用的高真空设备大多都属于这一类。
下图是超高真空设备的原理图，在原理上，它与高真空设备 没有什么不同，但是，为了稍稍改善抽气时空气的流动性， 超高真空设备不太使用管子，多数将超高真空用的真空泵直 接与真空室连接，一般还要装上辅助真空泵（如钛吸气泵） 来辅助超高真空泵。
3.1高真空镀膜机 1•真空系统现代的光学薄膜制备都是在真空下获得的。
薄膜材料物理-第三章金属薄膜的导电
要点二
详细描述
霍尔系数的大小反映了金属薄膜中电子运动受到的洛伦兹 力的大小。当外加磁场作用时，金属薄膜中的电子受到洛 伦兹力的作用而偏转，形成横向电流。这个横向电流与外 加电场相互作用产生附加的电场强度，从而影响金属薄膜 的导电性能。金属薄膜的霍尔系数一般较小，但在某些金 属材料中可以观察到较大的霍尔效应。
电子态密度与温度
金属的电子态密度随温度变化， 温度升高会导致电子态密度降低， 影响金属的导电性。
02 金属薄膜的导电性能
电导率
01
电导率是衡量金属薄膜导电性能的重要参数，表示单位截面积和单位 长度内电流的传导能力。
02
电导率与金属薄膜中自由电子的浓度和迁移率有关，自由电子的浓度 越高，迁移率越大，则电导率越高。
金属薄膜的磁电阻效应
总结词
金属薄膜的磁电阻效应是指金属薄膜在磁场的作用下 ，电阻发生改变的现象，是衡量金属薄膜磁导电性能 的重要参数。
详细描述
磁电阻效应可以分为正磁电阻效应和负磁电阻效应两 种情况。正磁电阻效应是指磁场增强时，金属薄膜的 电阻增大；负磁电阻效应则是指磁场增强时，金属薄 膜的电阻减小。磁电阻效应的大小与金属薄膜材料的 性质、温度、磁场强度等因素有关。在实际应用中， 可以通过测量金属薄膜的磁电阻效应来研究材料的磁 学和电学性质，以及开发新型的磁电阻传感器和磁记 录器件等。
详细描述
金属薄膜的电阻温度系数是指温度每升高1摄氏度时，金属薄膜电阻的相对变化率。它 反映了金属薄膜导电性能对温度的敏感程度。一般来说，金属薄膜的电阻温度系数随温 度升高而增大，这是因为金属中自由电子的运动受温度影响较大，温度升高会导致电子
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。
光学薄膜技术第三章--薄膜制造技术
光学薄膜技术第三章——薄膜制造技术—-—-———-—--—--———————-—-——--——-—作者：—--—-————-——--—-————-———————-———日期：第三章薄膜制造技术光学薄膜可以采用物理汽相沉积(PVD)和化学液相沉积(CLD）两种工艺来获得.CLD工艺简单，制造成本低，但膜层厚度不能精确控制，膜层强度差，较难获得多层膜,废水废气对环境造成污染，已很少使用.PVD需要使用真空镀膜机,制造成本高，但膜层厚度能够精确控制，膜层强度好，目前已广泛使用。
PVD分为热蒸发、溅射、离子镀、及离子辅助镀等。
制作薄膜所必需的有关真空设备的基础知识用物理方法制作薄膜，概括起来就是给制作薄膜的物质加上热能或动量，使它分解为原子、分子或少数几个原子、分子的集合体(从广义来说，就是使其蒸发），并使它们在其他位置重新结合或凝聚.在这个过程中，如果大气与蒸发中的物质同时存在,那就会产生如下一些问题：①蒸发物质的直线前进受妨碍而形成雾状微粒，难以制得均匀平整的薄膜；②空气分子进入薄膜而形成杂质；③空气中的活性分子与薄膜形成化合物；④蒸发用的加热器及蒸发物质等与空气分子发生反应形成化合物，从而不能进行正常的蒸发等等.因此,必须把空气分子从制作薄膜的设备中排除出去，这个过程称为抽气。
空气压力低于一个大气压的状态称为真空，而把产生真空的装置叫做真空泵，抽成真空的容器叫做真空室，把包括真空泵和真空室在内的设备叫做真空设备.制作薄膜最重要的装备是真空设备．真空设备大致可分为两类：高真空设备和超高真空设备.二者真空度不同,这两种真空设备的抽气系统基本上是相同的，但所用的真空泵和真空阀不同，而且用于真空室和抽气系统的材料也不同,下图是典型的高真空设备的原理图，制作薄膜所用的高真空设备大多都属于这一类.下图是超高真空设备的原理图,在原理上,它与高真空设备没有什么不同，但是，为了稍稍改善抽气时空气的流动性，超高真空设备不太使用管子，多数将超高真空用的真空泵直接与真空室连接，一般还要装上辅助真空泵(如钛吸气泵）来辅助超高真空泵。
第三章 薄膜材料的研究方法
透明薄膜厚度测量的干涉法
在薄膜与衬底均是透明的且它们的折射率分别为 n1和 n2 的情况下，薄膜对垂直入射的单色光的反 射率随着薄膜的光学厚度 n1d 的变化而发生振荡， 如图3.3所示， n1不同而n2 =1.5时，若n1 > n2 ， 反射极大的位置出现在
(2m 1) d 4n1
图3.3 透明薄膜对垂直入射的单色光的反射率随 着薄膜的光学厚度的变化曲线
1．二次电子像
用被光电倍增管接收下来的二次电子信 号来调制荧光屏的扫描亮度。由于样品 表面的起伏变化将造成二次电子发射的 数量及角度分布的变化，因此通过保持 屏幕扫描与样品表面电子束扫描的同步， 即可使屏幕图像重现样品的表面形貌， 屏幕上图像的大小与实际样品上的扫描 面积大小之比即是扫描电子显微镜的放 大倍数。
2．不透明薄膜厚度的测量
如果被研究的薄膜是不透明的，而且在 沉积薄膜时或在沉积之后能够制备出待 测薄膜的一个台阶，那么即可用等厚干 涉条纹或等色干涉条纹的方法方便地测 出台阶的高度。
图3.2 等厚干涉条纹法测量薄膜厚度示意图
等厚干涉条纹法
出现光的干涉极大的条件为薄膜（或衬 底）与反射镜之间的距离 S 引起的光程 差为光波长的整数倍，即
图3.5 扫描电子显微镜的结构示意图
图3.6 扫描电子显微电子束与样品表 面相互作用示意图
1．二次电子像
扫描电子显微镜的主要工作模式之一就 是二次电子模式。如图3.6（b）所示， 二次电子是入射电子从样品表层激发出 来的能量最低的一部分电子。二次电子 低能量的特点表明，这部分电子来自样 品表面最外层的几层原子。
第三章 薄膜材料的研究方法
也称 薄膜材料的表征方法 薄膜材料在应用之前，对其进行表征是 很重要的，一般包括薄膜厚度的测量、 薄膜形貌和结构的表征、薄膜的成分分 析，这些测量分析结果也正是薄膜制备 与使用过程中普遍关心的问题。
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。
【2024版】微电子工艺之薄膜技术
二、外延掺杂及杂质再分布
3.杂质再分布
再分布：外延层中的杂质向衬底扩散；
衬底中的杂质向外延层扩散。
总杂质浓度分布：各自扩散的共同结果。
①衬底杂质的再分布（图3－21）
初始条件:N2(x,0)=Nsub,x<0; N2(x,0)=0,x>0; 边界条件一：衬底深处杂质浓度均匀，即
当vt» D1t 时，有
N1x,t
Nf 2
erfc
2
x D1t
二、外延掺杂及杂质再分布
当vt»2 D1t 时，有
N1(x,t)≈Nf
③总的杂质分布（图3－24）
N(x,t)=N1(x,t)± N2(x,t) “+”: 同一导电类型；
“－”:相反导电类型；
三、自掺杂（非故意掺杂）
1.定义
N 2 x
x 0
二、外延掺杂及杂质再分布
边Jd界条D件2 二Nx：2 在xx外f 延J层b 表J s面 （h2x=vxfN）2 ,扩x f 散,t 流密度Jd为
解得：
N2x,t
N sub 2
erfc
2
x D2 t
v h2 2h2
v
ex
p
D2
vt
x erfc
2vt x 2 D2t
①当hG» ks，则 NGS≈NG0，V= ks(NT/ NSi) Y，是表面反 应控制。
②当ks» hG，则 NGS ≈0， V= hG(NT/ NSi) Y，是质量转 移控制。
二、外延掺杂及杂质再分布
1. 掺杂原理－以SiH4-H2-PH3为例
薄膜材料的制备方法及其应用
薄膜材料的制备方法及其应用第一章薄膜材料薄膜材料是一种表面积极高，厚度在微米到纳米级别的薄片状材料。
薄膜材料具有许多惊人的物理和化学性质，因此在许多不同的应用中都是不可或缺的材料。
薄膜材料的制备方法和应用研究在过去几十年中得到了迅速的发展。
第二章薄膜材料的制备方法首先，我们可以探索一些薄膜材料的制备方法。
以下是薄膜材料的几种主要制备方法：2.1 溅射溅射是得到薄膜材料的最常用方法之一。
通过放置目标材料在真空腔体内，与材料中的离子进行碰撞设计使得薄膜附着在基底上。
这种方法具有较高的质量和卓越的控制性能，被广泛应用于高分子材料，金属溅射薄膜和半导体设备。
2.2 化学气相沉积法一种典型的化学气相沉积法是热原子层沉积(HALCVD)。
其工作原理是利用化学反应将保持在气相状态的气体分压制造出所需的化合物，并将其沉积在基底表面。
由于产生的薄膜具有较高的均匀性、良好的纯度以及出色的控制性，因此广泛应用于显示器、光电器件等生产工艺中。
2.3 溶液工艺溶液法是一种制备大面积有机电子薄膜的简便方法。
这种方法的基本思路是将活性有机物放置在有机介质中溶解成一种溶液，然后将溶液高精度地喷涂在表面上。
产生的薄膜可以在常温下制成，并在通用设备和热塑性基质上进行涂覆。
由于其高质量的器件制作能力，从有色涂料到电子材料验证都有广泛用途。
第三章薄膜材料的应用3.1 晶体管和二极管薄膜材料作为晶体管和二极管中的材料，其制备和应用技术一直是电子行业的重点。
这些设备通常需要具有高面积、低导电电阻、高纵向导电性能和高晶格匹配度的特殊特性，以满足当前技术和市场的良好表现。
3.2 柔性电子柔性电子是指能够以各种方式或经受曲折、弯曲、侵蚀和扭曲。
由于薄膜材料具有优越的柔性、弯曲和可塑性、可在各种表面上涂覆、耐黄变和耐水洗性能，因此在该领域也起着重要作用。
该类应用，尽管其特殊性和复杂性所限制，但在智能手机、电脑、电视等产品中得到了广泛应用。
3.3 生物技术有机薄膜和金属薄膜都广泛应用于生物技术领域。
第三章薄膜材料的制备
(6) 特殊蒸发方法—化合物和合金材料
a.闪蒸蒸发 又称瞬间蒸发，把薄膜 材料做成细小颗粒或粉 末状，通过一定装置使 其以极小的流量逐渐进 入高温蒸发源。使每个 颗粒都在瞬间完全蒸发， 以保证薄膜的组分比例 与合金相同。
闪蒸蒸发设备示意图
b．多源蒸发 将合金薄膜所需的元素各 自置于单独的蒸发源中， 同时加热，并独立控制各 蒸发源的温度，以使薄膜 的组分比例满足合金要求。 要求各蒸发源参数能独立 控制和指示，蒸发源间分 隔开，避免相互污染。
六硼化镧薄膜的电子束蒸发法制备 基底选用玻璃和钽片, 使用的设备为南光H44500-3 型超高真空镀 膜机。基底固定在一个不锈钢底座上, e型电子枪为加工的块状 LaB6 , 用来代替原设备中的钨阴极, 试验装置的基本结构如图。 实验过程中冷阱中持续添加液氮, 真空度控制在8×105~3×10- 4Pa 之间, 电子束加速级电压控制在4500V 左右, 电 流为80mA, 蒸发时间为15min 。蒸发过程中通过控制电子束能 量来实现对多晶材料蒸发速率的控制, 通过蒸发时间来控制蒸发薄
一、薄膜和薄膜材料分类
1、薄膜材料的概念
采用一定方法，处于某种状态的一种或几种物质 (原材料)的基团（离子、原子或分子）以物理或 者化学方式附着于衬底材料表面，在衬底材料表 面形成一层新的物质，这层新物质就称为薄膜。
简而言之，薄膜是由离子、原子或分子的沉积过 程形成的二维材料。
2、薄膜的基本特征
多源蒸发装置示意图
c.反应蒸发(属化学成膜) 把活性气体导入真空室，使活性气体的原子、分子与来自 蒸发源的原子、分子在衬底表面反应，生成所需化合物。 这种方法在制作高熔点 化合物薄膜时经常被采 用。 例如：在空气或氧气中 蒸发Si来制备SiO2薄膜
第三章 高分子化学改性
（2）嵌段共聚物的热性能
无规共聚物的模量与温度的关系 两相嵌段共聚物的模量与温度的关 系 从单体A和单体B得到的无规共聚物模量温度关系介于均聚物A和均聚物B之间。 同时只有一个Tg处于两均聚物的Tg之间。无规共聚物的Tg位置与单体的质量分数有 关。 两相嵌段共聚物保持了两种嵌段固有的性质，所以明显有两个Tg。在两个Tg之间有 一个模量平台。这平台的平坦程度取决于相分离的程度。相分离越完善则模量对温 度的敏感性越低。但是，高度分离的嵌段共聚物的两个Tg与含量没有关系，平台位 置却与嵌段含量有关。
(3) 力学性质
可以把嵌段共聚物分为两类，刚性嵌段共聚物和弹性嵌段共聚物。刚性嵌段共 聚物由两个硬嵌段和一个短的软嵌段组成。弹性嵌段共聚物一般含有两个软嵌段与一 个短的硬嵌段。 只有两种硬嵌段组成的刚性嵌段共聚物的抗蠕变等力学性能好，由于高度的相 分离和相间的黏着力好，使得硬-硬嵌段共聚物固有的延展性得以保留。共聚物常常 是脆性的，通过与小部分的软嵌段组成嵌段共聚物，体系中的两相特性和软嵌段的低 玻璃化转变温度，使其韧性具有很大改善。例如环氧-聚己内酯热固性嵌段共聚物。 热塑性弹性体是由大量的软嵌段和少量的硬嵌段组成的两相嵌段共聚物。软嵌 段提供弹性，硬嵌段形成微区，形成链间有利的缔合，形成物理交联，提高强度。
2.5 离子聚合反应法 利用离子聚合反应可合成接枝聚合物。 如：在含有对氯甲基聚苯乙烯的二硫化碳溶液中，用溴化 铝作引发剂，可使异丁烯发生碳阳离子的聚合反应，形成聚苯 乙烯-g-异丁烯接枝共聚物
2.6 大分子单体法 大分子单体指在分子链上带有可聚合基团的齐聚物，分子 量一般为数千至数万。 通过大分子单体的聚合可直接获得结构明确的接枝共聚物， 可以综合完全相反的性能，如软/硬、结晶/非结晶等。 大分子单体的合成主要通过在齐聚物分子链末端引入可聚 合的基团来实现的。
人教版选修一第三章第四节塑料、合成纤维、合成橡胶教案
第三章第四节《塑料、纤维和橡胶》教案（人教版选修1）教案2、纤维（1）天然纤维：棉花、羊毛、蚕丝、麻等（2）合成纤维：如腈纶(人造羊毛) 、锦纶(尼龙)、维纶、氯纶、涤纶(的确良)和丙纶等“六大纶”（3）合成纤维原料：石油、天然气、煤等3、橡胶(1) 天然橡胶的化学组成是聚异戊二烯：（2）合成橡胶：通用橡胶和特种橡胶(3) 硫化橡胶：具有较高的强度、韧性、良好的弹性和化学稳定性等。
二、复合材料教学过程教学步骤、内容教学方法、手段、师生活动[投影][引入]你能找出有那些物品是合成材料吗？[板书] 第四节塑料、纤维和橡胶一、合成材料[讲]日常生活中我们接触到的塑料、合成纤维、黏合剂、涂料等都是合成高分子材料，简称合成材料。
随着社会的发展和科技的进步，合成材料的运用越来越广泛，它们在社会生活中起了越来越重要的作用。
可以说人工合成材料的出现是材料史上的一次飞跃，推动人类社会的进步。
今天，我们将来学习合成材料的三大主要成员：塑料、合成纤维、合成橡胶。
[板书]1、塑料(plastic)1、塑料(plastic)（1）成分：主要成分和添加剂，合成树脂、增塑剂、防老化剂[ 投影][板书]（2）制备：聚合反应[ 投影][板书]（3）分类：①热塑性：有机高分子化合物（如聚乙稀）受热熔化成流动的液体，冷却后成固体，这种现象叫热塑性。
[ 投影][板书]②热固性：有些有机高分子化合物加工成型后受热不会熔化，这种现象叫热固性。
如酚醛塑料。
[板书]③线型结构和体型结构[问]教师用力拉一下食品袋或橡皮筋，然后放松，问学生观察到什么现象？（弹性），又问为什么会具有弹性呢？在高分子化合物的结构中原子间、链节间是以共价键结合。
淀粉、纤维素是C—C、C—O单键，蛋白质是C—C，C—N单键，聚乙烯是C—C单键，这些键可以自由旋转，所以高分子是蜷曲的长链，弹性就可以证明了这一点，小分子短就不会具备这种性质。
[问]长链分子又怎样组成物质的呢？橡皮筋和硬橡皮的区别？[讲]①线型结构（直链或带支链），如淀粉、纤维素、聚乙烯等。
集成电路芯片封装技术第三章 厚薄膜技术(二)
第三章
厚膜介质材料
厚膜介质材料是以多层结构形式用作导体层间的绝缘体， 可在介质层上留有开口区或通孔以便相邻导体层互连。 厚膜介质材料通常是结晶或可再结晶的，介质材料在较低 温度下熔化后和玻璃相物质混合形成熔点比烧结温度更高的 均匀组分，在随后烧结过程中保持固态，提供稳定的基础。
重庆城市管理职业学院
第三章
初始电阻性能—电阻温度系数 初始电阻性能 电阻温度系数TCR 电阻温度系数
材料电阻随温度变化的特性称为电阻温度系数 电阻温度系数，温度电阻温度系数 电阻之间的变化关系通常是非线性关系。
dR(T ) TCR (T ) = dT
∆R TCR = ∆T
重庆城市管理职业学院
第三章
重庆城市管理职业学院
第三章
初始电阻性能—电阻电压系数 初始电阻性能 电阻电压系数VCR 电阻电压系数
电阻电压系数表征电阻对高电压的敏感性，电阻 漂移-电压梯度之间也是非线性关系。
R (V2 ) − R (V1 ) VCR = ×106 (×10−6 / V ) R (V1 ) (V2 − V1 )
重庆城市管理职业学院
第三章
厚膜电阻工艺控制
为了控制厚膜电阻电性能，厚膜电阻的印刷和烧 结工艺很关键，烧结过程中某一温度下停留时间的 烧结过程中某一温度下停留时间的 微小改变或烧结气氛参数控制不良均会对电阻阻值 造成显著影响。 造成显著影响 厚膜电阻的制作对烧结气氛要求很高，空气烧结 的电阻系统要具有很强的氧化气氛，以防止还原性 气氛里将金属氧化物还原为金属。高阻值电阻比低 阻值电阻对气氛要求更加敏感。
重庆城市管理职业学院
第三章
厚膜导体材料基本类型 可空气烧结厚膜导体：主要是指不容易形成氧化物
第三章微纳制造技术-4薄膜沉积(白底)
18
2013-6-9
3）磁控溅射
• 在阴极靶后面设置了 磁场，磁场在靶材表 面形成一个闭合的环 形磁场，与电场形成 正交电磁场。 • 优点：沉积速率高、 基片温度低、可控性 和重复性好等。 • 缺点：靶材的利用率 不高。
限制溅射离子的轨道 增加离子在气体中停留的时间
增强等离子体和电离过程
6、蒸镀特点与用途
• 蒸镀只用于镀制对结合强度要求不高的某 些功能膜 ; 例如用作电极的导电膜，光学 镜头用的增透膜等。 • 蒸镀用于镀制合金膜时在保证合金成分这 点上，要比溅射困难得多，但在镀制纯金 属时，蒸镀可以表现出镀膜速率快的优势。
二、 溅射镀膜
• 概念：带有几十电子伏以上动能的荷能粒 子轰击固体材料时，材料表面的原子或分 子会获得足够的能量而脱离固体的束缚逸 出到气相中，这一现象称为溅射。溅射到 气相中的原子再沉积到固体表面，使之沉 积成膜，称为溅射镀膜。
19
2013-6-9
3、溅射镀膜的生长特点
• 高能量溅射粒 子的轰击会造 成基片温度上 升和内应力增 加：本征应力 和热膨胀系数 差异引起的应 力
4、溅射的用途
• 溅射薄膜按其不同的功能和应用可大致分 为机械功能膜和物理功能膜两大类。
• 前者包括耐磨、减摩、耐热、抗蚀等表面 强化薄膜材料、固体润滑薄膜材料； • 后者包括电、磁、声、光等功能薄膜材料 等。
1017
1167 1132 1180 497 327 2117 1747 1337
熔融态
熔融态 熔融态 熔融态 熔融态 升华 熔融态 熔融态 熔融态
石墨，Al2O3
石墨 BN, Al2O3 Al2O3 Al2O3 石墨 -石墨 B2O3
5
2.5 3 5 3 10 4 2 1.5
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
图 CIGS薄膜太阳能电池的基本结构
材料方面，宽能隙p型α-Si窗口材料已获得广 泛应用，为进一步提高太阳能电池的效率， 正在开发新的p型层材料。超晶格材料以及 微晶材料。氟系α-SiGe的开发。 电池结构方面为多层结构。 日本：新阳光计划；美国：Solar2000计划； 欧盟：Sahel计划
2、光热变换薄膜材料
3.1 用于表面改性的处理技术
离子注入、等离子体表面处理、激光表面
处理
3.2 利于薄膜沉积的技术
PVD法、CVD法
二、耐磨及表面防护涂层
1、硬质涂层
主要用途：各种切削刀具、模具、工具 和摩擦零件，比如TiN和TiC涂层。 主要组成：基底（合金）+涂层（陶瓷） 主要制备方法：CVD和PVD（蒸发、溅射、 离子镀）
3、热电变换薄膜材料
热电现象半导体材料比金属明显。热电发电 材料中，依其工作湿区分为：低温用 （500K，Bi2Te3,ZnSb）、中温用（500900K,PbTe）、高温用（900K,CrSi2,FeSi2 ， CoSi） 主要物质有硫属化合物系材料、过渡金属硅 化物（Fe-Six系材料，硅锗系材料、硼系材 料及非晶态材料等） Z=α2/κρ
主
要
种
类
1、光电变换薄膜材料 2、光热变换薄膜材料 3、热电变换薄膜材料 4、热电子发身薄膜材料 5、固体电解质薄膜材料 6、超导薄膜器件
1、光电变换薄膜材料
太阳能电池基本原理，在太阳光照射下，产生从p到n的电流。 种类: 1.α- Si系薄膜太阳能电池 2.poly-Si薄膜太阳能电池 3.化合物薄膜太阳能电池 ①CdTe薄膜太阳能电池 ②CIS(CuInSe2)太阳能电池 ③CIGS(CuInxGa1-xSe2)太阳能电池 Si系太阳能效率已达到12%以上，镀膜的方法，采用各种等 离子的方法，以及利用光、ECR等的CVD法等。
2、表面改性的手段 （1）表面处理技术（形成表面改性层） 通过物理的或化学的手段，在物质表面层中 引入反应成分，形成混合相或合成相，从 而产生新的功能和材料特性。 （2）膜沉积技术（形成复合多层膜） 在基体材料表面析出或沉积有别于基体材料 的膜层，从而显示新的功能和材料特性。
3、用于表面改性的主要方法
6、超导薄膜器件
举例：钙钛矿系氧化物超导体薄膜及大型单 晶
Bi2Sr2Cuo6-,Tl2Ba2CuO6-δ
Yt系（LnBa2Cu3O7-Y2Ba4Cu8O16-）
四、传感器
所谓传感器，是指可接受外界信息 （刺激），如光、热、磁、压力、加速 度、湿度、环境气氛等，并能在体系内 变换为可处理信号的器件。
陶瓷薄膜功能材料
薄膜材料的定义
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 薄 膜
固体薄膜 液体薄膜
厚膜(>1u)
薄膜 (<1u)
纳米薄膜
本课程关注的仅是沉积在固体表面十分广 泛，制备薄膜材料的技术发展也十分迅 速。 • 制膜的方法----分为物理和化学两大类 • 具体方式上，又分干法，湿法和喷涂， 而每种方式又可分为多种方法。
在发动机中的运用 气门 凸轮轴
发动机驱动零部件的 工作环境极其恶劣
600℃～800℃
高温 高压 频繁冲击
350℃
高温高压
对零部件的表面特性提出了极高的要求
气缸
3、防腐涂层 优点：耐腐蚀性好、耐磨性好、耐热性好 种类：氧化锆、氧化铝、氧化铬 制备方法：热喷涂
三、能量变换薄膜与器件
一次能量经过各种现象、效应、作用、反应 等，变为二次能量的形式。 机械、热、电、磁、光、放射线、化学 太阳能利用最普遍的形式是太阳能热水器和 太阳能电池。
4、热电子发身薄膜材料
处于高温的金属或某些金属化合物，可发射 热电子。常作为热发射灯丝而应用的电子 源。 2
Js AT exp(E / kT )
Richardson-Dushmann公式 举例：X-B（X=Cr,Ta,Y,Ca,Sr,Ce）
5、固体电解质薄膜材料
固体电解质是固体离子的传导体，对特定的离子选 择性地显示出大的传导性。这类材料常温下的电 导率大致为10-5~10-1S· cm-1 β-Al2O3是人们所熟知的钠离子传导体。氧离子传导 体，二氧化锆 燃料电池是将化学能直接变换为电能的电化学装臵， 它从外部向正极提供O2或空气等，而向负极提供 乙醇、碳水化合物等，通过电化学反应不断从负 极向正极输送电子流。
主要种类：工业类用传感器和生物医学用传感器 环境友好型 工业用传感器分： ①生产技术用（工业生产所必需的环境、气 氛条件的监视、控制等）； ②生活保证用（工业生产中生活环境、气氛 条件的监视、控制等） 生物医学用传感器： ①医疗活动及医疗生活的支援； ②为保证及维持上述所需的环境、气氛等应 进行的监视、控制等
在材料科学领域需要开发三种材料： ①舒适材料； ②前沿环境材料 ③环境协调材料 举例：热释电型红外线传感器，利用随温度变化材 料表面产生电荷的现象（热释电效应），由红外 线能量转变为热能，并以电荷（输出电压）的方 式检出。可广泛用于非接触式温度计进行流动人 群体温测量，检测人及动物的位臵、动作及活动 等 常用材料： LiTaO3、Pb1-xZrxTi1-x/4O3(PZT)· PbTiO3· Pb1-xLaxTi1x/4O3(PLT)
④在某些合适的切削参数下效果更显著。Vermont Top&Die公司提供的刀具寿命与切速的关系表明， 钻头使用的切速越高，它与标准刀具相比就显得 越优越。举例：用的普通钻头，对硬度为HRC=32 的4340钢进行切削时，中等切削速度17.1m/min时， TiN镀膜打孔数量增加228%；提高到28.3m/min,未 镀的钻头不能用了,加工能力下降了86%,TiN镀膜 与中等速度时一样。提高到46m/min，未镀已完全 不能使用，而镀膜则经受住了进一步的考验。
光存储材料 ①存储密度高；②载噪比高；③非接触式读/写信息， 不会让光学头或盘面损伤、并能自由地更换光盘， 使光盘驱动器便于和计算机联机使用；④存储寿 命长；⑤单位信息位价格低。 照相胶片：将卤化银颗粒分散于明胶中的一种材料 光致抗蚀剂：浮雕型位相记录介质，如通常光源用 的重铬酸盐＋水溶性高分子（PVA等）和二苯甲 酮增感多功能基团单聚物＋可溶性高分子以及用 于电子束或XPMMA（正形）和聚甲基硅氧烷 （负型）等。
实际应用有太阳能房和太阳能热水器。 光选择特性膜，考虑因素：①利用材料的固 有特性；②设计多层干涉膜；③利用几何 学的微细结构表面等。 In2o3(Sn)/Py-硼硅酸玻璃基板，可见光透射率 75-85%，红外光反射率80-85% Sno2 (Sb) ，可见光透射率80%，红外光反射 率70-75%
薄膜材料的分类（按材质分）
1.金属薄膜材料（结构性，功能性） 2.无机、陶瓷薄膜材料（结构性，功能性） 3.有机、聚合物薄膜材料
4.半导体薄膜材料
薄膜材料的分类（按功能分）
• 力功能薄膜材料 (超硬薄膜材料 超润滑薄膜材料) • 磁功能薄膜材料 (高透磁率薄膜材料 巨磁阻薄膜材料) • 光功能薄膜材料 (红外反射薄膜材料 隐身薄膜材料) • 电功能薄膜材料 (超导薄膜材料)
（3）其他刀具 包括端铣刀、丝锥、拉刀等。DOALL公司的 端铣刀，在一定的主刀磨损标准下，在切 削速度为22.2m/min时，镀的切削长度是未 镀的2.6倍,而当提高到31.3m/min时,这一比 例增加9:1.
2、热防护涂层
喷气发动机的叶片（Ni，Co，Fe）
CrAlY+氧化锆
涡轮发动机，200μmZrO2,100℃ 等离子喷涂，使用温度1300 ℃
所用材料分三类： ①以GaAs为基础形成的光电子材料，包括 AlGaAs、InP、GaInasP等它们是一般制作 光电子器件常采用的材料 ②以LiNbO3--钙钛矿结构为代表的具有特殊电 光性质的单晶材料；波导形成方法：外扩 散、内扩散、质子交换和离子注入等 ③包括了各种多晶和非晶态的物质，如氧化 物、玻璃以及聚合物等
• FeRAM——铁电体随机存取存储，是未来 的一种永久性存储器；FeRAM利用铁电体 材料的电滞回线效应，使得数据不消失性， 擦写次数又可达到1010～1012次，存取速 度也非常快，达到微秒以下 • FeRAM 的主要材料：氧化物铁电体材料和 作为电极的氧化物导体材料
磁存储材料 磁记录的原理是利用磁矩的两个不同方向来 进行记录的。要求材料具有硬磁性 常见材料：a-Fe及Fe-Co、Co-Cr等合金和氧化 物陶瓷薄膜，如g-Fe2O3，Fe3O4和钡铁氧体 等 磁头材料：要求磁导率高，饱和磁通密度大。 也就是说要采用软磁材料
五、集成光学器件
1、集成光波导和光学器件 集成光学器件中用来传输光信号的基本元件 是光波导，其基本形式由衬底、光的传输 层以及反射层三层结构所组成。
2、集成光学器件材料 集成光路用材料的基本要求：①具有某些功能，或 者不仅能产生光、接收光、传输光和控制光，而 且还能制作各种回路。前者可以作成单功能或某 些功能的集成光路，后者可以在同一基板上做成 多功能的光电集成回路；②材料要具有一定的折 射率，光波导的折射率比基板的折射率高大约103～10-1；③材料做成薄膜光波导后，在使用波长 范围内的传输损耗必须低于1dB/cm；④便于制作 波导及器件，所制成元器件在外界各种工作环境 下性能稳定。
主要器件：光波导相位调制器、强度调制器、 开关网络、模式转换器、滤波器、波分复 用器、声光频谱分析器、模－数转换器、 数－模转换器、倍频器、以及多种传感器 等 缺点：抗光损伤能力差
举例：玻璃 1．三阶非线性光学玻璃： 均质玻璃：重金属氧化物玻璃或硫系玻璃 不伴随有光的吸收，吸收系数接近于0 响应速度非常快，可以达到飞秒级 适合于光开关、光调制等光控制器件 纳米金属颗粒弥散玻璃 由局部电场的封闭效应引起，有吸收 皮秒级的响应速度 纳米半导体颗粒弥散玻璃 由量子封闭效应引起，伴随光吸收 响应速度一般在皮秒级以上