电化学沉积法制备薄膜材料精品PPT课件
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静电雾化沉积制备薄膜eliPPT课件
静电雾化沉积技术的优势
静电雾化沉积技术具有高沉积速 率和高成膜质量，能够实现大面
积快速成膜。
该技术对基材的形状和尺寸适应 性较强，可应用于各种形状和尺
寸的基材表面。
静电雾化沉积技术可实现多种材 料的沉积，如金属、陶瓷、聚合
物等，具有广泛的应用前景。
02
静电雾化沉积制备薄膜的 工艺流程
制备前的准备
技术创新与改进
高效能电源技术
研发更高电压、更稳定输出的电 源，提高薄膜沉积速率和均匀性。
优化电极设计
改进电极结构，降低电极电阻，提 高电流效率。
精确控制技术
引入智能控制系统，实现工艺参数 的实时监测与自动调节。
新材料的应用
高导电材料
探索新型高导电性能的材料，提 高薄膜的导电性能。
多功能复合材料
研究具有多种功能（如导电、导 热、抗氧化等）的复合材料，拓
在不同环境下的稳定性。
03
静电雾化沉积制备薄膜的 应用领域
电子器件领域
微电子器件
用于制造集成电路、微电子机械 系统等，提高器件性能和可靠性 。
导体薄膜
用于制造电极、触点等，提高导 电性能和稳定性。
光学器件领域
光学薄膜
用于制造反射镜、滤光片、增透膜等，提高光学性能和稳定 性。
激光薄膜
用于制造激光器、光放大器等，提高激光输出性能和稳定性 。
设备成本高
静电雾化沉积设备结构复杂，制造成本较高，增加了生产成本。
稳定性问题
在制备过程中，由于各种因素的影响，如电压波动、环境湿度等， 可能导致薄膜质量不稳定。
应用局限性
对于某些特殊材料或特定应用领域，静电雾化沉积制备薄膜可能不 是最佳选择。
对未来发展的展望
《薄膜材料的制备》PPT课件
m为气体分子的质量
www.theme先ga进ller材y.co料m 制L备O技G术O
1.2.1 真空蒸发镀膜
• 蒸发速率 1 m J7.75M 2pPa k/g(m 2s) T 从蒸发源蒸发出来的分子在向基片沉积的过程中，还 不断与真空中的残留气体分子相碰撞，使蒸发分子失去 定向运动的动能，而不能沉积于基片。为保证80－90％ 的蒸发元素到达基片，一般要求残留气体的平均自由程 是蒸发源至基片距离的5-10倍。
《薄膜材料的制备》PPT 课件
1 薄膜材料的制备
1.1 薄膜的形成机理 1.2 物理气相沉积 1.3 化学气相沉积 1.4 化学溶液镀膜法 1.5 液相外延制膜法 1.6 膜厚的测量与监控
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1.1 薄膜的形成机理
薄膜材料在现代科学技术中应用十分广泛,制 膜技术的发展也十分迅速。 制膜方法—分为物理和化学方法两大类； 具体方式上—分为干式、湿式和喷涂三种， 而每种方式又可分成多种方法。
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1 薄膜材料的制备
1.1 薄膜的形成机理 1.2 物理气相沉积 1.3 化学气相沉积 1.4 化学溶液镀膜法 1.5 液相外延制膜法 1.6 膜厚的测量与监控
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1.2 物理气相沉积
如果势垒很低，形核率高，形成很多的小聚集体，这时薄 膜的厚度虽然很薄，但它会成为连续的。
• 高的脱附能Ed和低的扩散激活能ES都有利于气相原 子在衬底表面的停留和运动，因而会提高形核率。
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化学气相沉积(CVD)原理及其薄膜制备ppt课件
精选ppt
21
X.M. Meng et al. / Vacuum 82 (2008) 543–546
MOCVD制备FeSn合金薄膜
➢ anticorrosion protection ➢ solar energy devices ➢ magnetic tape
Reactor: cold-wall lamp-heated MOCVD (0.06 Torr) Substrate: n-type Si (100) wafer (300–420 ℃) Precursor: CpFe(CO)2(SnMe3)
APCVD制备MoSe2薄膜
➢ solid-state lubricant ➢ cathode material for high energy density batteries ➢ one of the most efficient systems for electrochemical solar energy conversion
沉
质量输运控制
气
积
体
温
流
度
速
的
的
影 热力学控制
影
响
动力学控制 响
精选ppt
12
CVD技术分类(沉积过程能量提供方式)
热活化CVD (conventional CVD, low pressure CVD) 等离子体增强CVD (plasma enhanced CVD) 光CVD (photo-assisted CVD) 原子层沉积 (atomic layer epitaxy) 金属有机CVD (metal-organic CVD) 脉冲注入金属有机CVD (pulsed injection MOCVD) 气溶胶CVD (aerosol assisted CVD) 火焰CVD (flame assisted CVD ) 电化学CVD (electrochemical VD) 化学气相渗透 (chemical vapor infiltration) 热丝CVD (hot-wire CVD)
《薄膜材料的制备》课件
制备方法
1
物理气相沉积法
采用真空状态下物质在表面反应沉积成
化学气相沉积法
2
薄膜的方法，包括等离子体增强化学气 相沉积法和分子束外延法等。
在气体氛围中，通过气相反应生成沉积
薄膜，包括金属有机化学气相沉积法和
低压化学气相沉积法等。
3
溶液法
通过化学反应或物理方法，使溶解在溶
液中或游离态的的材料中，厚度在1纳米至1微米之间，具有 很多独特的性质和广泛的应用领域。
薄膜材料的应用领域
光电子学
薄膜材料广泛应用于制造LED、 太阳能电池等光电学器件，同时 也可用于照明和显示领域。
微电子学
薄膜材料的狭窄厚度和多层结构 可以制造出微小的电子元件和IC 芯片，促进了微电子学的发展。
电化学法
4
化学溶胶-凝胶法和溶液旋涂法等。
通过电位差驱动溶液中的溶质向电极表 面沉积成薄膜，包括阳极氧化法和电解
沉积法等。
质量控制
表面形貌
• 表面光洁度 • 晶体缺陷 • 异质界面及其影响
厚度和成分控 制
• 控制成核速率 和生长速率
• 反应气体流量 和温度的控制
• 使用复合膜技术
结晶结构和晶 体质量
涂层和保护层
薄膜材料在航空航天、汽车制造 和建筑领域中可以制作高效的涂 层和保护层，提高了产品的耐磨 性和力学性能。
薄膜材料的制备意义和困难
独特性能
薄膜材料具有高表面积、可控性、多功能性和 结构纳米尺度效应等独特性能，与传统材料相 比具有很大的优势。
制备困难
由于薄膜材料的厚度非常小，制备过程中需要 克服小尺寸效应和表面能变化等问题，因此制 备起来比较困难。
• 控制生长速率 和生长温度
《薄膜CVD技术》PPT课件
艺作用
是一种近于电中性的半导体材料； 与Si的界面上的界面态少；
有独特机理的表面钝化作用： a）表面离子沾污的静电屏蔽
30
b）提高器件的耐压水平
利用SIPOS膜的微弱导电性，p+区所加的负电位传 到n区的表面；与SiO2膜中的正电荷作用相反， 这种负电位使Si表面附近的电子浓度减少，从 而使耗尽区的表面电场被削弱。
Metal
Film deposited with PECVD creates pinch-off at the entrance to a gap resulting in a void in the gap fill.
1) Ion-induced deposition of film precursors Cap
物，并沉积在衬底表面（或原子迁移到晶格 位置）
5）反应副产物分子从衬底表面解吸 6）副产物分子由衬底表面外扩散到主气流
中，然后排出沉积区
10.1.2. Grove模型 和质量附面层模型 Grove模型 : F1=hG(CG-CS) F2=kSCS G=F/m =[kShG/(kS+hG)](CT/ m)Y
之一。
24
25
氮化硅有结晶化形和无定形两种 在器件中常希望无定形氮化硅（？）
用反应溅射法等物理方法和低温CVD法 可以制备无定形氮化硅膜，但以CVD为好。
（？）
常用PECVD法： 3SiH2Cl2+7NH3——Si3N4+3NH4Cl+HCl+6H2
用SiH2Cl2比用SiH4生长的膜致密。
26
8
CVD原理的特点？
10.2. CVD反应室
气相沉积的反应控制模式主要为质量输运 控制和表面反应控制。
是一种近于电中性的半导体材料； 与Si的界面上的界面态少；
有独特机理的表面钝化作用： a）表面离子沾污的静电屏蔽
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b）提高器件的耐压水平
利用SIPOS膜的微弱导电性，p+区所加的负电位传 到n区的表面；与SiO2膜中的正电荷作用相反， 这种负电位使Si表面附近的电子浓度减少，从 而使耗尽区的表面电场被削弱。
Metal
Film deposited with PECVD creates pinch-off at the entrance to a gap resulting in a void in the gap fill.
1) Ion-induced deposition of film precursors Cap
物，并沉积在衬底表面（或原子迁移到晶格 位置）
5）反应副产物分子从衬底表面解吸 6）副产物分子由衬底表面外扩散到主气流
中，然后排出沉积区
10.1.2. Grove模型 和质量附面层模型 Grove模型 : F1=hG(CG-CS) F2=kSCS G=F/m =[kShG/(kS+hG)](CT/ m)Y
之一。
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25
氮化硅有结晶化形和无定形两种 在器件中常希望无定形氮化硅（？）
用反应溅射法等物理方法和低温CVD法 可以制备无定形氮化硅膜，但以CVD为好。
（？）
常用PECVD法： 3SiH2Cl2+7NH3——Si3N4+3NH4Cl+HCl+6H2
用SiH2Cl2比用SiH4生长的膜致密。
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CVD原理的特点？
10.2. CVD反应室
气相沉积的反应控制模式主要为质量输运 控制和表面反应控制。
薄膜的化学气象沉积PPT精品文档19页
Ga(CH3)3+Asห้องสมุดไป่ตู้3
GaAs+3CH4
化学气相沉积法薄膜制备的例
金刚石薄膜的制备
CH4+H2
C+2H2
直流放电等离子体CVD装置
在上表的条件下，5*5mm的衬底上生长速度 为20微米/小时。薄膜为透明的乳白色金刚石 膜。
增大放电电流和气体压强，可以获得最高速 度150微米/小时的生长速度。
微波等离子体CVD装置
磁控微波等离子体CVD装置
金刚石薄膜的拉曼光谱
（a）CH4/H2=2%（b） CH4/H2=0.5% （c）显微拉曼
拉曼光谱（a）天然金刚石、 (b)气相沉积法金刚石
End
一二、薄膜的化物学理气相沉积
1c、he薄m膜ica的l蒸va镀po法r deposition
2、脉冲激光沉积法
用上气经过相3、分化薄解合膜沉物的积分溅形子射成携沉薄带积膜所需原子在衬底
1、装置
硅衬底上Si薄膜的外延生长 SiH4 Si+2H2
金属有机化学气相沉积
metalorganic chemical vapor deposition
用化学气相沉积CVD法制备薄膜材料PPT课件
2HgS
(
s)
2I
2
(
g
Hale Waihona Puke )T2 T12Hg
(
g
)
S2
(
g
)
第11 11页/共41页
等离子体增强反应：
在低真空条件下，利用RF、MW或ECR等方法实现气体辉光放电在沉积反 应器中产生等离子体。由于等离子体中正离子、电子和中性反应分子相互 碰撞，可以大大降低沉积温度。例如硅烷和氨气的反应在通常条件下，约 在850℃左右反应并沉积氮化硅，但在等离子体增强反应的条件下，只需在 350℃左右就可以生成氮化硅。
LPCVD是在压力降低到大约100Torr(1Torr=133.332Pa)以下的一种CVD反应。 由于低压下分子平均自由程增加，气态反应剂与副产品的质量传输速度加快，
从而使形成沉积薄膜材料的反应速度加快，同时气体分布的不均匀性在很短 时间内可以消除，所以能生长出厚度均匀的薄膜。
第15 15页/共41页
衬底硅片放在保持 400℃的履带上，经过 气流下方时就被一层 CVD薄膜所覆盖。
履带式常压CVD装置
第24 24页/共41页
各个反应器之间相互隔离利用机器手在 低压或真空中传递衬底硅片。因此可以 一次连续完成数种不同的薄膜沉积工作。
对于硬质合金刀具 的表面涂层常采用 这一类装置，它的 优点是与合金刀具 衬底的形状关系不 大，各类刀具都可 以同时沉积，而且 容器很大，一次就 可以装上千的数量。
（b）是一种平行板结构 装置。衬底放在具有温控 装置的下面平板上，压强 通常保持在133Pa左右， 射频电压加在上下平行板 之间，于是在上下平板间 就会出现电容耦合式的气
体放电，并产生等离子体
(a)是一种最简单的 电感耦合产生等离子 的PECVD装置，可以 在实验室中使用 。
电沉积制备氧化亚铜薄膜及其性能研究演示幻灯片
8
结果与讨论
(1)体系温度的影响 ? 从Figure2.2中发现：
Cu2O 薄膜的表面形貌 低温时为星形结构 ,高 温时为网状结构。 ? 可能原因： ? ①温度升高，沉积速 度快，增长速率远高 于成核速率； ? ②温度升高，各晶面 生长速度相差较大， 晶体生长存在一定的 方向性，从而出现网 络结构。
14
二、电沉积合成方形 Cu2O晶体
试剂及仪器
? 1．醋酸钠（ CH3COONa）：0.1M ? 2．醋酸铜（ Cu(CH3COO)2 ）：0.02M ? 3．醋酸（CH3COOH）：上海业联联合化工有限责
任公司产品，分析纯；
? 4．二次蒸馏水：实验室自制； ? 5．粉末X射线衍射（ XRD）分析仪： Seifert
32
33
? 图2.20-2.21 为表明电解液温度和浓度的影响，结 果与CTAB相似。
结论
电解液中DTAC浓度变化是电沉积合成 Cu2O薄膜形 貌变化的主要原因，而整体电解液的温度和浓度 对薄膜形貌影响不大。这一结果，与电解液中 CTAB对Cu2O薄膜形貌影响结果相似。
27
②电解液温度和浓度的影响
电解液温度的影响： Figure2.15中显示， 20℃-50℃时晶体形貌只 有少许变化，所以， 我们认为温度不是形 貌变化的主要原因。
28
电解液浓度的影响： 如Figure 2.16所示，当浓 度C=0.25 C0时，Cu2O薄 膜不均匀，有的地方沉积 的Cu2O还很少（插图）； C=0.5 C0时，与浓度为 0.25 C0时比较， Cu2O形 貌发生一些变化，即靠近 ITO的那层分枝结构较明 显；C=1.25 C0和2.0 C0时， 靠近ITO的那层分枝结构 连接在一起。
? 电沉积Cu2O薄膜的基本原理
结果与讨论
(1)体系温度的影响 ? 从Figure2.2中发现：
Cu2O 薄膜的表面形貌 低温时为星形结构 ,高 温时为网状结构。 ? 可能原因： ? ①温度升高，沉积速 度快，增长速率远高 于成核速率； ? ②温度升高，各晶面 生长速度相差较大， 晶体生长存在一定的 方向性，从而出现网 络结构。
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二、电沉积合成方形 Cu2O晶体
试剂及仪器
? 1．醋酸钠（ CH3COONa）：0.1M ? 2．醋酸铜（ Cu(CH3COO)2 ）：0.02M ? 3．醋酸（CH3COOH）：上海业联联合化工有限责
任公司产品，分析纯；
? 4．二次蒸馏水：实验室自制； ? 5．粉末X射线衍射（ XRD）分析仪： Seifert
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? 图2.20-2.21 为表明电解液温度和浓度的影响，结 果与CTAB相似。
结论
电解液中DTAC浓度变化是电沉积合成 Cu2O薄膜形 貌变化的主要原因，而整体电解液的温度和浓度 对薄膜形貌影响不大。这一结果，与电解液中 CTAB对Cu2O薄膜形貌影响结果相似。
27
②电解液温度和浓度的影响
电解液温度的影响： Figure2.15中显示， 20℃-50℃时晶体形貌只 有少许变化，所以， 我们认为温度不是形 貌变化的主要原因。
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电解液浓度的影响： 如Figure 2.16所示，当浓 度C=0.25 C0时，Cu2O薄 膜不均匀，有的地方沉积 的Cu2O还很少（插图）； C=0.5 C0时，与浓度为 0.25 C0时比较， Cu2O形 貌发生一些变化，即靠近 ITO的那层分枝结构较明 显；C=1.25 C0和2.0 C0时， 靠近ITO的那层分枝结构 连接在一起。
? 电沉积Cu2O薄膜的基本原理
(2021)纳米薄膜材料的制备完美版PPT
8
优缺点：
分子束外延法的优点是：生长温度底，能把诸如扩
散这类不希望出现的热激活过程减少到最低；生长速率慢
，外延层厚度可以精确控制，生长表面或界面可以达到原
子级光滑度，因而可以制备极薄的薄膜；超高真空下生长
，与溅射方法相比更容易进行单晶薄膜生长，并为在确定
条件下进行表面研究和外延生长机理的研究创造了条件；
用化学气相沉积法可以制备几乎所有的金属，氧化物、氮化物、碳化合物、复合氧化物等膜材料。
大，有利于在气敏、湿敏及催化方面的应用，可能会使气 纳米材料由于其特殊的性质，近年来引起人们极大的关注。
化学气相沉积是迄今为止气相法制备纳米材料应用最为广泛的方法，该方法是在一个加热的衬底上，通过一种或几种气态元素或化合
技术的发展，由此衍生出来的许多新技术，如金属有机化
学缺陷相沉积、热丝化学气相沉积、等离子体辅助化学气
相沉积、等离子体增强化学气相沉积及激光诱导化学气相
沉积等技术。
化学气相沉积法是纳米薄膜材料制备中使用最多的
一种工艺，广泛应用于各种结构材料和功能材料的制备。
用化学气相沉积法可以制备几乎所有的金属，氧化物、氮
纳米薄膜材料的制备
概述：
纳米材料由于其特殊的性质，近年来引起人们极大 的关注。随着纳米科技的发展，纳米材料的制备方法已日 趋成熟。纳米技术对21世纪的信息技术、医学、环境、自 动化技术及能源科学的发展有重要影响,对生产力的发展 有重要作用。
2
按原理可分为：
化学方法
1.化学气相沉积(CVD)； 2.溶胶-凝胶(Sol-Gel)法；
生长的薄膜能保持原来靶材的化学计量比；可以把分析测
试设备，如反射式高能电子衍射仪、四极质谱仪等与生长
系统相结合以实现薄膜生长的原位监测。
优缺点：
分子束外延法的优点是：生长温度底，能把诸如扩
散这类不希望出现的热激活过程减少到最低；生长速率慢
，外延层厚度可以精确控制，生长表面或界面可以达到原
子级光滑度，因而可以制备极薄的薄膜；超高真空下生长
，与溅射方法相比更容易进行单晶薄膜生长，并为在确定
条件下进行表面研究和外延生长机理的研究创造了条件；
用化学气相沉积法可以制备几乎所有的金属，氧化物、氮化物、碳化合物、复合氧化物等膜材料。
大，有利于在气敏、湿敏及催化方面的应用，可能会使气 纳米材料由于其特殊的性质，近年来引起人们极大的关注。
化学气相沉积是迄今为止气相法制备纳米材料应用最为广泛的方法，该方法是在一个加热的衬底上，通过一种或几种气态元素或化合
技术的发展，由此衍生出来的许多新技术，如金属有机化
学缺陷相沉积、热丝化学气相沉积、等离子体辅助化学气
相沉积、等离子体增强化学气相沉积及激光诱导化学气相
沉积等技术。
化学气相沉积法是纳米薄膜材料制备中使用最多的
一种工艺，广泛应用于各种结构材料和功能材料的制备。
用化学气相沉积法可以制备几乎所有的金属，氧化物、氮
纳米薄膜材料的制备
概述：
纳米材料由于其特殊的性质，近年来引起人们极大 的关注。随着纳米科技的发展，纳米材料的制备方法已日 趋成熟。纳米技术对21世纪的信息技术、医学、环境、自 动化技术及能源科学的发展有重要影响,对生产力的发展 有重要作用。
2
按原理可分为：
化学方法
1.化学气相沉积(CVD)； 2.溶胶-凝胶(Sol-Gel)法；
生长的薄膜能保持原来靶材的化学计量比；可以把分析测
试设备，如反射式高能电子衍射仪、四极质谱仪等与生长
系统相结合以实现薄膜生长的原位监测。
薄膜材料及其制备-PPT课件
22
磁控反应溅射
三、化学气相沉积-CVD
1. 基本原理特点 在一定温度条件下，利用气态先驱反应物，通过化学反应或与金属 表面发生作用，在基体表面形成金属或化合物等固态膜或镀层。 采用相应的化学反应及外界条件（温度、气体浓度、压力等），可 制备各种薄膜。 单质、氧化物、硅化物、氮化物等。 气体压力大，利于提高沉积速度 固体电子器件所需的各种薄膜 轴承和工具的耐磨涂层 发动机或核反应堆部件高温防护涂层 复杂件表面均匀涂覆 薄膜种类、范围广 薄膜成分易控制 效率高、运行成本低
●
24
还原反应 某些元素的卤化物、羟基化合物、卤氧化物等虽然也可以气态形式 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 将这些元素置换、还原出来。取决于系统自由能
●
如： SiCl4 (g)+2H2=Si(s)+4HCl (g) WF6 (g)+3H2=W(s)+6HF(g)
(1200℃) (300℃)
在同一蒸发沉积装置中可以安置多 个坩埚，可同时或分别蒸发和沉积多 种不同物质。
10
装置中，由加热的灯丝发射出的电子束受到数千伏的偏置电压的加 速，并经过横向布置的磁场偏转270°后到达被轰击坩埚处。磁场偏转 法可避免灯丝材料的蒸发对于沉积过程可能造成的污染。 其缺点是电子束的绝大部分能量要被坩埚的水冷系统带走。因而其热 效率较低；另外，过高的加热功率也会对整个薄膜沉积系统形成较强的 热辐射。
既可用直流，又可用交流。缺点是 放电过程中容易产生微米级电极颗粒 的飞溅，影响被沉积薄膜的均勾性。
12
激光蒸发装置 使用高功率激光束作为能源进行薄膜的蒸发沉积。显然，也具有 加热温度高，可避免坩埚污染，蒸发速率高，蒸发过程容易控制等 特点。多用波长位于紫外波段的脉冲激光器作为蒸发光源。
磁控反应溅射
三、化学气相沉积-CVD
1. 基本原理特点 在一定温度条件下，利用气态先驱反应物，通过化学反应或与金属 表面发生作用，在基体表面形成金属或化合物等固态膜或镀层。 采用相应的化学反应及外界条件（温度、气体浓度、压力等），可 制备各种薄膜。 单质、氧化物、硅化物、氮化物等。 气体压力大，利于提高沉积速度 固体电子器件所需的各种薄膜 轴承和工具的耐磨涂层 发动机或核反应堆部件高温防护涂层 复杂件表面均匀涂覆 薄膜种类、范围广 薄膜成分易控制 效率高、运行成本低
●
24
还原反应 某些元素的卤化物、羟基化合物、卤氧化物等虽然也可以气态形式 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 将这些元素置换、还原出来。取决于系统自由能
●
如： SiCl4 (g)+2H2=Si(s)+4HCl (g) WF6 (g)+3H2=W(s)+6HF(g)
(1200℃) (300℃)
在同一蒸发沉积装置中可以安置多 个坩埚，可同时或分别蒸发和沉积多 种不同物质。
10
装置中，由加热的灯丝发射出的电子束受到数千伏的偏置电压的加 速，并经过横向布置的磁场偏转270°后到达被轰击坩埚处。磁场偏转 法可避免灯丝材料的蒸发对于沉积过程可能造成的污染。 其缺点是电子束的绝大部分能量要被坩埚的水冷系统带走。因而其热 效率较低；另外，过高的加热功率也会对整个薄膜沉积系统形成较强的 热辐射。
既可用直流，又可用交流。缺点是 放电过程中容易产生微米级电极颗粒 的飞溅，影响被沉积薄膜的均勾性。
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激光蒸发装置 使用高功率激光束作为能源进行薄膜的蒸发沉积。显然，也具有 加热温度高，可避免坩埚污染，蒸发速率高，蒸发过程容易控制等 特点。多用波长位于紫外波段的脉冲激光器作为蒸发光源。
化学气相沉积法制备薄膜PPT教案
极佳 产量高 适合于大规模 生产
高温沉积 低沉积速率
低温制程 高沉积速率 阶第梯6页覆/共第VD技术的反应原理
热分解反应 氧化还原反应 化学合成反应 化学输运反应 等离子体增强反应 其他能源增强反应
Cd(CH3 )2 +H2S 4750CCdS+2CH4 SiH4+2O2 325~4750CSiO2+2H2O 3SiH4+4NH3 7500CSiN4+12H2 W(s)+3I2 (g) ~1340000000CC WI6 (g) SiH4 ~3500Ca-Si(H)+2H2
导体5材、料激等光的化薄学膜。气相沉积（LCVD）
LCVD是用激光束的光子能量激发和促进化学反应的薄膜 沉积方法。
LCVD过程是激光分子与反应气分子或衬材表面分子相互 作用的过程。其机制分为激光热解沉积和激光光解沉积
第17页第/共114889页页/共49页
3.2 化学气相沉积法合成生产装置
1、气相反应室
SiH4 xNH3 ~3500C SiNx (或SiNxH y ) .........
SiH4 ~3500Ca Si(H) 2H2
第12页第/共114339页页/共49页
其它能源增强反应：
采用激光、火焰燃烧法、热丝法等其它能源也可以实现 增强反应沉积的目的。
W(CO)6 激光束W 6CO CH4 800~1000℃火焰C（碳黑） 2H2 CH4 800~1000℃热丝C（金刚石） 2H2
沉积温度：直接影响反应系统的自由能，决定反应进行 的程度和方向，不同沉积温度对涂层的显微结构及化学 组成有直接的影响。
第13页第/共114449页页/共49页
3 CVD合成工艺
高温沉积 低沉积速率
低温制程 高沉积速率 阶第梯6页覆/共第VD技术的反应原理
热分解反应 氧化还原反应 化学合成反应 化学输运反应 等离子体增强反应 其他能源增强反应
Cd(CH3 )2 +H2S 4750CCdS+2CH4 SiH4+2O2 325~4750CSiO2+2H2O 3SiH4+4NH3 7500CSiN4+12H2 W(s)+3I2 (g) ~1340000000CC WI6 (g) SiH4 ~3500Ca-Si(H)+2H2
导体5材、料激等光的化薄学膜。气相沉积（LCVD）
LCVD是用激光束的光子能量激发和促进化学反应的薄膜 沉积方法。
LCVD过程是激光分子与反应气分子或衬材表面分子相互 作用的过程。其机制分为激光热解沉积和激光光解沉积
第17页第/共114889页页/共49页
3.2 化学气相沉积法合成生产装置
1、气相反应室
SiH4 xNH3 ~3500C SiNx (或SiNxH y ) .........
SiH4 ~3500Ca Si(H) 2H2
第12页第/共114339页页/共49页
其它能源增强反应：
采用激光、火焰燃烧法、热丝法等其它能源也可以实现 增强反应沉积的目的。
W(CO)6 激光束W 6CO CH4 800~1000℃火焰C（碳黑） 2H2 CH4 800~1000℃热丝C（金刚石） 2H2
沉积温度：直接影响反应系统的自由能，决定反应进行 的程度和方向，不同沉积温度对涂层的显微结构及化学 组成有直接的影响。
第13页第/共114449页页/共49页
3 CVD合成工艺
PECVD工艺培训ppt
特点
高沉积速率：通过优化工艺参数，可实现高沉积速率。
应用广泛：适用于微电子、光电子、半导体等多个领域 。
PECVD工艺的应用领域
微电子领域
用于制造微电子器件和集成电路。
光电子领域
用于制造光电子器件，如LED、激 光器等。
半导体领域
用于制造半导体器件，如太阳能电 池等。
其他领域
如金属薄膜改性、生物医学等领域 也有应用。
工艺过程控制
在制程过程中，密切关注各项参数，如温度、压力、时间等，确保其符合要求。
薄膜质量监测
在制程中及制程后，采用仪器或目视等方法对薄膜质量进行监测，如薄膜厚度、表面平整度等。
制程后处理及注意事项
清洁和保养设备
01
制程结束后，对使用过的设备进行清洁和保养，确保其良好运
行。
记录和归档
02
记录制程数据和结果，并将其归档保存，以便后续分析和改进
02
总结经验教训
针对已解决的问题，总结经验教训， 防止类似问题再次发生。
03
持续改进
将改进措施纳入标准操作程序，长期 执行，持续提高PECVD工艺水平。
05
PECVD工艺未来发展趋势
技术创新方向与趋势
增强薄膜性能
通过材料和工艺创新，提高 PECVD工艺制备的薄膜质量、耐 久性和性能。
开发新型设备
薄膜质量不达标
PECVD工艺中，由于反应气体、压强、温度等因 素不稳定，导致生成的薄膜质量不达标。
基底损伤
过高的能量或过量的反应气体导致基底损伤，影 响薄膜附着力和均匀性。
设备故障
由于设备部件磨损、堵塞等原因，导致设备不能 正常运行，影响生产效率和薄膜质量。
针对问题的解决措施及实施方案
薄膜的制备工艺ppt课件
③对薄膜制备所需温度低，从而能在较温和条件下制备出 多种功能材料，对于制备那些含有易挥发组分或在高温下 易发生相分离的多元体系来说非常有利；
④很容易大面积地在各种不同形状（平板状、圆棒状、圆 管内壁、球状及纤维状等）、不同材料（如金属、玻璃、 陶瓷、高分子等）的基底上制备薄膜，甚至可以在粉体材 料表面制备一层包覆膜，这是其它的传统工艺难以实现的；
在干燥过程中薄膜的横向（平行于基片）收缩完
全被限制，而只能发生沿基片平面法线方向的纵
向收缩。
33
⑤焙烧 通过聚合反应得到的凝胶是晶态的，含有H2O、
⑤制备纳米结构薄膜材料； ⑥用料省，成本较低。
24
2.3.2溶胶－凝胶方法制备薄膜工艺
有机途径
通过有机金属醇盐的水解与缩聚而形成溶 胶。在该工艺过程中，因涉及水和有机物， 所以通过这种途径制备的薄膜在干燥过程 中容易龟裂（由大量溶剂蒸发而产生的残 余应力所引起）。客观上限制了制备薄膜 的厚度。
15
2.2化学气相沉积 (chemical vapor deposition )
化学气相沉积:一定化学配比的反应气体， 在特定激活条件下(一般是利用加热、等离 子体和紫外线等各种能源激活气态物质)， 通过气相化学反应生成新的膜层材料沉积 到基片上制取膜层的一种方法。
16
化学气相沉积，包括低压化学气相沉积（low pressure CVD,LPCVD）、离子增强型气相沉积 （plasma-enhanced CVD,PECVD）常压化学气相 沉积（atmosphere pressure CVD,APCVD）、金属 有机物气相沉积（MOCVD）和微波电子回旋共 振化学气相沉积(Microwave Electron cyclotron resonance chemical vapor deposition, MW-ECRCVD）等。
④很容易大面积地在各种不同形状（平板状、圆棒状、圆 管内壁、球状及纤维状等）、不同材料（如金属、玻璃、 陶瓷、高分子等）的基底上制备薄膜，甚至可以在粉体材 料表面制备一层包覆膜，这是其它的传统工艺难以实现的；
在干燥过程中薄膜的横向（平行于基片）收缩完
全被限制，而只能发生沿基片平面法线方向的纵
向收缩。
33
⑤焙烧 通过聚合反应得到的凝胶是晶态的，含有H2O、
⑤制备纳米结构薄膜材料； ⑥用料省，成本较低。
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2.3.2溶胶－凝胶方法制备薄膜工艺
有机途径
通过有机金属醇盐的水解与缩聚而形成溶 胶。在该工艺过程中，因涉及水和有机物， 所以通过这种途径制备的薄膜在干燥过程 中容易龟裂（由大量溶剂蒸发而产生的残 余应力所引起）。客观上限制了制备薄膜 的厚度。
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2.2化学气相沉积 (chemical vapor deposition )
化学气相沉积:一定化学配比的反应气体， 在特定激活条件下(一般是利用加热、等离 子体和紫外线等各种能源激活气态物质)， 通过气相化学反应生成新的膜层材料沉积 到基片上制取膜层的一种方法。
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化学气相沉积，包括低压化学气相沉积（low pressure CVD,LPCVD）、离子增强型气相沉积 （plasma-enhanced CVD,PECVD）常压化学气相 沉积（atmosphere pressure CVD,APCVD）、金属 有机物气相沉积（MOCVD）和微波电子回旋共 振化学气相沉积(Microwave Electron cyclotron resonance chemical vapor deposition, MW-ECRCVD）等。
电化学沉积薄制备技术60页PPT
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank youห้องสมุดไป่ตู้
电化学沉积薄制备技术
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
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电化学沉积薄制备技术
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
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• 电化学沉积是指在电场作用下，在一定的
电解质溶液（镀液）中由阴极和阳极构成 回路，通过发生氧化还原反应，使溶液中 的离子沉积到阴极或者阳极表面上而得到 我们所需镀层的过程。镀层可以是薄膜也 可以是涂层。
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4）电化学沉积的速度可由电流来控制，电流 越大，沉积速度越快；
5）电化学沉积是一种经济的沉积方法，设备 投资少，工艺简单，操作容易，环境安全， 生产方式灵活适于工业化大生产。
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1.2、电化学沉积法的缺点 用电沉积法制备理想的、复杂组成的薄膜 材料较为困难。另外，对于基体表面上晶 核的生成和长大速度不能控制，制得的化 合物半导体薄膜多为多晶态或非晶态，性 能不高。
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恒电压法是将电解时的电极电压恒定在某一 值，使镀液中一种金属离子发生电化学还原 而析出；当电极电压恒定在另一值时，镀液 中另一种金属离子还原析出。如此交替改变 电压，以形成金属多层膜。
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3.2、单槽法和双槽法 按沉积设备不同，电沉积方法分为双槽法、 单槽法。双槽法是在含有不同电解质溶液的 电解槽中交替电镀得到多层膜的方法。 现在，多层膜的制备大都采用单槽法。单槽 法是将两种或几种活性不同的金属离子以合 适的配比加入到同一电解液中，控制沉积电 位或电流，使其在一定范围内周期性变化， 得到成分和结构周期性变化的膜层。
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2.2、阴极反应沉积薄膜材料举例 1）以ITO玻璃为阴极，以石墨为阳极，以 1.0gCdCl2和0.6g硫粉溶于二甲基硫氧化物 中的溶液作为电解液，获得了CdS薄膜。 2）以不锈钢为基片，以一定摩尔浓度的硫 酸铜、乳酸和氢氧化钠溶液为电解液，得 到了Cu2O薄膜。
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3、电化学沉积的方法
恒电流法和恒电压法 单槽法和双槽法
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3.1、恒电流法和恒电压法 电沉积方法制备薄膜按其所用电能的供给 方式可分为恒电流法和恒电压法。 恒电流法是采用恒电流电解，此法数学模 型的理论分析较为简单。但是，恒电流法 电解时，电极电位容易受外界影响而波动， 因而得不到均匀的镀层，采用恒电压法可 以避免上述问题。
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在阳极反应中，金属在适当的电解液中作 为阳极，金属或石墨作为阴极。当电流通 过时，金属阳极表面被消耗并形成氧化涂 层，也就是氧化物长在金属阳极表面。
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2.4、阳极反应沉积薄膜材料举例 1）F M Nazar等人以金属钨为阳极基片，以 0.4mol/L KNO3和0.04mol/L HNO3水溶液为 电解质溶液，沉积出了氧化钨薄膜。
电化学沉积的特点
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1.1、电化学沉积的优点 1）可在各种结构复杂的基体上均匀沉积；适
用于各种形状的基体材料，特别是异型结 构件； 2）电化学沉积通常在室温或稍高于室温的条 件下进行，因此非常适合制备纳米构； 3）控制工艺条件(如：电流，溶液pH值，温 度，浓度，组成，沉积时间等)可精确控制 沉积层的厚度，化学组成和结构等；
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2.3、阳极氧化沉积机理 阳极沉积一般在较高的pH值的溶液中进行， 一定的电压下溶液中的低价金属阳离子在 阳极表面被氧化成高价阳离子，然后高价 阳离子在电极表面与溶液中的OH-生成氢氧 化物或羟基氧化物，进一步脱水生成氧化 物薄膜。
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主要内容
• 1、电化学沉积法简介 • 2、电化学沉积机理分析 • 3、电化学沉积方法分类 • 4、电化学沉积的电解质体系 • 5、电化学沉积的影响因素 • 6、电化学沉积法制备的薄膜的特性
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1、电化学沉积简介
电化学沉积是一种液相方法，通过电化学沉 积技术在材料表面获得具有多种功能的膜层， 是一种历史较长、工艺相对成熟的表面处理 技术，金属电化学沉积在19世纪早期就已 出现。
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2) G F Pastore以金属铝为阳极基片，电解液 为硼酸胺，用0.2mol/L H3PO4调至pH=9.0， 用NaOH调Ph=7.6，得到了氧化铅薄膜。 3) S B Saidman，J R Vilche以金属镉为阳极 基片，以0.01mol/L NaOH+ymol/L Na2S （0≤y≤0.03）和xmol/L NaOH+ 0.01mol/L Na2S（0.01≤x≤1） 为电解液，得到了硫化 镉薄膜。
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电化学沉积法 制备薄膜材料及其研究进展
胡宝云 李嘉胤 田鹏 王文静
Any use, dissemination, distribution or duplication of this transmission is strictly prohibited.
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2、电化学沉积机理分析
阴极还原沉积机理 阳极氧化沉积机理
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2.1、阴极还原沉积机理 阴极沉积是把所要沉积的阳离子和阴离子 溶解到水溶液或非水溶液中，同时溶液中 含有易于还原的一些分子或原子团，在一 定的温度、浓度和溶液的pH值等实验条件 下，控制阴极电流和电压就可以在电极表 面沉积出所需的薄膜。
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• 电化学沉积是指在电场作用下，在一定的
电解质溶液（镀液）中由阴极和阳极构成 回路，通过发生氧化还原反应，使溶液中 的离子沉积到阴极或者阳极表面上而得到 我们所需镀层的过程。镀层可以是薄膜也 可以是涂层。
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5）电化学沉积是一种经济的沉积方法，设备 投资少，工艺简单，操作容易，环境安全， 生产方式灵活适于工业化大生产。
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3.2、单槽法和双槽法 按沉积设备不同，电沉积方法分为双槽法、 单槽法。双槽法是在含有不同电解质溶液的 电解槽中交替电镀得到多层膜的方法。 现在，多层膜的制备大都采用单槽法。单槽 法是将两种或几种活性不同的金属离子以合 适的配比加入到同一电解液中，控制沉积电 位或电流，使其在一定范围内周期性变化， 得到成分和结构周期性变化的膜层。
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恒电流法和恒电压法 单槽法和双槽法
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3.1、恒电流法和恒电压法 电沉积方法制备薄膜按其所用电能的供给 方式可分为恒电流法和恒电压法。 恒电流法是采用恒电流电解，此法数学模 型的理论分析较为简单。但是，恒电流法 电解时，电极电位容易受外界影响而波动， 因而得不到均匀的镀层，采用恒电压法可 以避免上述问题。
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在阳极反应中，金属在适当的电解液中作 为阳极，金属或石墨作为阴极。当电流通 过时，金属阳极表面被消耗并形成氧化涂 层，也就是氧化物长在金属阳极表面。
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用于各种形状的基体材料，特别是异型结 构件； 2）电化学沉积通常在室温或稍高于室温的条 件下进行，因此非常适合制备纳米构； 3）控制工艺条件(如：电流，溶液pH值，温 度，浓度，组成，沉积时间等)可精确控制 沉积层的厚度，化学组成和结构等；
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电化学沉积是一种液相方法，通过电化学沉 积技术在材料表面获得具有多种功能的膜层， 是一种历史较长、工艺相对成熟的表面处理 技术，金属电化学沉积在19世纪早期就已 出现。
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阴极还原沉积机理 阳极氧化沉积机理
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2.1、阴极还原沉积机理 阴极沉积是把所要沉积的阳离子和阴离子 溶解到水溶液或非水溶液中，同时溶液中 含有易于还原的一些分子或原子团，在一 定的温度、浓度和溶液的pH值等实验条件 下，控制阴极电流和电压就可以在电极表 面沉积出所需的薄膜。