(优选)纳米薄膜材料
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b:纳米复合结构薄膜：通过纳米粒子复合
提高机械方面的性能
a) 硬度，磨损，摩擦 TiN, CrN, ZrN, TiC, CrC, ZrC, Diamond
b)腐蚀 Au, Zn, Sn, Ni-Cr, TiN, BN
纳米粒子：金属、半导体、绝缘体、有机高分子 “纳米复合薄膜”
基体材料： 不同于纳米粒子的任何材料
基片设在蒸气源的上方阻 挡蒸气流，蒸气则在基片 上形成凝固膜。
为了补充凝固蒸气，蒸发 源要以一定的速度连续供 给蒸气。
(2)蒸镀方法
✓使 沉 积 物 加 热 蒸 发 ， 这 种 方 法 称 为 蒸 发 镀 膜 Evaporation ；
✓用具有一定能量的粒子轰击靶材料，从靶材上击出沉积 物原子，称为溅射镀膜Sputtering。
(2)气相物质的输运
在真空中进行
目的：避免气体碰撞妨碍沉积物到达基片。
在高真空度的情况下(真空度≤10-2Pa)，沉积物
a:纳米复合功能薄膜：利用纳米粒子所具有的光、电、
磁方面的特异性能，通过复合赋予基体所不具备的性 能，从而获得传统薄膜所没有的功能。
a)电磁学性质
导电薄膜：Au, Ag, Cu, Al, NiCr, NiSi2, NiSi, CoSi2, TiSi2, SnO2 电介质薄：SiO2, CaF, BaF2, Si3N4, AlN, BN, BaTiO3, PZT(PbZr1-xTixO3) ➢半导体薄膜：Si, Ge, C, SiC, GaAs, GaN, InSb, CdTe, CdS, ZnSe
➢超导薄膜：YBCO (YBa2Cu3O7)
➢磁性薄膜： Co-Cr, Mn-Bi, GdTbFe,
La1-xCax(Srx)MnO3
➢压电薄膜：AlN, ZnO, LiNbO3, BaTiO3, PbTiO3
b) 光学性质
➢吸收，反射，增透膜： Si, CdTe, GaAs, CuInSe2, MgF ➢发光膜： ZnS, ZnSe, AlxGa1-xAs, GaN, SiC ➢装饰膜：TiN/TiO2/Glass, Au, TiN
纳米薄膜的分类
A：由纳米粒子组成(或堆砌而成)的薄膜。 B：在纳米粒子间有较多的孔隙或无序原子或另一种材料，即纳
米复合薄膜 由特征维度尺寸为纳米数量级（1－100nm）的组元镶嵌于不 同的基体里所形成的复合薄膜材料。 “纳米复合薄膜” 按用途可分为两大类：
a:纳米复合功能薄膜 b:纳米复合结构薄膜
1．气相沉积的基本过程 (1)气相物质的产生 (2)气相物质的输运 (3)气相物质的沉积
(1)气相物质的产生
1 Evaporation
Substrate Cloud Material Vacuum chamber
Heater
2 Sputtering
Material Plasma Substrate
直流溅射法 交流溅射法
2、化学方法
1）化学气相沉积(CVD)：金属有机物化学气相沉 积；热解化学气相沉积；等离子体增强化学气相 沉积；激光诱导化学气相沉积；微波等离子体化 学气相沉积。
2) 溶胶-凝胶法
3)电镀法
金属有机物化学沉积
薄膜性质参数
厚度均匀度
表面平坦度粗糙度
成分Baidu Nhomakorabea粒尺寸
/
/
不含应力
与残余气体分子很少碰撞，基本上是从源物质直线 到达基片，沉积速率较快；
若真空度过低，沉积物原子频繁碰撞会相互凝
聚为微粒，使薄膜沉积过程无法进行，或薄膜质量 太差。
(3)气相物质的沉积
气相物质在基片上的沉积是一个凝聚过程。 根据凝聚条件的不同，可以形成非晶态膜、 多晶膜或单晶膜。
若在沉积过程中，沉积物原子之间发生化学 反应形成化合物膜，称为反应镀。
若用具有一定能量的离子轰击靶材，以求改 变膜层结构与性能的沉积过程称为离子镀。
2. 蒸镀(Evaporation)
定义：在高真空中用加热蒸发的方法使源物质转化为气相， 然后凝聚在基体表面的方法。(见书上p52图)
<真空镀膜技术与设备设计安装及操作维护实用手册>
(1)蒸镀原理
在高真空中，将源物质加 热到高温，相应温度下的 饱和蒸气向上散发。
纳米材料及纳米工艺
（优选）纳米薄膜材料
薄膜材料是相对于体材料而言的，是人 们采用特殊的方法，在体材料的表面沉积或 制备的一层性质于体材料完全不同的物质层。 薄膜材料受到重视的原因在于它往往具有特 殊的材料性能或材料组合。
返回
薄膜材料之所以能够成为现代材料科学各分支中发展 最为迅速的一个分支，至少有以下三个方面的原因∶
复合薄膜系列： 金属／绝缘体、半导体／绝缘体、金属／半导体、 金属／高分子、半导体／高分子
3．2纳米薄膜材料制备技术
1、物理方法
1）、真空蒸发(单源单层蒸发；单源多层蒸发； 多源反应共蒸发)
2）、磁控溅射 3）、离子束溅射（单离子束(反应)溅射；双离 子束(反应)溅射；多离子束反应共溅射） 4）、分子束外延(MBE)
/
纯度
整体性
-沉积膜必须材质连续、不含针孔
-膜层的厚度影响：电阻，薄层易含针孔，机械强度较弱
-覆盖阶梯形状特别重要，膜层厚度维持不变的能力
圖4 沈積層在 (b) 階梯處變薄
3．2．1物理气相沉积法Physical Vapor Deposition
物理气相沉积(PVD)方法作为一类常规的薄膜制 备手段被广泛地应用于纳米薄膜的制备与研究工 作中，PVD包括蒸镀、电子束蒸镀、溅射等。
b:纳米复合结构薄膜：通过纳米粒子复合
提高机械方面的性能
a) 硬度，磨损，摩擦 TiN, CrN, ZrN, TiC, CrC, ZrC, Diamond
b)腐蚀 Au, Zn, Sn, Ni-Cr, TiN, BN
纳米粒子：金属、半导体、绝缘体、有机高分子 “纳米复合薄膜”
基体材料： 不同于纳米粒子的任何材料
基片设在蒸气源的上方阻 挡蒸气流，蒸气则在基片 上形成凝固膜。
为了补充凝固蒸气，蒸发 源要以一定的速度连续供 给蒸气。
(2)蒸镀方法
✓使 沉 积 物 加 热 蒸 发 ， 这 种 方 法 称 为 蒸 发 镀 膜 Evaporation ；
✓用具有一定能量的粒子轰击靶材料，从靶材上击出沉积 物原子，称为溅射镀膜Sputtering。
(2)气相物质的输运
在真空中进行
目的：避免气体碰撞妨碍沉积物到达基片。
在高真空度的情况下(真空度≤10-2Pa)，沉积物
a:纳米复合功能薄膜：利用纳米粒子所具有的光、电、
磁方面的特异性能，通过复合赋予基体所不具备的性 能，从而获得传统薄膜所没有的功能。
a)电磁学性质
导电薄膜：Au, Ag, Cu, Al, NiCr, NiSi2, NiSi, CoSi2, TiSi2, SnO2 电介质薄：SiO2, CaF, BaF2, Si3N4, AlN, BN, BaTiO3, PZT(PbZr1-xTixO3) ➢半导体薄膜：Si, Ge, C, SiC, GaAs, GaN, InSb, CdTe, CdS, ZnSe
➢超导薄膜：YBCO (YBa2Cu3O7)
➢磁性薄膜： Co-Cr, Mn-Bi, GdTbFe,
La1-xCax(Srx)MnO3
➢压电薄膜：AlN, ZnO, LiNbO3, BaTiO3, PbTiO3
b) 光学性质
➢吸收，反射，增透膜： Si, CdTe, GaAs, CuInSe2, MgF ➢发光膜： ZnS, ZnSe, AlxGa1-xAs, GaN, SiC ➢装饰膜：TiN/TiO2/Glass, Au, TiN
纳米薄膜的分类
A：由纳米粒子组成(或堆砌而成)的薄膜。 B：在纳米粒子间有较多的孔隙或无序原子或另一种材料，即纳
米复合薄膜 由特征维度尺寸为纳米数量级（1－100nm）的组元镶嵌于不 同的基体里所形成的复合薄膜材料。 “纳米复合薄膜” 按用途可分为两大类：
a:纳米复合功能薄膜 b:纳米复合结构薄膜
1．气相沉积的基本过程 (1)气相物质的产生 (2)气相物质的输运 (3)气相物质的沉积
(1)气相物质的产生
1 Evaporation
Substrate Cloud Material Vacuum chamber
Heater
2 Sputtering
Material Plasma Substrate
直流溅射法 交流溅射法
2、化学方法
1）化学气相沉积(CVD)：金属有机物化学气相沉 积；热解化学气相沉积；等离子体增强化学气相 沉积；激光诱导化学气相沉积；微波等离子体化 学气相沉积。
2) 溶胶-凝胶法
3)电镀法
金属有机物化学沉积
薄膜性质参数
厚度均匀度
表面平坦度粗糙度
成分Baidu Nhomakorabea粒尺寸
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不含应力
与残余气体分子很少碰撞，基本上是从源物质直线 到达基片，沉积速率较快；
若真空度过低，沉积物原子频繁碰撞会相互凝
聚为微粒，使薄膜沉积过程无法进行，或薄膜质量 太差。
(3)气相物质的沉积
气相物质在基片上的沉积是一个凝聚过程。 根据凝聚条件的不同，可以形成非晶态膜、 多晶膜或单晶膜。
若在沉积过程中，沉积物原子之间发生化学 反应形成化合物膜，称为反应镀。
若用具有一定能量的离子轰击靶材，以求改 变膜层结构与性能的沉积过程称为离子镀。
2. 蒸镀(Evaporation)
定义：在高真空中用加热蒸发的方法使源物质转化为气相， 然后凝聚在基体表面的方法。(见书上p52图)
<真空镀膜技术与设备设计安装及操作维护实用手册>
(1)蒸镀原理
在高真空中，将源物质加 热到高温，相应温度下的 饱和蒸气向上散发。
纳米材料及纳米工艺
（优选）纳米薄膜材料
薄膜材料是相对于体材料而言的，是人 们采用特殊的方法，在体材料的表面沉积或 制备的一层性质于体材料完全不同的物质层。 薄膜材料受到重视的原因在于它往往具有特 殊的材料性能或材料组合。
返回
薄膜材料之所以能够成为现代材料科学各分支中发展 最为迅速的一个分支，至少有以下三个方面的原因∶
复合薄膜系列： 金属／绝缘体、半导体／绝缘体、金属／半导体、 金属／高分子、半导体／高分子
3．2纳米薄膜材料制备技术
1、物理方法
1）、真空蒸发(单源单层蒸发；单源多层蒸发； 多源反应共蒸发)
2）、磁控溅射 3）、离子束溅射（单离子束(反应)溅射；双离 子束(反应)溅射；多离子束反应共溅射） 4）、分子束外延(MBE)
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纯度
整体性
-沉积膜必须材质连续、不含针孔
-膜层的厚度影响：电阻，薄层易含针孔，机械强度较弱
-覆盖阶梯形状特别重要，膜层厚度维持不变的能力
圖4 沈積層在 (b) 階梯處變薄
3．2．1物理气相沉积法Physical Vapor Deposition
物理气相沉积(PVD)方法作为一类常规的薄膜制 备手段被广泛地应用于纳米薄膜的制备与研究工 作中，PVD包括蒸镀、电子束蒸镀、溅射等。