第二章薄膜制备方法
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。
第二章 薄膜制备技术(1)
（2）优缺点
1）优点：适用于高纯 或难熔物质的蒸发；可适 合沉积多种不同的物质。
2）缺点：热效率较低； 过高的热功率对整个沉积 系统形成较强的热辐射。
3、电弧蒸发装臵 （1）电弧蒸发法：用欲蒸发的材料 制成放电的电极，依靠调节真空 室内电极间距的方法来点燃电弧， 瞬间的高温电弧将使电极端部产 生蒸发从而实现物质的沉积。控 制电弧的点燃次数或时间就可以 沉积出一定厚度的薄膜。 （2）优缺点 1）优点：避免电阻加热材料或坩 埚材料的污染；加热温度高，适 用于溶点高、同时具有一定导电 性的难熔金属、石墨等的蒸发； 简单廉价。 2）缺点：在放电过程中容易产 生微米量级大小的电极颗粒的飞 溅，从而会影响被沉积薄膜的均 匀性。
电弧蒸发装置示意图
4、激光蒸发装臵 （1）激光蒸发法：高功率激光器产生的高能激光束，可在瞬 间将能量直接传递给被蒸发物质，使之发生蒸发镀膜。
（2）优缺点
优点：避免电阻加热材料或坩埚材料的污染；加热温度高； 蒸发速率高；蒸发过程容易控制；特别的优点是：适用于蒸 发那些成分复杂的合金或化合物，这是因为，高能量的激光 束可以在较短的时间将物质的局部加热至极高的温度并产生 物质的蒸发，在此过程中被蒸发出来的物质仍能保持其原来 的元素比例。
2.3 真空蒸发装置
真空蒸发所采用的设备根据使用目的的不同有很大差别。 从简单的电阻加热蒸镀装臵到极其复杂的分子束外延设备， 都属于真空蒸发范畴。在蒸发沉积装臵中，最重要的组成 部分是物质的蒸发源，根据其加热原理可分为以下类型。
1、电阻式蒸发装置 （1）电阻加热蒸发法： 采用钽、钼、钨等高熔点金属，做成适当形状的加 热装臵（也称“蒸发源”，注意与“蒸发材料”区 别），其上装入待蒸发材料，通以电流后，对蒸发 材料进行直接加热蒸发，或者把待蒸发材料放入 Al2O3、BeO等坩埚中进行间接加热蒸发，
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。
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。
薄膜的制备方法有哪些
薄膜的制备方法有哪些薄膜是一种在各种领域都有广泛应用的材料，其制备方法多种多样。
本文将介绍薄膜的制备方法，希望能够对您有所帮助。
首先，薄膜的制备方法可以分为物理方法和化学方法两大类。
物理方法包括蒸发法、溅射法、激光热解法等，而化学方法则包括溶液法、化学气相沉积法等。
接下来，我们将逐一介绍这些方法的具体步骤和特点。
蒸发法是一种常用的物理方法，其制备步骤为首先将原料物质加热至其汽化温度，然后使其在基底上凝结形成薄膜。
这种方法制备的薄膜质量较高，但是成本较高，且只适用于高蒸发温度的材料。
溅射法是另一种常用的物理方法，其制备步骤为将原料物质置于真空室中，通过离子轰击或者电子轰击的方式使其蒸发并沉积在基底表面形成薄膜。
这种方法可以制备多种材料的薄膜，但是设备复杂，成本较高。
激光热解法是一种新型的物理方法，其制备步骤为使用激光热解原料物质，使其在基底上沉积形成薄膜。
这种方法可以制备高质量的薄膜，但是设备成本高，且只适用于特定材料。
溶液法是一种常用的化学方法，其制备步骤为将原料物质溶解在溶剂中，然后将溶液涂覆在基底上，通过溶剂挥发使其形成薄膜。
这种方法成本低，适用范围广，但是薄膜质量较低。
化学气相沉积法是另一种常用的化学方法，其制备步骤为将原料物质的化合物气体在基底表面发生化学反应，形成薄膜。
这种方法可以制备高质量的薄膜，但是设备复杂，成本较高。
总的来说，薄膜的制备方法多种多样，每种方法都有其独特的优点和局限性。
在选择制备方法时，需要根据具体的应用需求和材料特性进行综合考虑。
希望本文能够对您有所帮助，谢谢阅读！。
薄膜制备方法
薄膜造备要领之阳早格格创做1.物理气相重积法（PVD）：真空蒸镀、离子镀、溅射镀膜2.化教气相重积法（CVD)：热CVD、等离子CVD、有机金属CVD、金属CVD.一、真空蒸镀即真空挥收镀膜，是造备薄膜最普遍的要领.那种要领是把拆有基片的真空室抽成真空，使气体压强达到10¯²Pa以下，而后加热镀料，使其本子大概者分子从表面气化劳出，产死蒸汽流，进射到温度较矮的基片表面，凝结产死固态薄膜.其设备主要由真空镀膜室战真空抽气系统二大部分组成.包管真空环境的本果有预防正在下温下果气氛分子战挥收源爆收反应，死成化合物而使挥收源劣化.预防果挥收物量的分子正在镀膜室内与气氛分子碰碰而阻拦挥收分子间接到达基片表面，以及正在途中死成化合物大概由于挥收分子间的相互碰碰而正在到达基片前便凝结等正在基片上产死薄膜的历程中，预防气氛分子动做杂量混进膜内大概者正在薄膜中产死化合物.挥收镀根据挥收源的类型有几种:⑴、电阻加热挥收源.常常适用于熔面矮于1500℃的镀料.对付于挥收源的央供为a、熔面下b、鼓战蒸气压矮c、化教本量宁静，正在下温下没有与挥收资料爆收化教反应d、具备良佳的耐热性，功率稀度变更小.⑵、电子束挥收源.热电子由灯丝收射后，被电场加速，赢得动能轰打处于阳极的挥收资料上，使挥收资料加热气化，而真止挥收镀膜.特天符合创造下熔面薄膜资料战下杂薄膜资料.便宜有a、电子束轰打热源的束流稀度下，能赢得近比电阻加热源更大的能量稀度，不妨使下熔面（可下达3000℃以上）的资料挥收，而且有较下的挥收速率.b、镀料置于热火铜坩埚内，预防容器资料的挥收，以及容器资料与镀料之间的反应，那对付于普及镀膜的杂度极为要害.c、热量可间接加到挥收资料的表面，缩小热量益坏.⑶、下频感触挥收源.将拆有挥收资料的坩埚搁正在下频螺旋线圈的中央，使挥收资料正在下频电磁场的感触下爆收强盛的涡流益坏战磁滞益坏（铁磁体），从而将镀料金属加热挥收.时常使用于洪量挥收下杂度金属.分子束中延技能（molecular beam epitaxy,MBE).中延是一种造备单晶薄膜的新技能，它是正在符合的衬底与符合条件下，沿衬底资料晶轴目标逐层死少新单晶薄膜的要领.中延薄膜战衬底属于共一物量的称“共量中延”，二者分歧的称为“同量中延”.MBE是正在810—Pa的超真空条件下，将薄膜诸组分元素的分子束流，正在庄重监控之下，间接喷射到衬底表面.其中已被基片捕获的分子，即时被真空系统抽走，包管到达衬底表面的经常新分子束.那样，到达衬底的各元素分子没有受环境气氛的效率，仅由挥收系统的几许形状战挥收源温度决断.二、离子镀是正在真空条件下，利用气体搁电使气体大概被挥收物量离化，正在气体离子大概被挥收物量离子轰打效率的共时，把挥收物大概其反应物蒸镀正在基片上.时常使用的几种离子镀：（1）曲流搁电离子镀.挥收源：采与电阻加热大概电子束加热；充进气体：充进Ar大概充进少量反应气体；离化办法：被镀基体为阳极，利用下电压曲流辉光搁电离子加速办法：正在数百伏至数千伏的电压下加速，离化战离子加速所有举止.（2）空心阳极搁电离子镀（HCD，hollow cathode discharge ）.等离子束动做挥收源，可充进Ar、其余惰性气体大概反应气体；利用矮压大电流的电子束碰碰离化， 0至数百伏的加速电压.离化战离子加速独力支配.（3）射频搁电离子镀.电阻加热大概电子束加热，真空，Ar，其余惰性气体大概反应气体；利用射频等离子体搁电离化， 0至数千伏的加速电压，离化战离子加速独力支配.（4）矮压等离子体离子镀.电子束加热，惰性气体，反应气体. 等离子体离化， DC大概AC 50V离子镀是一个格中搀杂历程，普遍去道末究包罗镀料金属的挥收，气化，电离，离子加速，离子之间的反应，中战以及正在基体上成膜等历程，其兼具真空蒸镀战真空溅射的特性.三、溅射镀膜是正在真空室中，利用荷能粒子轰打靶表面，使被轰打出的粒子正在基片上重积的技能.用戴有几十电子伏特以上动能的粒子大概粒子束映照固体表面，靠拢固体表面的本子会赢得进射粒子所戴能量的一部分从而背真空中劳出，那种局里称为溅射.应用于当前工业死产的主要溅射镀膜办法：（1）射频溅射是利用射频搁电等离子体中的正离子轰打靶材、溅射出靶材本子从而重积正在接天的基板表面的技能.由于接流电源的正背性爆收周期接替，当溅射靶处于正半周时，电子流背靶里，中战其表面散集的正电荷，而且散集电子，使其表面浮现背偏偏压，引导正在射频电压的背半周期时吸引正离子轰打靶材，从而真止溅射.由于离子比电子品量大，迁移率小，没有像电子那样很快天背靶表面集结，所以靶表面的面位降下缓缓，由于正在靶上会产死背偏偏压，所以射频溅射拆置也不妨溅射导体靶.射频溅射拆置的安排中，最要害的是靶战匹配回路.靶要火热，共时要加下频下压.（2）磁控溅射（下速矮温溅射）.其重积速率快、基片温度矮，对付膜层的益伤小、支配压力矮.磁控溅射具备的二个条件是：磁场战电场笔曲；磁场目标与阳极（靶）表面仄止，并组成环形磁场.电子正在电场E的效率下，正在飞背基片历程中与氩本子爆收碰碰，使其电离爆收出Ar 战新的电子；新电子飞背基片，Ar 正在电场效率下加速飞背阳极靶，并以下能量轰打靶表面，使靶材爆收溅射.正在溅射粒子中，中性的靶本子大概分子重积正在基片上产死薄膜，而爆收的二次电子会受到电场战磁场效率，爆收E（电场）×B（磁场）所指的目标漂移，简称E×B漂移，其疏通轨迹近似于一条晃线.若为环形磁场，则电子便以近似晃线形式正在靶表面干圆周疏通，它们的疏通路径没有但是很少，而且被束缚正在靠拢靶表面的等离子体天区内，而且正在该天区中电离出洪量的Ar 去轰打靶材，从而真止了下的重积速率.随着碰碰次数的减少，二次电子的能量消耗殆尽，渐渐近离靶表面，并正在电场E的效率下最后重积正在基片上.由于该电子的能量很矮，传播给基片的能量很小，以致基片温降较矮.（3）反应溅射.反应溅射是指正在存留反应气体的情况下，溅射靶材时，靶材会与反应气体反应产死化合物(如氮化物大概氧化物)，正在惰性气体溅射化合物靶材时由于化教没有宁静性往往引导薄膜较靶材少一个大概更多组分，此时如果加上反应气体不妨补偿所缺少的组分，那种溅射也不妨视为反应溅射.化教气相重积chemical vapor deposition（CVD)一、热CVD指把含有形成薄膜元素的气态反应剂大概液态反应剂的蒸气及反应所需其余气体引进反应室，正在衬底表面爆收化教反应死成薄膜的历程.本理：利用挥收性的金属卤化物战金属的有机化合物等，正在下温下爆收气相化教反应，包罗热领会、氢还本（可造备下杂度金属膜）、氧化战置换反应等，正在基板上重积所需要的氮化物、氧化物、碳化物、硅化物、硼化物、下熔面金属、金属、半导体等薄膜.造备条件：1）正在重积温度下，反应物具备脚够的蒸气压，并能以符合的速度被引进反应室；2）反应产品除了产死固态薄膜物量中，皆必须是挥收性的；3）重积薄膜战基体资料必须具备脚够矮的蒸气压.二、等离子体CVD（plasma chemical vapor deposition）是正在下频大概曲流电场效率下，将本料气体电离产死等离子体，利用矮温等离子体动做能量源，通进适量的反应气体，利用等离子体搁电，使反应气体激活并真止化教气相重积的技能.正在脆持一定压力的本料气体中，输进曲流、下频大概微波功率，爆收气体搁电，产死等离子体.正在气体搁电等离子体中，由于矮速电子与气体本子碰碰，故除爆收正、背离子中，还会爆收洪量的活性基（激励本子、分子等），从而可大大巩固反映气体的活性.那样便不妨正在较矮的温度下，爆收反应，爆收薄膜.PCVD不妨正在更矮的温度下成膜.可缩小热益伤，减矮膜层与衬底资料间的相互扩集及反应多用于太阳能电池及液晶隐现器等.三、有机金属CVD（MOCVD）是将反应气体战睦化的有机物通过反应室，通过热领会重积正在加热的衬底上产死薄膜.它是利用运载气携戴金属有机物的蒸气加进反应室，受热领会后重积到加热的衬底上产死薄膜.其特性是：1.较矮的衬底温度； 2.较下的死少速率，可死少极薄的薄膜； 3.透彻的组分统造可举止多元混晶的身分统造，可真止多层结构及超晶格结构； 4.易赢得大里积匀称薄膜；其缺陷是：1.残留杂量含量下 2.反应气体及尾气普遍为易焚、易爆及毒性很强的气体.。
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。
薄膜制备方法
薄膜制备方法1.物理气相沉积法（PVD）：真空蒸镀、离子镀、溅射镀膜2.化学气相沉积法（CVD)：热CVD、等离子CVD、有机金属CVD、金属CVD。
一、真空蒸镀即真空蒸发镀膜，是制备薄膜最一般的方法。
这种方法是把装有基片的真空室抽成真空，使气体压强达到10¯²Pa以下，然后加热镀料，使其原子或者分子从表面气化逸出，形成蒸汽流，入射到温度较低的基片表面，凝结形成固态薄膜。
其设备主要由真空镀膜室和真空抽气系统两大部分组成。
保证真空环境的原因有①防止在高温下因空气分子和蒸发源发生反应，生成化合物而使蒸发源劣化。
②防止因蒸发物质的分子在镀膜室内与空气分子碰撞而阻碍蒸发分子直接到达基片表面，以及在途中生成化合物或由于蒸发分子间的相互碰撞而在到达基片前就凝聚等③在基片上形成薄膜的过程中，防止空气分子作为杂质混入膜内或者在薄膜中形成化合物。
蒸发镀根据蒸发源的类别有几种:⑴、电阻加热蒸发源。
通常适用于熔点低于1500℃的镀料。
对于蒸发源的要求为a、熔点高b、饱和蒸气压低c、化学性质稳定，在高温下不与蒸发材料发生化学反应d、具有良好的耐热性，功率密度变化小。
⑵、电子束蒸发源。
热电子由灯丝发射后，被电场加速，获得动能轰击处于阳极的蒸发材料上，使蒸发材料加热气化，而实现蒸发镀膜。
特别适合制作高熔点薄膜材料和高纯薄膜材料。
优点有a、电子束轰击热源的束流密度高，能获得远比电阻加热源更大的能量密度，可以使高熔点（可高达3000℃以上）的材料蒸发，并且有较高的蒸发速率。
b、镀料置于冷水铜坩埚内，避免容器材料的蒸发，以及容器材料与镀料之间的反应，这对于提高镀膜的纯度极为重要。
c、热量可直接加到蒸发材料的表面，减少热量损失。
⑶、高频感应蒸发源。
将装有蒸发材料的坩埚放在高频螺旋线圈的中央，使蒸发材料在高频电磁场的感应下产生强大的涡流损失和磁滞损失（铁磁体），从而将镀料金属加热蒸发。
常用于大量蒸发高纯度金属。
分子束外延技术（molecular beam epitaxy,MBE)。
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。
第二章薄膜的制备-2015
2.1.1蒸发的分子动力学基础
密闭容器内存在某种物质的凝聚 相和气相时，气相蒸气压p通常是温 度的函数。 在凝聚相和气相之间处于动态平 衡时，从凝聚相表面不断向气相蒸 发分子，同时也会有相当数量的气 相分子返回到凝聚相表面。
根据气体分子运动论，单位时间 内气相分子与单位面积器壁碰撞的分子 数，即气相分子的流量J，可以表示为：
两种不同温度的混合气体分子的 平均自由程的计算比较复杂。假设 蒸发元素与残留气体的温度相同， 设蒸发气体分子半径为r，残留气体 分子半径为r'残留气体压力为p．则 根据气体分子运动论，其平均自由 程L为:
2.1.2 蒸发源 1．蒸发源的组成 蒸发源一般有三种形式，如下图所示。一般 而言，蒸发源应具备三个条件：能加热到平衡 蒸气压在1.33~1. 33×l0-2Pa时的蒸发温度；要 求坩埚材料具有化学稳定性；能承载一定量的 待蒸镀原料。蒸发源的形状决定了蒸发所得镀 层的均匀性。
在日常生活中的应用
•
我们研究的是固体薄膜，而实 际中还有气体薄膜，液体薄膜和介 于液体与固体之间的胶体薄膜(如细 胞薄膜);这些薄膜有着不可估量的 发展前景。
•
由于薄膜固体表面的自由能比块材高， 而且不具有三维性质而多表现为二维性质， 使得表面呈现一些独特的功能。当块体厚度 逐渐减小，块材的性质就慢慢消失，而只表 现出来表面性质。所以，从膜所呈现的特性 出发，可把表面性质优先的膜称为薄膜，而 把块材性质优先的薄膜称为厚膜。由于薄膜 很薄，加之结构因素和表面效应，会产生许 多块材所不具备的新特性、新功能。
从理论上分析，蒸发源有两种类型，即点源和微面源。 点源可以是向各方向蒸发，如图所示,若某段时间内蒸 发的全部质量为Mo，则在某规定方向的立体角dω内， 物质蒸发的质量为：
薄膜制备技术：第二部分 真空技术基础-田民波详述
真空区域的划分
薄膜制备和分析技术对于真空度要求 真空蒸发沉积需要高真空和超高真空范围（<10-3 Pa）; 溅射沉积需要中、高真空（10-2 ~ 10-5 Pa）; 低压化学气相沉积需要中、低真空（10~ 100 Pa）; 电子显微技术维持的分析环境需要高真空; 材料表面分析需要超高真空。
稀薄气体的基本性质
经过n个循环后
当泵室体积大，被抽容积小时，即ΔV/V 越大， V/(V+ΔV)n→0越快，Pn →0越快。 但n→∞时Pn →0。实际上不可 能，有一极限值，因为泵结构 上存在“有害空间→ 出气口与 转子密封点之间的极小空隙空 间。1处的气体不能被排走， 会穿过2点，回到吸气侧。
旋片式机械真空泵
每秒转子转m次，则t秒转 n=mt，这时待抽空间的 压强为Pt：
分子泵 钛升华泵
气体捕获泵 溅射离子泵
低温冷凝泵
真空的获得
几种常用真空泵的工作压强范围
旋片式机械真空泵
旋片泵结构示意图
旋片泵工作原理图
旋片式机械真空泵
若待抽真空室体积V，初始压强 初始压强P0，旋转一周排 出气体体积为ΔV，根据 根据P1V1= P2V2，有
转到第二周时，P1作为P0
旋片式机械真空泵
分子束的反射
碰撞于固体表面的分子，它们飞离表面的方向与原入射方 向无关，并按与表面法线方向所成角度 角度θ的余弦进行 分布，则一个分子在离开其表面时，处于立体角dω(与表面 法线成 与表面法线成θ角)中的几率是：
稀薄气体的基本性质
余弦定律的意义： （1）它揭示了固体表面对气体分子作用的另一个方 面，即将分子原有的方向性彻底“消除 ,均按余弦定 律散射； （2）分子在固体表面要停留一定的时间，这是气体分子能够
薄膜的制备方法有哪些
薄膜的制备方法有哪些
薄膜是一种在工业和科学研究中广泛应用的材料，它具有薄、轻、柔韧等特点，常用于光电子器件、电池、传感器、柔性显示器
等领域。
薄膜的制备方法多种多样，下面将介绍几种常见的薄膜制
备方法。
首先，薄膜的溶液旋涂是一种常见的制备方法。
该方法通过将
溶解了所需材料的溶液滴在旋转的基板上，利用离心力使溶液均匀
分布并形成薄膜。
这种方法制备的薄膜成本低，适用于大面积薄膜
的制备，但需要对溶液的浓度、旋涂速度等参数进行精确控制。
其次，薄膜的物理气相沉积是另一种常用的制备方法。
这种方
法利用高温或真空条件下，将固体材料直接蒸发或溅射到基板表面，形成薄膜。
物理气相沉积制备的薄膜质量较高，结晶度好，适用于
制备光学薄膜、导电薄膜等。
此外，化学气相沉积也是一种常见的薄膜制备方法。
该方法通
过将挥发性的前驱体气体引入反应室，在基板表面发生化学反应并
沉积形成薄膜。
化学气相沉积可以制备多种复杂化合物薄膜，如氧
化物薄膜、氮化物薄膜等，具有较高的成膜速率和较好的控制性能。
此外，溅射法也是一种常用的薄膜制备方法。
该方法利用高能粒子轰击靶材，使靶材表面的原子或分子蒸发并沉积到基板表面，形成薄膜。
溅射法可以制备多种材料的薄膜，且可控制薄膜的成分和结构。
总的来说，薄膜的制备方法多种多样，每种方法都有其适用的特定领域和材料。
在实际应用中，需要根据具体要求选择合适的制备方法，并结合实际情况进行优化和调整，以获得符合要求的薄膜材料。
希望本文介绍的薄膜制备方法对您有所帮助。
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。
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而氧化，甚至被烧毁；也可能由于空气分子的碰团撞阻结挡，信难赖以形创成均造匀连挑续战薄膜
饱和蒸汽压（又叫平衡蒸汽压）
各种固体或液体放入密闭的容器中，在任何 温度下都会蒸发，蒸发出来的蒸气形成蒸 气压。在一定温度下，单位时间内蒸发出 来的分子数同凝结在器壁和回到蒸发物质 的分子数相等时的蒸气压，叫做该物质在 此温度下的饱和蒸气压，此时蒸发物质表 面固相或液相和气相处于动态平衡，即到
团结 信赖 创造 挑战
几种物质的饱和蒸气压
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物质的平衡蒸汽压
克劳修斯-克拉伯龙（Clausius-Clapeylon） 方程指出，物质的平衡蒸气压（又叫饱和 蒸汽压）随温度的变化率可以定量地表达 为：
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物质的平衡蒸汽压
由于在蒸发时，气相的体积显著大于相应 的固相或液相，因而近似地等于气相的体 积。运用理想气体的状态方程，则有
作为近似，可以利用物质在某一温度时的气化热ΔHe代替ΔH，从而得 到物质蒸气压的两种近似表达方式
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物质的平衡蒸汽压
由于使用了近似条件ΔHe≈ΔH因而上式只是在某一温度区间才 是严格成 立的。要想更准确地描述物质平衡蒸气压随温度的变化情况，我们需 要代入实际的ΔH（T） 函数形式。
由凝聚相转变为气相的相变过程。每种蒸发物质在不同温度时有不同的饱和蒸气压 ；蒸发化合物时，其组分之间发生反应，其中有些组分以气态或蒸气进入蒸发空 间。
(2)气化原子或分子在蒸发源与基片之间的输运。 这是粒子在环境气氛中的飞行过程。飞行过程中与真空室内残余气体分子发生碰撞 的次数，取决于蒸发原子的平均自由程，以及从蒸发源到基片之间的距离，这个 距离通常称为源一基距。
另外特点：分子的运动路径近似为直线，积几率接近100%。
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蒸发法与溅射法的比较
物理气相沉积技术中最为基本的两种方法 就是蒸发法和溅射法。
在薄膜沉积技术发展的最初阶段，由 于蒸发法相对溅射法具有一些明显的优点 ，包括较高的沉积速度，相对较高的真空 度，以及由此导致的较高的薄膜质量等， 因此蒸发法受到了相对较大程度的重视。
(3)蒸发原子或分子在基片表面上的沉积过程。 蒸气在基片上先聚集成核，然后核生长，再形成连续薄膜。由于基片温度远远低于 蒸发源温度，因此，淀积物分子在基片表面将直接发生从气相到固相的相变过程 。
上述三个过程都必须在真空度较高的环境中进行。若真空度太低，蒸发物原子或分子 将与大量气体分子碰撞，使薄膜受到污染，甚至形成氧化物；或者蒸发源被加热
例如，对于液态下Al来说，其平衡蒸气压应满足的关系式为：
上式后两项一般均比较小。因而，在描述物质的平衡蒸气压随温度变化 的图中， lnP与1/T两者之间基本上呈现为一条直线。
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物质的平衡蒸汽压
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蒸发速率
在一定的温度下，每种液体或固体物质都具有特定的平衡蒸 气压。只有当环境中被蒸发物质的分压降低到了它的平衡 蒸气压以下时，才可能有物质的净蒸发。
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§2.1 真空蒸发镀膜
真空蒸发镀膜(简称真空蒸镀)是在真空室中，加热蒸发容器中欲形成薄膜 的原材料，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸气流，入射到固体(一般 为衬底或基片)表面，凝结形成固态薄膜的方法。
真空蒸镀法的主要物理过程是通过加热使蒸发材料变成气态，故该法又 称为热蒸发法。
❖ 为了制备化合物薄膜或抑制薄膜成分对原材料团的偏结离，信出赖现了创反造应蒸挑发方战法
真空蒸发的特点
真空蒸发具有： 优点：设备比较简单，操作容易；薄膜纯度
高、质量好，厚度可比较准确控制；成膜 速率快、效率高，用掩膜可获得清晰图形 ；薄膜的生长机理比较简单等特点。 缺点：是不容易获得结晶结构较好的薄膜． 所形成的薄膜在基片上的附着力较小，工 艺重复性不够好等。
这是1857年首先出Farady采用的最简单的制膜方法，现在巳获得广泛应用 。 近年来，该方法的改进主要集中在蒸发源上。 ❖ 为了抑制或避免薄膜原材料与蒸发加热皿发生化学反应，改用耐热陶瓷坩埚 ，如氮化硼(BN)坩埚； ❖ 为了蒸发低蒸气压物质，采用电子束加热源或激光加热源； ❖ 为了制备成分复杂或多层复合薄膜，发展了多源共蒸发或顺序蒸发法；
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真空蒸发的装置
真空蒸发装置主要由真空 室、蒸发源、基片、基片加 热器以及测量器构成。 真空室为蒸发过程提供必要 的真空环境； 蒸发源放置蒸发材料并对其 进行加热； 基片用于接收蒸发物质并在 其表面形成固态蒸发面膜。
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真空蒸发过程
真空蒸发镀膜包括以下三个基本过程： (1)加热蒸发过程。
蒸发速率随温度的变化
将饱和蒸汽压随T的关系带入上式，可得蒸发速率随温度变 化的关系
对于金属，2.3B/T通常在20~30之间，
由此可见，在蒸发温度以上进行蒸发时，蒸发源温度的微小变化即可引 起蒸发速率发生很大变化。因此，在制膜过程中，要想控制蒸发速率。 必须精确控制蒸发源的温度，加热时应尽量避免产生过大的温度变化。
单位表面上物质的净蒸发速率应为
α蒸发系数，介于0~1之间。 Pe和Ph分别是该物质的平衡蒸气压和实 际情况下的分压。物质表面的质量蒸发速率为
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蒸发速率
当α =1， Ph =0时，蒸发速率取得最大值 。
Pv=Pe 为饱和蒸汽压，M：摩尔质量 物质表面的质量蒸发速率为
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第二章薄膜制备方法
团结 信赖 创造 挑战
薄膜制备方法概述
按成膜机理分类，薄膜的制备方法可大致分为物理方法和化学方法 两大类。 物理气相沉积（PVD）指的是利用某种物理的过程，如物质的热蒸 发或在受到粒子束轰击时物质表面原子的溅射等现象，实现物质从 源物质到薄膜的可控的原子转移过程。这种薄膜制备方法相对于化 学气相沉积（CVD）方法而言，具有以下几个特点： 1. 需要使用固态的或者熔化态的物质作为沉积过程的源物质； 2. 源物质要经过物理过程进入气相； 3. 需要相对较低的气体压力环境； 4. 在气相中及衬底表面并不发生化学反应。