纳米材料导论纳米薄膜材料PVD

材料化学系
返回
纳米材料及纳米工艺
第三章 纳米薄膜材料
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∶
2 3 器每件种的材微料型的化性不能仅都可有以其保局持限器性件。原薄有膜的技功术 1展多能小作的现，材，并为材代打料并接材料科破组使近料灵学了 合之了制活技过 才电更术 去 能备地子强体实的的 复材现发或化有 合料的展其，效 在的功，而他手 一一能特粒且段 起统，别随子天现， ，是着量下在微可 构子器。仅电成以过 仅子件化具将去 需技的运有各需 要术尺动优种要 少的寸的异不众 数发减微特同 几观性个尺的器度复件，杂或薄材一膜块料材集体成料系电或，路其发就器挥可件以每将完种显成成。示分薄出的膜许优技多势术全， 正新避是的免实物单现理一器现材件象和料。系的统薄局微膜限型技性化术的作最为有器效的件技微术型手化段的。 关键技术，是制备这类具有新型功能器件的 有效手段。
聚为微粒，使薄膜沉积过程无法进行，或薄膜质量 太差。
a:纳米复合功能薄膜 b:纳米复合结构薄膜
材料化学系
纳米材料及纳米工艺
第三章 纳米薄膜材料
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
纳米材料及纳米工艺
(1)气相物质的产生
第三章 纳米薄膜材料
1 Evaporation
Substrate Cloud Material Vacuum chamber
Heater
2 Sputtering
Material Plasma
Substrate
✓使 沉 积 物 加 热 蒸 发 ， 这 种 方 法 称 为 蒸 发 镀 膜 Evaporation ；
材料化学系
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。
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
纳米材料及纳米工艺
第三章 纳米薄膜材料
Seminar的总结
❖ 1 ppt 的制作 ❖ 2 对论文的理解 ❖ 3 声音，表情，动作
材料化学系
第三章 纳米薄膜材料
纳米材料及纳米工艺
第三章 纳米薄膜材料
材料化学系
纳米材料及纳米工艺
第三章 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。
➢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
✓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。
材料化学系
(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
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
2) 溶胶-凝胶法
3)电镀法
纳米材料及纳米工艺
金属有机物化学沉积
第三章 纳米薄膜材料
材料化学系
纳米材料及纳米工艺
薄膜性质参数
第三章 纳米薄膜材料
厚度均匀度
表面平坦度粗糙度
成分晶粒尺寸
/
/
不含应力
/
纯度
Hale Waihona Puke 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
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)
纳米材料及纳米工艺
第三章 纳米薄膜材料
直流溅射法 交流溅射法
材料化学系
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。
材料化学系
纳米材料及纳米工艺
第三章 纳米薄膜材料
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
材料化学系
纳米材料及纳米工艺
第三章 纳米薄膜材料
材料化学系
纳米材料及纳米工艺
第三章 纳米薄膜材料
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：
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
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
材料化学系
纳米材料及纳米工艺
第三章 纳米薄膜材料
3．2纳米薄膜材料制备技术
材料化学系
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)