真空技术与薄膜制备
真空物理学与真空技术的应用
真空物理学与真空技术的应用真空物理学是研究低压空气环境下的物理现象和性质的学科，而真空技术则是应用真空物理学原理和技术手段来创造和维持真空环境的技术。
真空在现代科学和工业中扮演着重要的角色，它的应用领域广泛，涉及到物理学、电子学、光学、材料科学等诸多领域。
本文将探讨真空物理学和真空技术在不同领域的应用。
一、真空物理学在科学研究中的应用1. 真空室的应用：真空室是实验中创造和维持真空环境的装置，广泛应用于物理学、化学、生物学等实验中。
在真空环境中，可以消除气体分子的扰动，提供一个几乎没有气体分子碰撞的独特环境，对于高精度实验和精确测量非常重要。
2. 气体放电研究：在真空条件下，利用电场加速电子，然后与气体分子碰撞产生放电现象。
通过对放电的研究，可以探索气体放电的机制和性质，从而深入了解气体物理学和等离子体物理学的基本原理。
3. 真空中的粒子加速器：真空是粒子加速器运行的必备条件。
粒子加速器利用高速带电粒子相互碰撞，从而研究物质的性质和结构。
在真空环境中，可以消除带电粒子与气体分子的相互作用，保证粒子可以在加速器中稳定运动。
二、真空技术在电子工业中的应用1. 真空电子器件：真空技术在电子工业中有着广泛的应用。
例如真空管，它利用真空中的电子流动来放大、开关和检测电信号。
真空技术也用于制造显示器、激光器、微电子器件等。
2. 半导体制造工艺：在半导体制造过程中，利用真空技术可以消除空气中的污染物和微粒，保证制造过程的纯净度。
同时，真空技术也广泛应用于薄膜沉积、离子注入、退火等工艺步骤中。
三、真空技术在光学领域的应用1. 光学薄膜镀膜：光学薄膜广泛应用于镜片、透镜、光学仪器等光学设备中。
利用真空技术，可以在物体表面沉积一层均匀的光学薄膜，提高反射率、透过率等光学性能。
2. 激光器制造：激光器内部需要保持高度的真空环境，以避免气体分子与激光器产生相互作用。
真空技术在激光器的制造和维护中起着重要的作用。
四、真空技术在材料科学中的应用1. 薄膜制备：利用真空技术，可以在基底上制备出具有特定特性的薄膜材料，如金属薄膜、陶瓷薄膜、聚合物薄膜等。
光学实验技术中的薄膜制备与表征指南
光学实验技术中的薄膜制备与表征指南在现代光学实验中，薄膜是一种广泛应用的材料，它具有许多独特的光学性质。
为了实现特定的光学设计要求，科学家们需要制备和表征各种薄膜。
本文将为您介绍光学实验技术中的薄膜制备与表征指南，帮助您更好地理解和应用薄膜技术。
一、薄膜制备技术1. 真空蒸发法真空蒸发法是一种常见的薄膜制备技术，它通常用于金属或有机材料的蒸发。
蒸发源材料通过加热，使其蒸发并沉积在基底表面上，形成薄膜。
真空蒸发法具有简单、灵活的优点，但由于材料的有机蒸发率不同，容易导致薄膜的成分非均匀性。
2. 磁控溅射法磁控溅射法是一种通过离子碰撞使靶材溅射，并沉积在基底上的技术。
这种方法可以获得高质量和均匀性的薄膜。
磁控溅射法通常用于金属、氧化物和氮化物等无机薄膜的制备。
3. 原子层沉积法原子层沉积法（ALD）是一种逐层生长薄膜的方法，通过交替地注入不同的前驱体分子，使其在基底表面上化学反应并沉积。
这种方法可以实现非常精确的厚度控制和成分均一性。
4. 溶胶凝胶法溶胶凝胶法是一种基于溶胶和凝胶的化学反应制备薄膜的方法。
通过溶胶中的物质分子在凝胶中发生凝胶化反应，形成薄膜。
这种方法适用于复杂的薄膜材料。
二、薄膜表征技术1. 厚度测量薄膜的精确厚度对于光学性能至关重要。
常用的测量方法包括激光干涉法、原位椭圆偏振法和扫描电子显微镜等。
激光干涉法通过测量反射光的相位差来确定薄膜厚度，原位椭圆偏振法则通过测量反射光的椭圆偏振状态来推断厚度。
2. 光学性能表征光学性能包括反射率、透过率、吸收率等。
常用的表征方法有紫外可见近红外分光光度计和激光光谱仪。
通过测量样品在不同波长下的吸收或透过光强度，可以得到其光学性能。
3. 表面形貌观察表面形貌对薄膜的光学性能和功能具有重要影响。
扫描电子显微镜和原子力显微镜是常用的表面形貌观察工具。
扫描电子显微镜可以获得样品表面的高分辨率图像，原子力显微镜则可以实现纳米级表面形貌的观察。
4. 结构分析薄膜的结构分析是了解其晶体结构和晶格形貌的重要手段。
材料科学中的薄膜制备技术研究综述
材料科学中的薄膜制备技术研究综述薄膜作为一种重要的材料形态，在材料科学领域中具有广泛的应用。
薄膜制备技术的研究和发展，不仅能够扩展材料的功能性，并提高材料的性能，还可以为各个领域提供更多的应用可能性。
本文将综述材料科学中薄膜制备技术的研究进展，并重点探讨了几种常见的薄膜制备技术。
1. 物理气相沉积（PVD）物理气相沉积是一种常见的薄膜制备技术，它通过蒸发或溅射等方法将材料转化为蒸汽或离子，经过气相传输沉积在基底上形成薄膜。
物理气相沉积技术包括热蒸发、电子束蒸发、分子束外延和磁控溅射等方法。
这些方法在薄膜制备中具有高温、高真空和高能量等特点，能够制备出具有优异性能的薄膜。
然而，物理气相沉积技术在薄膜厚度的控制上存在一定的局限，且对于一些化学反应活性较高的材料来说，难以实现。
2. 化学气相沉积（CVD）化学气相沉积是一种将反应气体在表面上发生化学反应生成薄膜的方法。
CVD 技术根据反应条件的不同可以分为低压CVD、大气压CVD和等离子CVD等。
这些技术在实现复杂薄膜结构和化学组成控制上相较于PVD技术更具优势。
化学气相沉积技术可用于金属、氧化物、氮化物以及半导体材料等薄膜的制备。
然而，该技术所需的气体和化学物质成分较复杂，容易引起环境污染，并且对设备的要求较高。
3. 溶液法制备薄膜溶液法是一种常用的低成本、高效率的薄膜制备技术。
常见的溶液法包括旋涂法、浸渍法、喷涂法和柔性印刷法等。
这些方法通过将溶液中的溶质沉积在基底上，形成薄膜。
溶液法制备薄膜的优势在于简单易行、成本低、适用于大面积薄膜制备。
然而，溶液法制备出的薄膜常常具有较低的晶化程度和机械强度，且在高温和湿润环境下易失去稳定性。
4. 磁控溅射技术磁控溅射技术是一种通过离子轰击固体靶材的方法制备薄膜。
在磁控溅射过程中，离子轰击靶材，使靶材表面的原子转化为蒸汽，然后通过惰性气体的加速将蒸汽沉积在基底上。
磁控溅射技术可用于金属、氧化物、氮化物等薄膜的制备，并可实现厚度和成分的精确控制。
薄膜技术的真空技术基础
桂林电子科技大学
材料科学与工程学
1.3 真空系统的导流能力——流导
对于黏滞流状态：流导随气体压力升高而增加。不同形状管路的流导已被编制成图表不同流导C1、C2、C3间可相互串联或并联，构成总流导C——串联流导：1/C= 1/C1+ 1/C2+ 1/C3——并联流导：C=C1+C2+C3（就象描述气体流动的欧姆定律）
单击此处添加小标题
工作原理：两个8字形的转子以相反的方向旋转，两个转子始终保持相切合，咬合精度很高，切合处气体始终不能通过，只能从上、下两边被扫出真空系统。极限真空度： 10-2Pa左右；优点：结构简单、无油气回流，抽 速很大。缺点：泵体与转子发热、膨胀，造成泵体损坏；当气体压力低于10-1 Pa时，气体回流造成抽速降低。适用压力范围：10-1～1000Pa。
1.1 真空的基本知识
按上述第二种说法，比如炮弹在高于大气压的空间飞行是没有问题的，因此可以将高于大气压的空间看作是真空，而对于表面研究，10-8Pa才称得上是真空。
宇宙空间所存在的“自然真空”；利用真空泵抽取所得的“人为真空”。绝对真空：完全没有气体的空间状态。
为了获得真空至少需要
1.1 真空的基本知识
1.2 真空的表征
气流与流导气体流动状态与气体压力、真空容器尺寸的关系根据Knudsen准数Kn:Kn<1: 分子流状态Kn>110粘滞流状态
粘滞态气流的两种不同的流动状态根据Reynolds准数Re:式中，d为容器的特征尺寸（如管路的直径）；υ、ρ、η分别是气体的流速、密度和动力学黏度系数。Re>2200 紊流状态 Re<1200 层流状态
真空技术理论报告
关于真空技术基础理论的学习报告本章主要讲述了真空的基础知识及稀薄气体的基本性质，另外阐述了获得真空的主要指标及关键因素，介绍了几种常用真空计的工作原理与测量范围。
1.真空的基本知识薄膜制备方法分物理沉积和化学沉积两大类。
（1）物理气相沉积法是利用蒸镀材料或溅射材料来制备薄膜的，简称PVD (Physical Vapor Deposition) 技术。
其基本制作技术包括：真空蒸发、溅射镀膜和离子镀等。
（2）化学气相沉积是一种化学气相生长法，简称CVD(Chemical Vapor Deposition)技术。
CVD 法是把含有构成薄膜元素的一种或几种化合物的单质气体供给基片，利用加热、等离子体、紫外光乃至激光等能源，借助气相作用或在基片表面的化学反应(热分解或化学合成)生成要求的薄膜。
它可制备多种物质薄膜。
它们均要求淀积薄膜的空间具有一定的真空度。
因此，真空技术是薄膜制作技术的基础，获得并保持所需的真空环境，是镀膜的必要条件。
1.1真空及其单位真空是指低于一个大气压的气体空间。
与正常的大气相比，是比较稀薄的气体状态。
真空是相对的，绝对的真空是不存在的。
通常所说的真空是一种“相对真空”。
在真空技术中对于真空度的高低，可用多个参量来度量，最常用的有“真空度”和“压强”。
此外，也可用气体分子密度、气体分子的平均自由程、形成一个分子层所需的时间等来表示。
（注：“真空度”和“压强”是两个概念，不能混淆：压强越低，意味着单位体积中气体分子数愈少，真空度愈高；反之真空度越低则压强就越高。
由于真空度与压强有关，所以真空的度量单位是用压强来表示。
）在真空技术中，压强所采用的法定计量单位是帕斯卡(Pascal)，简称帕(Pa)，是目前国际上推荐使用的国际单位制(1971年国际计量会议正式确定)。
托（Torr）是在最初获得真空时(1958年托里拆利)就被采用的、真空技术中的独特单位。
工程中所用旧单位与Pa之关系(1Pa=1N/m2)•毫米汞柱(mmHg)(最早最广泛使用的压强单位)1mmHg＝133．322Pa•托(Torr)1Torr (＝ 1mmHg) ＝1atm/760 ＝133.322Pa（atm表示标准大气压，毫米汞柱与托在本质上是一回事，二者相等）• 巴(bar)1bar＝105 Pa=105N/m2=106达因/cm2=0.986923 atm• 1 kgf/cm2≈1atm (1atm=1.0333kgf/cm2)• 1 atm=760mmHg=0.1013MPa即1MPa约=10 atm(常用储气瓶满瓶压力约200atm)1.2真空区域的划分粗真空( 1×105--1×103 Pa )⏹低真空(1×103--1×10-1Pa)⏹高真空(1×10-1--1×10-6Pa)⏹超高真空(1×10-6--1×10-10Pa)⏹极高真空(＜1×10-10Pa)1.2.1粗真空（1×105--1×103 Pa）在粗真空状态下，气态空间的特性和大气差异不大，气体分子数目多，并仍以热运动为主，分子之间碰撞十分频繁，气体分子的平均自由程很短。
薄膜制备的真空技术基础
15/31 15/31
仅供学生学习参考，请勿扩散
薄膜材料与技术，授课教师：张卫华 2007
气体的流动状态和真空抽速
气体流动状态随气压、温度、种类、容器尺寸等不同而不同； 高真空中，气体分子的自由行程大约 50m，远远超过容器尺 寸，高真空中，主要为器壁碰撞。－分子流状态。 Kn<1 低真空中，气体分子间碰撞频繁，－粘滞流状态。 Kn>110 克努森准数界定： K n=D/λ， 式中：D－容器尺寸， λ－分子自由行程 粘滞流状态：低流速时，气体处于层流状态，高流速时，为紊流。 雷诺数界定：Re＝vdρ/η η>2200:紊流状态； η<1200:层流状态
m为一个分子的质量，T为气体的热力学温度， k为玻耳兹曼常量, 1.380662×10－23J·K－1 f(v)－分布在速率间隔 内的相对分子数
7/31
仅供学生学习参考，请勿扩散
薄膜材料与技术，授课教师：张卫华 2007
气体分子的平均速度（ R=NAK=8.314）：
M
最概然速度 :
M
方均根速度：
C C1 C2 Cn
17/31 17/31
仅供学生学习参考，请勿扩散
薄膜材料与技术，授课教师：张卫华 2007
真空泵抽速 抽速： S p Q P Q=C(P-Pp)=SpPp，
Sp C Pp C S p Pp S pC Q S P Pp ( S p C ) / C ) S p C P
M
1955 年美国哥伦比亚大学的密勒(ler) 和库什(P.Kusch)实验
8/31
仅供学生学习参考，请勿扩散
薄膜材料与技术，授课教师：张卫华 2007
小结 1．三种统计速率都反映了大量分子作热运动的统计规律，它们 都与温度 成正比，与分子质量 成反比，且 ，三 者之比为 。在室温下，对中等质量的分子 来说，三种速率数量级一般为每秒几百米。最概然速率最小，方 均根速率最大。 2．三种速率应用于不同问题的研究中。例如： ──用来计算分子的平均平动动能，在讨论气体压强和温度 的统计规律中使用。 ──用来讨论分子的碰撞，计算分子运动的平均距离，平均 碰撞次数等。 ──由于它是速率分布曲线中极大值所对应的速率，所以在 讨论分子速率分布时常被使用。 3. 不同气体分子的平均运动速度与 T/M的平方根成正比，在室 温下，空气分子的平均运动速度约为 460m/s
第一章 薄膜制备的真空技术基础
公式得到：
≈50nm。表明在常温常压下，气体分子的平均自由程是
极短的。
（2）由气体分子的平均自由程还可以求出其平均碰撞频率 =va/λ（常温常压时，va=460m/s）。所以常温常压下，每个 空气分子每秒内要经历1010次碰撞。运动轨迹并不是直线， 而是不断碰撞改变方向。
1.1 气体分子运动论的基本概念
*思考题：平均自由程在制膜中的重要作用？
答影响气体分子到达衬底的分子能量，能量对成膜结构质量有很多影响。 自由程小→碰撞多→气体分子能量↓→薄膜疏松、不致密
1.1 气体分子运动论的基本概念
3 . 气体分子的平均自由程----补充
（1） 在常温常压条件下，空气分子的有效截面直径d ≈0.5nm。
由T=298K，P=nKT(P=101325Pa），代入
1.1 气体分子运动论的基本概念
2 气体分子运动速度及其分布 (Maxwell分布）
真空容器中气体分子运动是混乱的。气体分子进行无规
则热运动的每一时刻，每个分子的运动速率有偶然性，然而，
对于大量气体分子而言，其速率分布遵循统计规律。
1.1 气体分子运动论的基本概念
2 气体分子运动速度及其分布 (Maxwell分布）
为（GB3163-82）：
低真空： 102Pa 中真空： 102~10-1Pa 高真空： 10-1~10-5Pa 超高真空： 10-5Pa
工业应用（包装） CVD沉积技术 溅射沉积技术 原子表面和界面分析
4. 真空及制膜设备
超高真空条件下，气体分子以在固体上吸附停留为主， 其它真空度时，气体分子以空间飞行为主。
2 气体分子运动速度及其分布 (Maxwell分布）
为了更深入地理解速率分布函数所表达的意义，以下图 H2和N2分子为例，对其速率分布进行了定量描述。
真空密封技术在半导体制造中的应用
真空密封技术在半导体制造中的应用近年来，随着信息技术的高速发展和对芯片性能的追求，半导体制造业成为了全球范围内的热门行业。
而在半导体制造过程中，真空技术则扮演了至关重要的角色。
真空技术被广泛应用于半导体生产中的各个环节，如晶圆制备、薄膜制备、电镀、化学气相沉积等等。
而在这里，我们将主要介绍真空密封技术在半导体制造中的应用。
所谓真空密封技术，是指通过对设备内空气的抽取，使得设备内部达到真空状态的一种技术手段。
一般而言，真空度高于10^-3 Pa的空间被称为真空状态。
一、真空密封技术在晶圆制备中的应用在半导体制造过程中，晶圆的制备是至关重要的。
而在晶圆的制备中，真空密封技术同样发挥了重要的作用。
在晶圆加工过程中，往往需要进行热处理、CNTs制备或其他物质沉积等过程。
而在这些过程中，必须保持设备内部的环境为真空状态。
除了晶圆加工外，晶圆的包装也需要真空密封技术的应用。
在晶圆包装的过程中，如果没有保持设备内部的环境为真空状态，晶圆可能会因为氧化等原因失效。
二、真空密封技术在薄膜制备中的应用另一个真空密封技术广泛应用于半导体制造的领域是薄膜制备。
薄膜技术在半导体制备中起到了非常重要的作用，而真空密封技术则更是实现薄膜均匀制备的关键步骤。
在薄膜制备过程中，一般利用物理气相沉积技术(PVD)和化学气相沉积技术(CVD)。
在这些过程中，必须维持设备内部形成真空状态，才能保证薄膜的制备质量。
三、真空密封技术在化学气相沉积中的应用化学气相沉积技术(CVD)是制备半导体薄膜的主要方法。
在CVD过程中，沉积物质在预先设定的反应条件下与气体反应，沉积到晶圆表面上。
如今，CVD技术已被广泛应用于硅片、电视显示器玻璃、太阳能电池板等。
实现CVD的关键是制备合适的反应器以及实现反应器的真空密封，以便在反应器内部形成真空状态，使所含气体分子与反应半导体表面时吸附不被干扰。
因此，半导体制备中的CVD技术必须配备真空密封技术。
总之，真空密封技术在半导体制造中的应用非常广泛。
真空技术在材料合成中的应用
真空技术在材料合成中的应用随着科技水平的不断提高，人们对于材料的要求也越来越高，尤其是在高新技术领域。
为了满足这些要求，科学家们不断地探索新的材料合成方法。
其中，真空技术作为一种前沿的技术手段，被广泛应用于材料的合成和加工。
一、真空技术简介真空技术是在高度真空的条件下进行工作的一种技术手段。
通常情况下，真空定义为气体压力低于0.01Pa或0.0001Pa。
真空技术常见的应用包括电子器件制造、材料合成、纳米技术、生物医学等领域。
二、真空技术在材料合成中的应用1. 熔融成型真空熔融成型是一种制备高质量单晶材料的方法。
在高真空条件下，将精制后的高纯度材料加热到熔点以上，再通过控制冷却速率来制备高质量的单晶材料。
这种方法应用广泛，已在半导体、光电、冶金等领域取得了很大的成功。
2. 蒸汽沉积真空蒸汽沉积是一种制备薄膜材料的方法。
它利用真空环境下物质的蒸发和沉积，制备出具有更优异性能的薄膜材料。
这种方法被广泛应用于太阳能电池、显示器件、光学设备等领域。
3. 化学气相沉积化学气相沉积是一种利用化学反应在高真空条件下制备材料的方法。
通过控制沉积温度和反应气体流量，可以得到各种复杂的薄膜、粉末和多晶材料。
该方法在金属薄膜、有机材料和无机氧化物材料等领域应用广泛。
4. 离子束沉积离子束沉积是一种利用离子束能量和荷质比在高真空条件下制备材料的方法。
离子束可在材料表面形成纳米结构，从而实现材料性质的定制化，如抗磨损、耐腐蚀等性质。
该方法在制备超硬材料、自组装薄膜和纳米结构等方面具有潜在的应用前景。
三、真空技术在材料合成中的优势相比于传统的化学合成方法，真空技术在材料合成中具有以下优势：1. 无氧条件高真空环境下没有氧气等有害气体，能够有效地防止材料的氧化和污染，提高材料的纯度。
2. 低温制备真空技术在制备高质量薄膜材料时可以采用低温制备方法，减少材料的晶格缺陷和杂质，并能提高材料的压电响应、光学性质等性能。
3. 精确控制真空技术下材料的制备和加工过程可以被精确控制，从而得到具有良好一致性的材料。
真空技术在材料制备中的应用研究
真空技术在材料制备中的应用研究一、引言随着科技的快速发展，材料制备的发展也越来越快速。
真空技术是材料制备中常用的一种实验手段，它最早被用于电子器件中，然而在材料制备中的应用也日趋广泛。
本文将介绍在材料制备中真空技术的应用研究。
二、真空技术真空技术是利用真空作为实验条件，从而对材料进行制备的一种手段。
在空气中进行制备很容易遇到很多问题，例如杂质、水分等的污染。
而将实验环境变成真空的话就可以避免以上事情的出现。
由此也可以看出，在材料制备过程中真空技术的应用有着非常显著的优势。
三、离子注入离子注入是一种利用离子束对材料进行注入的技术。
它是一种灵活的材料制备技术，具有很好的化学和物理性能控制能力。
离子注入是典型的一个真空设备应用，如离子枪和离子注入设备等。
离子注入的原理是，材料表面被离子轰击后，离子进入了它们的结构中，并增加了材料的原子和分子。
这个过程可以产生氧化物，通过化学反应进行改变，以及产生缺陷。
因此，离子注入可以被用于处理材料的表面，以及增加材料的性能。
四、薄膜制备薄膜制备是利用真空技术对材料表面进行涂覆的一种方法。
这种方法可以制备出非常连续的、高质量的薄膜，它们可以用在涂层、集成电路和太阳能电池等多种领域。
薄膜制备一般使用物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）等技术。
薄膜制备的原理是，将气态或液态材料加热之后，以一定的速度喷射到被涂物上，形成一层均匀的薄膜。
这种方法有着极高的生产效率、制备速度和良好的精度。
五、真空热处理真空热处理是材料制备的重要工艺步骤之一，它可以大大提高材料结构的稳定性和耐高温性。
真空热处理的原理是，在真空环境中改变材料的组成、性质和形状。
此外，也可以通过改变真空环境的压强、温度、时间等参数，来改变材料的性能。
真空热处理的主要步骤包括加热、冷却、压缩、回火等。
这些步骤可以根据需求进行组合，以达到不同的处理效果。
真空热处理被广泛应用于材料制备中的硬质合金、轴承、工具钢等领域。
真空气相沉积法
真空气相沉积法
真空气相沉积法（Vacuum Chemical Vapor Deposition，简称
V-CVD）是一种化学气相沉积技术，常用于制备薄膜材料。
它基于在真空环境中将气态前驱物转化为固态材料的原理。
V-CVD的工作原理是将气态前驱物加热至升华温度，生成气
态分子。
然后将气态分子输送到待涂层的基底材料表面，在表面上发生化学反应，并生成固态薄膜。
在此过程中，因为真空环境中没有气体分子来扩散或干扰反应，因此可以获得高纯度、良好质量的薄膜。
V-CVD可以用于制备各种材料的薄膜，例如金属、半导体、
陶瓷等。
它广泛应用于微电子、光电子、光伏、光学涂层等领域。
与其他气相沉积技术相比，V-CVD具有以下优点：
1. 可以在较低的温度下实现沉积，从而减小基底材料的热膨胀和变形风险。
2. 真空环境下没有气体分子的干扰，可以获得高质量、低杂质的薄膜。
3. 可以通过控制气态前驱物的供应速率和反应温度等参数来控制薄膜的成分和结构。
然而，V-CVD也存在一些局限性，如设备复杂、成本高昂、
需要高真空环境等。
另外，由于反应发生在真空中，无法应用于大规模材料制备。
尽管如此，V-CVD仍然是一种重要的薄
膜制备技术，为许多领域的研究和应用提供了重要的支持。
薄膜制备的真空技术基础
真空应用技术
将真空技术应用于各个领域，如电子、冶金、化 工、航空航天等。
02
真空镀膜技术
真空蒸发镀膜
总结词
真空蒸发镀膜是一种基于加热蒸发材料的镀膜技术，通过将材料加热至熔融状态 ，然后在真空中蒸发并凝结在基材表面形成薄膜。
详细描述
在真空蒸发镀膜过程中，蒸发源可以是电阻加热、电子束加热或激光加热等。蒸 发材料在高温下升华或熔化，然后在基材表面凝结形成薄膜。该技术适用于制备 金属、非金属、化合物等薄膜材料，具有操作简单、成膜速度快等优点。
磁控溅射镀膜
总结词
磁控溅射镀膜是一种基于溅射现象的镀膜技术，通过在真空 环境中利用磁场控制带电粒子轰击靶材表面，使靶材原子或 分子从表面溅射出来并在基材表面沉积形成薄膜。
详细描述
磁控溅射镀膜技术具有高沉积速率、高附着力、高纯度等优 点，广泛应用于制备各种金属、非金属、化合物等薄膜材料 。该技术可以通过改变工艺参数和靶材种类来控制薄膜的成 分和性能。
技术挑战
需要解决制备过程中材料的选择、成膜机制、界面反应等问题，以确 保获得高性能的薄膜。
低成本高效制备技术
总结词
详细描述
低成本高效制备技术是未来薄膜制备的重 要发展方向。
随着市场对薄膜材料需求的增加，低成本 高效制备技术将有助于降低生产成本，提 高生产效率，满足大规模应用的需求。
发展趋势
技术挑战
详细描述
通过优化真空系统的气体成分和压力，可以改变薄膜与 基材之间的相互作用，从而提高附着力。此外，对基材 进行适当的预处理，如清洗、表面活化等，也有助于增 强附着力。
薄膜性能优化
总结词
优化薄膜性能是薄膜制备的最终目标，涉及多个方面 。
真空溅射的原理
真空溅射的原理
真空溅射是一种常用的薄膜制备技术，主要用于在基底表面沉积均匀、致密、附着力良好的薄膜。
其原理基于靶材表面的原子或分子在真空条件下被激发，从而将其喷射到基底表面上形成薄膜。
在真空溅射过程中，需要使用真空室将气体抽取至低压状态，以减少空气分子的碰撞对靶材和沉积薄膜的影响。
靶材放置在真空室内的靶架上，通过直流或射频电源施加电压，使靶材带有负电荷。
在电场的作用下，靶材表面的原子或分子被加速并被激发至高能态。
这些高能态的原子或分子有可能发生碰撞并散射，最终有些会到达基底表面，并在那里沉积下来形成薄膜。
在真空溅射过程中，还要使用一个衬底来接收被溅射到基底表面上的靶材原子或分子。
衬底通常是放置在与靶材相对的位置，而且需要被精心选择，以确保沉积薄膜的质量和性能。
真空溅射技术具有一些优点，如制备薄膜的成本较低、可实现多种材料的沉积以及薄膜的厚度和成分可以通过控制靶材和衬底的距离、电压和沉积时间进行调节。
它被广泛应用于电子器件、太阳能电池、光学薄膜以及装饰涂层等领域。
举例说明薄膜制备的几种方式及特点
薄膜制备是一种常见的工程技术，可以用于制备各种材料的薄膜，包括聚合物、金属和无机物等。
在实际应用中，薄膜制备的方式有很多种，每种方式都有其特点和适用范围。
本文将举例说明薄膜制备的几种常见方式及其特点，以便读者更好地了解薄膜制备技术。
一、溶液旋涂法溶液旋涂法是一种常用的薄膜制备方式，其原理是将制备材料溶解于适当的溶剂中，然后将溶液滴在旋转的基板上，通过离心力将溶液甩到基板上形成薄膜。
该方法具有以下特点：1. 简单易行，无需复杂的设备。
2. 可以制备较大面积的薄膜。
3. 适用于制备柔性基板上的薄膜。
然而，溶液旋涂法的缺点也很明显，例如溶液的浓度和旋转速度对薄膜质量的影响比较大，且薄膜厚度不易控制。
二、真空蒸发法真空蒸发法是一种常见的薄膜制备方式，其原理是将制备材料加热至蒸发温度，然后在真空条件下蒸发到基板表面形成薄膜。
该方法具有以下特点：1. 可以制备高纯度的薄膜。
2. 薄膜的厚度和组分可以精确控制。
3. 适用于制备高要求的光学薄膜和导电薄膜。
但真空蒸发法也存在一些问题，例如对制备材料的纯度要求较高，设备成本较高，且只能制备较小面积的薄膜。
三、喷雾法喷雾法是一种以喷雾技术为基础的薄膜制备方式，其原理是将制备材料溶解于适当的溶剂中，通过气雾喷射技术将溶液喷洒到基板上形成薄膜。
该方法具有以下特点：1. 可以制备均匀性较好的薄膜。
2. 适用于大面积薄膜的制备。
3. 可以制备复杂结构的薄膜。
喷雾法的缺点主要在于薄膜的厚度控制较难，且溶液浓度和喷雾条件对薄膜质量有较大影响。
四、离子束溅射法离子束溅射法是一种以物理气相沉积过程为基础的薄膜制备方式，其原理是利用离子束轰击靶材，使靶材表面蒸发形成薄膜。
该方法具有以下特点：1. 薄膜的成分均匀，密度高。
2. 可以制备复杂结构的薄膜。
3. 适用于制备高温材料的薄膜。
离子束溅射法的缺点在于设备成本较高，且只能制备较小面积的薄膜。
五、激光熔化法激光熔化法是一种以激光为能量源的薄膜制备方式，其原理是利用激光对基板上的薄膜进行加热，使薄膜融化后再凝固形成新的薄膜。
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
真空与薄膜技术
1 4 nva
赫兹－克努曾公式
平均速率 气体分子密度
va
8kT
m
8RT
M
n 7.21022 P (m-3 ) T
2.稀薄气体的基本性质
20℃空气中，撞击固体表面的气体分子在表面形成单分子层（设定1015个 分子）所需要的时间，取氮气：
一个分子在离开其表面时，处于立体角dω中的几率为
dp
dp d cos
意义：
分子在固体表面上要停留一定的时间，这是气体分子能够与固体进行能量交换 和动量交换的先决条件.
它揭示了固体表面对气体分子作用的另一个方面，即分子原有的方向性彻底 “消除”，均按余弦定律散射。
2. 稀薄气体的基本性质
真空度对薄膜质量的影响
• 化学气相沉积 (CVD)，包含原子 层沉积(ALD)
原子层的晶体生长“世界”与自然世界的比拟
Natural World
“Atomic-World”
target
Cloud
Hale Waihona Puke f (υ) 4M
3 2
υ2e
Mυ2 2 RT
π 2RT
气体分子的速度分布只 取决于 M/T
M：气体分子的相对原子质量 T： 热力学温度 R：气体常数
2. 稀薄气体的基本性质
1. 最可几速率（速率极大值）
vm
2kT m
2RT 1.41 RT
M
M
2. 平均速率 （用于计算分子运动的平均距离）
va
8kT
m
8RT 1.59 RT
M
M
平均速率的计算公式:
薄膜物理总结
一．薄膜制备的真空技术基础：薄膜制备方法物理方法：热蒸发法 溅射法 离子镀方法化学方法：电镀方法 化学气相生长法1,气体分子的平均自由程：气体分子在两次碰撞的间隔时间里走过的平均距离。
21d n πλ= d — 气体分子的有效截面直 2,单位面积上气体分子的通量：气体分子对于单位面积表面的碰撞频率。
3,流导：真空管路中气体的通过能力。
分子流气体：流导C 与压力无关，受管路形状影响，且与气体种类、温度有关。
4,真空泵的抽速: p — 真空泵入口处气体压力Q — 单位时间内通过真空泵入口处气体流量5,真空环境划分：低真空> 102 Pa中真空102 ~ 10-1 Pa高真空10-1 ~ 10-5 Pa超高真空< 10-5 Pa低压化学气相沉积：中、低真空（10~ 100Pa ）;溅射沉积： 中、高真空（10-2 ~ 10Pa ）;真空蒸发沉积： 高真空和超高真空（<10-3 Pa ）;电子显微分析： 高真空;材料表面分析： 超高真空。
6,气体的流动状态:分子流状态：在高真空环境下，气体的分子除了与容器壁外,几乎不发生气体分子间的相互碰撞。
特点：气体分子平均自由程大于气体容器的尺寸或与其相当。
（高真空薄膜蒸发沉积系统、各种材料表面分析仪器）粘滞流状态：当气压较高时，气体分子的平均自由程很短，气体分子间的相互碰撞较为频繁。
粘滞流状态的气体流动模式：层流状态：低流速黏滞流所处的气流状态，即气体宏观运动方向与一组相互平行的流线相一致。
紊流状态：高流速黏滞流所处的气流状态，气体不再能够维持相互平行的层状流动模式，而呈现出一种旋涡式的流动模式。
克努森（Knudsen）准数:分子流状态Kn＜1过渡状态Kn＝1~100粘滞流状态Kn ＞ 1007,旋片式机械真空泵工作原理：玻意耳-马略特定律（PV=C）即：温度一定的情况下，容器的体积和气体压强成反比。
性能参数：理论抽速Sp：单位时间内所排出的气体的体积。
真空技术与薄膜制备
沈阳航空航天大学真空技术与薄膜制备94140201 班2009041402013丁梓峰超疏水膜及自组装薄膜的制备与表征的研究现状超疏水膜的基础理论研究始20 世纪50年代，盛于90 年代，一般将与水接触角大于120°的膜称为超疏水膜，也有将大于150°的膜称为超疏水膜之说。
有机物表面润湿性能是由固体表面原子及其堆积态所决定，与其内部组成及分子排布无关。
随着超疏水膜理论日臻成熟，研究证实超疏水膜主要由材料表面的化学结构、聚集态、表面形貌、微构造协同作用所决定。
Girifalco 等在其研究中证实，自然界中理想表面与水最大接触角必须由具有最低表面能的材料产生。
他通过在极性固体表面上沉积上一层由全氟十二烷酸组成的单分子膜，获得了具有最低表面能的表面，其表面完全由—CF3 铺满，表面能很小，理论计算出该表面与水接触角为120°。
因而人们在研究超疏水表面时，首先进行了低表面能材料的合成研究，硅氧烷及含氟材料受到了研究人员的青睐。
硅氧烷及含氟材料是自然界所有物质中已知表面能最低的两种材料，是获得超疏水膜的首选材料之一。
由于含氟材料的表面能比硅氧烷的低，具备其他材料所没有的独特性能。
Hozumoi 利用化学气相沉积(CVD)方法，通过控制气体压力和底材的温度以使含氟材料等的表面粗糙度控制在9. 4〜60. 8 nm,在表面上接氟硅材料，生成了透明的超疏水膜。
进一步研究发现，膜表面具有相同的化学成分和聚集方式，当其表面物理形貌微构造发生变化时，其疏水性能有较大的差异，显然即使粗糙度相似的表面，其表面形貌微构造会有较大的差异，会对膜的疏水性产生的影响也会有较大的差异，为此，科学家们对超疏水膜的形貌微构造进行了较详尽的研究，并试图控制形貌微构造，获得综合性能优异的超疏水膜。
膜的制备技术主要有LB法、自组装薄膜法(SAMs)溶胶一凝胶法等。
十九世纪八十年代左右PockelS最早提出在水面上铺展活性剂单分子层的技术。
薄膜制备的真空技术基础
01
分子流状态：在高真空环境下，气体的分子除了
02
与容器壁碰撞以外，几乎不发生气体分子间的相
03
互碰撞。
04
特点：气体分子平均自由程大于气体容器的尺寸
05
或与其相当。（高真空薄膜蒸发沉积系统、各种
06
材料表面分析仪器）
07
粘滞流状态：当气压较高时，气体分子的平均自
08
由程很短，气体分子间的相互碰撞较为频繁。
涡轮分子泵★ 工作原理： 高速旋转的叶片（2000-3000r/min）将动量传给气体分子，并使其向特定方向运动。 特点：压缩比高（氮气 109，氢气 103），无油。 适用范围：1~10-8 Pa
工作原理：
低温吸附泵
薄膜制备的真空技术基础
*
依靠气体分子在低温条件下自发凝结或被其他物质表面吸附而获得高真空。
薄膜制备的真空技术基础
*
设：回流量Qp，
令Q=0，极限真空度
实际抽速
流量相等
压力随时间的变化规律
t=0时的真空度
1.3 真空泵简介
薄膜制备的真空技术基础
*
01
03
02
旋片式机械真空泵★
薄膜制备的真空技术基础
*
工作原理： 依靠安置在偏心转子中的可以滑进滑出的旋片将气体隔离、压缩，然后排出泵体之外。
Back
本章小结
薄膜制备的真空技术基础
*
1
概念：平均自由程，通量，流导，抽速
2
真空的划分， 气体流动状态的划分（克努森准数Kn）
3
真空泵的工作原理及适用范围 （旋片式机械真空泵、涡轮分子泵、溅射离子泵）
4
真空计的工作原理及适用范围 （热偶真空规、电离真空规）
- 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)。
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。