功能薄膜材料

1、功能薄膜材料功能薄膜材料 薄膜制備技術(shù)薄膜制備對(duì)于整個(gè)薄膜材料而言的重要性由此可見。薄膜制備方法 物理法物理氣相沉積 化學(xué)方法化學(xué)氣相沉積 物理氣相沉積方法(PVD法) 定義：定義：是指通過蒸發(fā)或?yàn)R射蒸發(fā)或?yàn)R射等物理方法提供部分或全部的氣相反應(yīng)物；經(jīng)過傳輸過程傳輸過程在基體上沉沉積成膜積成膜的制備方法。其基本過程有氣相物質(zhì)的提供、傳輸及其在基體氣相物質(zhì)的提供、傳輸及其在基體上的沉積上的沉積。 分類：分類：按照氣相物質(zhì)產(chǎn)生的方式可大致分為:蒸發(fā)鍍(真空蒸發(fā)和電子束蒸發(fā))、濺射鍍(真流濺射、射頻濺射與離子束濺射)與離子鍍。真空蒸發(fā)鍍膜真空蒸發(fā)鍍膜 定義：定義：是在真空條件下，加熱蒸發(fā)物質(zhì)使之氣化并

2、淀積在基片表面形成固體薄膜。工藝條件工藝條件 熱的蒸發(fā)源：提供能量使靶材氣化； 冷的基片：使氣相粒子凝聚固化； 真空環(huán)境：1)防止在高溫下因空氣分子和蒸發(fā)源發(fā)生反應(yīng),生成化合物而使蒸發(fā)源劣化,2)防止因蒸發(fā)物質(zhì)的分子在鍍膜室內(nèi)與空氣分子碰撞而阻礙蒸發(fā)分子直接到達(dá)基片表面（當(dāng)真空度達(dá)到一定程度時(shí)，空氣稀薄到氣體分子平均自由程大于靶材與基片間的距離）.避免在途中生成化合物或蒸發(fā)分子間的相互碰撞而在到達(dá)基片之前就凝聚；3)在基片上形成薄膜的過程中,防止空氣分子作為雜質(zhì)混入膜內(nèi)或者在薄膜中形成化合物物理過程物理過程 以熱能轉(zhuǎn)換方式，使鍍膜材料粒子蒸發(fā)或升華，成為具有一定能量的氣態(tài)粒子(原子，分子，原子

3、團(tuán))； 氣態(tài)粒子通過基本上無碰撞的直線運(yùn)動(dòng)方式傳輸?shù)交w； 粒子淀積在基體表面上并凝聚成薄膜。設(shè)備設(shè)備 真空鍍膜室真空鍍膜室和真空抽氣系統(tǒng)濺射鍍膜濺射鍍膜 定義：定義：以一定能量的粒子（離子或中性原子、分子）轟擊固體表面，使固體近表面的原子或分子獲得足夠大的能量而最終逸出固體表面的工藝。濺射只能在一定的真空狀態(tài)下進(jìn)行。生活中的關(guān)聯(lián)體驗(yàn) 雨后，如果我們走在磚塊砌的馬路上，磚塊松動(dòng)下面有泥漿，你一腳踩上去，會(huì) 有 漿 體 噴 射 出 來 ；原理原理 電子在電場的作用下加速飛向基片的過程中與氬原子發(fā)生碰撞，電離出大量的氬離子和電子； 由于靶材是陰極，而基片是陽極，因此在電場作用下電子飛向基片，氬離子

4、加速轟擊靶材，濺射出大量的靶材原子；呈中性的靶原子（或分子）沉積在基片上成膜。圖示濺射過程濺射用的轟擊粒子通常是帶正電荷的惰性氣體離子(氬離子)。氬離子在電場加速下獲得動(dòng)能轟擊靶極。 5ev時(shí),僅對(duì)靶極最外表層產(chǎn)生作用，主要使靶極表面原來吸附的雜質(zhì)脫附； 靶極原子的結(jié)合能(約為靶極材料的升華熱)時(shí)，引起靶極表面的原子遷移，產(chǎn)生表面損傷； E大于靶極材料升華熱的四倍時(shí)，原子被推出晶格位置成為氣相逸出而產(chǎn)生濺射。對(duì)于大多數(shù)金屬，濺射閾能約為1025電子伏。離子鍍 定義：離子鍍膜法將真空蒸發(fā)和濺射工藝相結(jié)合，利用濺射對(duì)襯底作清潔處理，用蒸發(fā)的方法鍍膜。襯底置于陰極，它與蒸發(fā)源之間加數(shù)百伏以至數(shù)千伏的

5、高壓電，放電氣壓為1010-2帕。蒸發(fā)源通過熱絲加熱進(jìn)行蒸發(fā),部分蒸發(fā)分子與放電氣體分子成一定比例，在強(qiáng)電場作用下激發(fā)電離并加速向襯底轟擊，而大部分中性蒸發(fā)分子不經(jīng)加速而到達(dá)襯底。 方法工件電性沉積原理及特點(diǎn)沉積粒子能量膜層密度附著力制膜速度真空蒸鍍不帶電鍍料加熱蒸發(fā)，沉積粒子能量由加熱溫度決定0.1-1低低高濺射鍍膜基體靶材_電子在電場作用下加速并與氬氣發(fā)生碰撞引起氬原子電離，氬離子在電場作用下向靶材加速，以高能態(tài)轟擊靶材產(chǎn)生氣態(tài)濺射，沉積粒子能量由氬離子能量決定1-10大較好低離子鍍基體_靶材氬離子對(duì)基體表面進(jìn)行清潔，蒸發(fā)氣體部分電離后在基體表面沉積，沉積粒子能量由兩極電壓決定0.1-1高

6、好中等濺射鍍膜的優(yōu)點(diǎn)濺射鍍膜的優(yōu)點(diǎn)不受靶材熔點(diǎn)限制，尤其適用于高熔點(diǎn)薄膜進(jìn)行濺射。濺射膜與基體之間的附著性好。由于濺射原子的能量比蒸發(fā)原子的能量高12個(gè)數(shù)量級(jí)，因此，高能粒子沉積在基體上可通過能量轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生較高的熱能，從而增強(qiáng)了濺射原子與基體的附著力（消除因熱應(yīng)力產(chǎn)生的剝離）。特別是濺射離子鍍工藝中，一部分高能量的濺射原子將產(chǎn)生不同程度的注入現(xiàn)象，可在基界面上形成一層濺射原子與基體材料原子相互“混溶”的所謂偽擴(kuò)散層（消除結(jié)構(gòu)應(yīng)力）。此外，在濺射粒子的轟擊過程中，基體始終處于等離子區(qū)中被清洗和激活，不但清除了附著不牢的沉積原子，而且還可以凈化且活化基體表面。因此，使得濺射膜層與基體的附著力大大增強(qiáng)。濺射鍍膜密度大，針孔少，膜層的純度較高，而且在濺射鍍膜過程中，不存在真空蒸鍍時(shí)無法避免的坩堝污染現(xiàn)象?；瘜W(xué)氣相沉積 定義：定義：它是指把含有構(gòu)成薄膜元素的一種或幾種化合物、單質(zhì)氣體供給基片,借助氣相的作用或在基片上發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)生成所需要的膜。成膜過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。CVD法中常見的反應(yīng)方式及特點(diǎn) 其他制膜方法：sol-gel定義 是指把金屬有機(jī)或無機(jī)