薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)

材料物理制備基礎(chǔ)薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁(yè)!材料物理制備基礎(chǔ)薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁(yè)!二、薄膜的物理氣相沉積2、脈沖激光沉積法三、薄膜的化學(xué)氣相沉積1、薄膜的蒸鍍法3、薄膜的濺射沉積一、薄膜基礎(chǔ)知識(shí)薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁(yè)!極超薄膜薄膜100pm10nm1m1001nm100nm10超薄膜半反射用金屬膜單原子層薄膜光磁紀(jì)錄膜超導(dǎo)薄膜太陽(yáng)能電池非晶硅薄膜電極鏡用金屬膜透鏡保護(hù)膜工具保護(hù)膜薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁(yè)!i）通常的薄膜是多晶的（外延生長(zhǎng)---單晶）結(jié)晶生長(zhǎng)主要是由在襯底表面核的形成和原子的擴(kuò)散起主導(dǎo)作用，通常襯底溫度較低所以晶粒較小。晶粒大小幾nm~幾m與塊材相比是極小的；由于原子擴(kuò)散不足，薄膜生長(zhǎng)時(shí)引入了很多晶格缺陷。薄膜生長(zhǎng)時(shí)受到襯底的影響，容易形成垂直于襯底的細(xì)長(zhǎng)柱狀晶體。薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁(yè)!薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁(yè)!iii）光學(xué)特性：反射率隨薄膜表面形態(tài)顯著變化；表面平滑的薄膜比拋光后的塊材有更高的反射率；可見(jiàn)光可以透過(guò)厚度小于50nm的金屬薄膜和帶寬小的半導(dǎo)體薄膜。由于薄膜的缺陷多，比塊材的密度要小，所以薄膜的折射率比塊材要小。光的干涉較強(qiáng)，因此很容易觀測(cè)到薄膜上的干涉條紋。薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁(yè)!v）機(jī)械性能：硬度比塊材大的很多；由于薄膜中晶粒較小且晶格中缺陷多，薄膜內(nèi)部的應(yīng)力大，表面張力大，所以薄膜的硬度比塊材要大很多。薄膜的熱膨脹系數(shù)如果與襯底的熱膨脹系數(shù)相差很大，加上薄膜的內(nèi)部應(yīng)力大，薄膜與襯底的附著強(qiáng)度小時(shí)薄膜會(huì)逐漸從襯底上剝離下來(lái)，或裂開(kāi)。薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁(yè)!薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁(yè)!vi）化學(xué)性質(zhì)：耐腐蝕性能低；由于薄膜中晶粒較小，晶界多，且晶格中缺陷多，耐腐蝕性能低。對(duì)于非晶的薄膜由于沒(méi)有晶界，所以耐腐蝕性能好。薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁(yè)!氣相中形成半徑為r的球狀固相或液相核時(shí)體系自由能的改變：--原子的體積；Δ--一個(gè)原子由氣相變?yōu)楣滔嗷蛞合嘁鸬淖杂赡艿慕档?；α—比界面能；?xiàng)---形成體積為4πr3/3的晶核引起的自由能的降低；第二項(xiàng)---形成面積為4πr2的界面引起的自由能的升高；薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁(yè)!異相外延（A原子在B襯底上外延）AB鍵能大于AA鍵能時(shí)逐層生長(zhǎng)有利，襯底晶格與薄膜晶格匹配良好，薄膜一般是單晶或和襯底有確定取向關(guān)系；AA鍵能顯著大于AB鍵能時(shí)，島狀生長(zhǎng)有利。襯底晶格與薄膜晶格很不匹配時(shí)，薄膜是多晶的，和襯底無(wú)取向關(guān)系。同向外延（A原子在A襯底上外延）最穩(wěn)定的生長(zhǎng)模式是單層生長(zhǎng)層狀+島狀生長(zhǎng)模式發(fā)生在AB鍵能大于AA鍵能，但是層狀生長(zhǎng)后，A原子層橫向鍵長(zhǎng)由于受到襯底的約束被拉長(zhǎng)或被壓縮繼續(xù)二維生長(zhǎng)時(shí)應(yīng)變能顯著加大，不得不轉(zhuǎn)為三維島狀生長(zhǎng)。薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁(yè)!SEM觀察BST薄膜形貌薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁(yè)!SEM觀察BST薄膜形貌薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁(yè)!用AFM觀察AZO薄膜的表面形貌薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁(yè)!第四講薄膜的制備一、薄膜基礎(chǔ)知識(shí)1、薄膜的特征1）制作方法：由液相、氣相（原子、分子、離子）在襯底上凝結(jié)而成。2）尺度：從單層原子（0.3~4nm)到數(shù)10m厚度的平板狀物質(zhì)。極超薄膜薄膜100pm10nm1m1001nm100nm10超薄膜薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁(yè)!3）薄膜的物性i）通常的薄膜是多晶的（外延生長(zhǎng)單晶）晶粒大小------幾nm~幾m與塊材相比是極小的；ii)薄膜的電阻比塊材大很多；iii）光學(xué)特性：反射率隨薄膜表面形態(tài)顯著變化；iv）熱傳導(dǎo)性較小；v）機(jī)械性能：硬度比塊材大的很多；vi）化學(xué)性質(zhì)：耐腐蝕性能低下；薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁(yè)!SEM觀察BST薄膜形貌薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁(yè)!ii)薄膜的電阻比塊材大很多；由于晶粒小，晶界多，晶格的缺陷多，對(duì)電子的散射強(qiáng)。由于膜厚小于電子的平均自由程，表面的散射顯著，這些都導(dǎo)致薄膜的電阻大于塊材的電阻。由于同樣的原因，渦電流也較小。薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁(yè)!iv）熱傳導(dǎo)性較??；薄膜內(nèi)部的應(yīng)力大，對(duì)聲子的散射也就較強(qiáng)，所以，薄膜本身的熱傳導(dǎo)性較小。但是，由于通常襯底的熱傳導(dǎo)較好，金屬或半導(dǎo)體薄膜通電流的情況下，焦耳熱的散發(fā)比塊材要快，因此臨界電流也較大。薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁(yè)!SEM觀察BST薄膜形貌薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁(yè)!SEM觀察DLC薄膜形貌薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁(yè)!2、薄膜的形成過(guò)程

在一般薄膜生長(zhǎng)的條件下，從氣相沉積到襯底的原子會(huì)在襯底上相互聚集在一起成核長(zhǎng)大。成核長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自固相自由能比氣相自由能低，氣相的飽和度越高，自由能的降低越大。晶核的表面和界面能使自由能升高。這兩個(gè)因素使晶核的自由能先隨核的增大上升，到達(dá)峰值后隨核的增大減小。薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁(yè)!對(duì)于立方晶體：成核率（單位時(shí)間單位氣相體積內(nèi)成核數(shù)）和獲得成核功的概率成正比、即和成正比薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁(yè)!被粘附徙動(dòng)原子團(tuán)成核長(zhǎng)大粒子島原子反彈離解迷津結(jié)構(gòu)連續(xù)膜島狀生長(zhǎng)過(guò)程：薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第2