薄膜材料與薄膜技術(shù)據(jù)說能看

薄膜材料與薄膜技術(shù)據(jù)說能看第1頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月薄膜制備的真空技術(shù)基礎(chǔ)1薄膜制備的化學(xué)方法2薄膜的生長過程和薄膜結(jié)構(gòu)4課程主要內(nèi)容薄膜材料的表征方法53薄膜制備的物理方法第2頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月主要參考書123唐偉忠，薄膜材料制備原理、技術(shù)及應(yīng)用（第2版），冶金工業(yè)出版社，2003；田民波，李正操，薄膜技術(shù)與薄膜材料，清華大學(xué)出版社，2011；蔡珣，石玉龍，周建，現(xiàn)代薄膜材料與技術(shù)，華東理工大學(xué)出版社，2007；第3頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月教學(xué)形式及考核12分成5個小組，每組4人共同完成一篇課程論文；針對特定內(nèi)容，每人一次口頭報告（10分鐘）英文文獻閱讀：每人針對一種薄膜制備方法查找一篇文獻，翻譯后講解；3出勤情況和平時成績（包括課堂討論、課程論文）占20％；第4頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月薄膜的定義12什么是“薄膜”（thinfilm），多“薄”的膜才算薄膜？“涂層”（coating）、“層”（layer）、“箔”（foil）有相同的意義，但有時又有些差別。第5頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月薄膜材料的分類12化學(xué)組成：無機膜、有機膜、復(fù)合膜；相組成：固體薄膜、液體薄膜、氣體薄膜、膠體薄膜；3晶體形態(tài)：單晶膜、多晶膜、微晶膜、納米晶膜、超晶格膜等。第6頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月薄膜材料的分類4薄膜的功能及其應(yīng)用領(lǐng)域：電學(xué)薄膜、光學(xué)薄膜、硬質(zhì)膜、耐蝕膜、潤滑膜、有機分子薄膜、裝飾膜、包裝膜①半導(dǎo)體器件與集成電路中使用的導(dǎo)電材料與介質(zhì)薄膜材料：Al、Cr、Pt、Au、多晶硅、硅化物、SiO2、Si3N4、Al2O3等的薄膜。②超導(dǎo)薄膜：特別是近年來國外普遍重視的高溫超導(dǎo)薄膜，例如YBaCuO系稀土元素氧化物超導(dǎo)薄膜以及BiSrCaCuO系和TlBaCuO系非稀土元素氧化物超導(dǎo)薄膜。③薄膜太陽能電池：特別是非晶硅、CuInSe2和CdSe薄膜太陽電池。

電學(xué)薄膜第7頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月薄膜材料的分類光學(xué)薄膜①減反射膜

例如照相機、幻燈機、投影儀、電影放映機、望遠鏡、瞄準(zhǔn)鏡以及各種光學(xué)儀器透鏡和棱鏡上所鍍的單層MgF2薄膜和雙層或多層（SiO2、ZrO2、Al2O3、TiO2等）薄膜組成的寬帶減反射膜。②反射膜

例如用于民用鏡和太陽灶中拋物面太陽能接收器的鍍鋁膜；用于大型天文儀器和精密光學(xué)儀器中的鍍膜反射鏡；用于各類激光器的高反射率膜（反射率可達99%以上）等等。第8頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月薄膜材料的分類硬質(zhì)膜、耐蝕膜、潤滑膜①硬質(zhì)膜

用于工具、模具、量具、刀具表面的TiN、TiC、TiB2、(Ti,

Al)N、Ti(C,

N)等硬質(zhì)膜，以及金剛石薄膜、C3N4薄膜和c-BN薄膜。②耐蝕膜

用于化工容器表面耐化學(xué)腐蝕的非晶鎳膜和非晶與微晶不銹鋼膜；用于渦輪發(fā)動機葉片表面抗熱腐蝕的NiCrAlY膜等。③潤滑膜

使用于真空、高溫、低溫、輻射等特殊場合的MoS2、MoS2-Au、MoS2–Ni等固體潤滑膜和Au、Ag、Pb等軟金屬膜。

第9頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月薄膜材料的分類有機分子薄膜有機分子薄膜也稱LB（Langmuir-Blodgett）膜，它是有機物，如羧酸及其鹽、脂肪酸烷基族和染料、蛋白質(zhì)等構(gòu)成的分子薄膜，其厚度可以是一個分子層的單分子膜，也可以是多分子層疊加的多層分子膜。多層分子膜可以是同一材料組成的，也可以是多種材料的調(diào)制分子膜，或稱超分子結(jié)構(gòu)薄膜。第10頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月薄膜材料的分類裝飾膜、包裝膜①

廣泛用于燈具、玩具及汽車等交通運輸工具、家用電氣用具、鐘表、工藝美術(shù)品、“金”線、“銀”線、日用小商品等的鋁膜、黃銅膜、不銹鋼膜和仿金TiN膜與黑色TiC膜。②用于香煙包裝的鍍鋁紙；用于食品、糖果、茶葉、咖啡、藥品、化妝品等包裝的鍍鋁滌綸薄膜；用于取代電鍍或熱涂Sn鋼帶的真空鍍鋁鋼帶等。

第11頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月薄膜材料的分類本課程的討論對象是什么？具有結(jié)構(gòu)/功能特性的固態(tài)薄膜（thinsolidfilms）！第12頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月真空與薄膜材料與技術(shù)有何關(guān)系？一、真空技術(shù)基礎(chǔ)薄膜材料制備技術(shù)的基礎(chǔ)！第13頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月典型薄膜制備系統(tǒng)構(gòu)成一、真空技術(shù)基礎(chǔ)第14頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月真空的基本知識一、真空技術(shù)基礎(chǔ)相對真空：利用外力將一定密閉空間內(nèi)的氣體分子移走，

使該空間內(nèi)的氣壓小于1個大氣壓現(xiàn)代真空技術(shù)的極限：每cm3空間內(nèi)僅有數(shù)百個氣體分子

對應(yīng)氣壓10-11Pa第15頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月真空的基本知識一、真空技術(shù)基礎(chǔ)1.1.1真空度的單位

主要單位制torr/mmHgPabaratm1torr

(1mmHg)1.333×102

(1.013×105/760)1.333×10-3

(1.013/760)1.316×10-3

(1/760)1Pa7.501×10-3

(760/1.013×105)10-59.869×10-6

(1/1.013×105)1bar7.501×1021059.869×10-11atm760.01.013×1051.013第16頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月真空的基本知識一、真空技術(shù)基礎(chǔ)1.1.2真空區(qū)域的劃分1）氣體分子的自由程（）：每個氣體分子在與其它氣體分子連續(xù)2次碰撞之間運動經(jīng)歷的路程。平均自由程（）：氣體分子自由程的統(tǒng)計平均值。

式中：

—分子直徑（m）；補充知識：第17頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月真空的基本知識一、真空技術(shù)基礎(chǔ)1.1.2真空區(qū)域的劃分補充知識：2）Knudsen常數(shù)3）真空系統(tǒng)中氣體運動特征的理論劃分：

粘滯流（層流）

粘滯-分子流

分子流（Knudsen流）Kn<0.010.01

Kn

=0.01~11

Kn>>1第18頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月真空的基本知識一、真空技術(shù)基礎(chǔ)P(Pa)10510210-110-310-610-9(m)6.667×10-86.667×10-56.667×10-26.6676.667×1036.667×106尺度數(shù)十nm不到1mcm量級若干米數(shù)km幾千kmKn<<0.01≥0.01≥1>>1氣體分子流動特征粘滯流過渡段分子流氣體分子運動特點大氣狀態(tài)熱運動劇烈碰撞頻繁粘滯流

分子流分子-分子

與分子-器壁

碰撞幾率相當(dāng)器壁碰撞為主粒子直線飛行分子數(shù)更少分子間無碰撞器壁碰撞幾率也低真空區(qū)域

工程劃分

粗真空低真空高真空超高真空極高真空1.1.2真空區(qū)域的劃分第19頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月真空的基本知識一、真空技術(shù)基礎(chǔ)一、基本概念二、為什么需要關(guān)注（意義？）三、吸附的主要機制四、可能的影響因素1.1.3氣體的吸附及脫附第20頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月真空的獲得一、真空技術(shù)基礎(chǔ)“抽真空”利用各種真空泵把容器內(nèi)的空氣抽出，使其內(nèi)部壓強保持在<1atm的特定壓強范圍！真空泵的分類：第21頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月真空的獲得一、真空技術(shù)基礎(chǔ)氣體輸運泵旋片式機械泵（RotaryPump）單級：105~1Pa雙級：105~10-2Pa羅茨泵（BoosterPump/RootsPump）103~10-1Pa油擴散泵（DiffusionPump）1~10-6Pa渦輪分子泵（TurbomolecularPump）1~10-8Pa。。。氣體捕獲泵濺射離子泵（IonPump）10-3~10-11Pa鈦升華泵（TitaniumSublimationPump）10-3~10-11Pa低溫冷凝泵（CyroPump）10-4~10-11Pa吸附泵（SorptionPump）102~10-3Pa。。。真空泵的分類及常用工作壓強范圍第22頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月真空的獲得一、真空技術(shù)基礎(chǔ)1.2.1旋片式機械泵（RotaryPump）（a）外觀（b）內(nèi)部結(jié)構(gòu)第23頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月真空的獲得一、真空技術(shù)基礎(chǔ)雙級機械泵示意圖（c）工作原理1、擴張（吸氣）2、容積最大3、壓縮4、排氣第24頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月真空的獲得一、真空技術(shù)基礎(chǔ)1.2.2油擴散泵（DiffusionPump）（a）外觀（b）內(nèi)部結(jié)構(gòu)第25頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月真空的獲得一、真空技術(shù)基礎(chǔ)真空油歷經(jīng)循環(huán)：

蒸發(fā)噴射碰撞冷凝回流（c）工作原理第26頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月真空的獲得一、真空技術(shù)基礎(chǔ)1.2.3渦輪分子泵（TurbomolecularPump）（a）外觀（b）內(nèi)部結(jié)構(gòu)（c）渦輪葉片第27頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月真空的獲得一、真空技術(shù)基礎(chǔ)1.2.3渦輪分子泵（TurbomolecularPump）（a）牽引分子泵（b）復(fù)合分子泵第28頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月真空的獲得一、真空技術(shù)基礎(chǔ)1.2.3渦輪分子泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)主軸靜片動片高頻旋轉(zhuǎn)馬達外殼靜片固定圈TURBO部分牽引泵部分下部磁懸浮電機輔助軸承第29頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月真空的獲得一、真空技術(shù)基礎(chǔ)1.2.3渦輪分子泵回轉(zhuǎn)軸RVVrVhVVrVhVMFP動翼靜翼第30頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月真空的獲得一、真空技術(shù)基礎(chǔ)1.2.4低溫吸附泵（Cyropump）（a）外觀第31頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月真空的獲得一、真空技術(shù)基礎(chǔ)1.2.4低溫吸附泵（Cyropump）（b）內(nèi)部結(jié)構(gòu)多級深冷頭示意圖第32頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月真空的測量一、真空技術(shù)基礎(chǔ)概念：采用特定的儀器裝置，對某一特定空間內(nèi)的真空度（即：氣壓）進行測定。原理特點按測量原理不同分為絕對真空計U型氣壓計壓縮式氣壓計薄膜真空計。。。直接測定氣壓值的大小氣壓值測量結(jié)果與氣體成分無關(guān)測量準(zhǔn)確高真空下難以實現(xiàn)測量相對真空計熱偶真空計Pirani真空計電離真空計。。。測量與氣壓相關(guān)的其它物理量，并與絕對真空計測量值比較，

換算得到氣壓測得的氣壓值與氣體成分相關(guān)精度略差易于實現(xiàn)測量真空計（Manometer）或真空規(guī)（VacuumGauge）第33頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月真空的測量一、真空技術(shù)基礎(chǔ)1.3.1電阻真空計電阻真空計的工作