薄膜与涂层材料

黄剑锋版权所有：陕西科技大学材料学院黄剑锋本课程的内容：1.薄膜与涂层材料的应用2.薄膜与涂层材料的制备方法3.薄膜与涂层材料的表征和研究方法学习方式：讲授＋自学部分内容1、薄膜及涂层以及普通块体材料的概念2、薄膜及涂层材料的制作方法2.1化学方法2.1.1凝胶溶胶法(Sol-Gel)见单独的幻灯片薄膜及涂层的应用2.1.1.1金属可溶性盐法硝酸盐，氯化物等2.1.1.2胶体方法金属氧化物分散剂水水溶胶凝胶固化剂（聚合反应的引发剂）2.1.1.2金属醇盐法金属可溶性盐金属醇盐凝胶醇、盐酸水解2.1.2化学气相沉积法(CVD)2.1.2.1热分解反应法2.1.2.2化学合成反应法SiCl4+2H2Si+4HCl1150-1200℃2.1.2.3化学输运反应法Ge+I2GeI2T2GeI2Ge+I2T12.2物理方法2.2.1溅射法（sputtering）2.2.1直流溅射法（DCsputtering）2.2.1交流溅射法（RFsputtering）2.2.2真空蒸镀法加热方法：1、电子束加热2、电阻丝加热3、高频感应加热法2.2.3离子镀法在真空蒸镀的基础上，再加上等离子体的活化作用，在惰性气体的辉光放电中将膜材的蒸汽进行离子化，再对基板进行轰击和镀膜的方法。1、反应离子镀2、高频反应离子镀3、活性反应蒸镀4、低压等离子镀5、反应性空心阴极离子镀3、薄膜的形成机理3.1薄膜的成核理论3.1.1薄膜成核的唯象理论3.1.2薄膜成核的原子理论研究原子团成为晶核的条件和成核速度，要考虑原子团的表面能以及原子团和基板的接触角等问题。认为最初形成的不是原子团，而是以单个的原子存在，则只需考虑原子之间和原子与基板之间的相互作用能。3.2薄膜的核长大理论单层生长：能显著降低自由能4、基板的处理以及不同基板对薄膜析晶的影响4.1基板的材料4.2基板的处理方法单晶硅、耐热玻璃、普通碱石灰玻璃、蓝宝石、金属、陶瓷、塑料等4.2.1化学清洗法4.2.2超声波清洗法4.2.3离子轰击和真空烘烤法4.2.4干燥法有机溶剂清洗油脂用惰性气体离子溅射酒精洗涤，再用氮气烘干4.3不同基板对薄膜析晶的影响5、薄膜的评价方法5.1薄膜厚度的测量5.1.1干涉法Tgφ=(λ/2)/a=h/bh=(b/a)*(λ/2)5.1.2触针法5.1.3微量天平测量法H=M/(S*ρ)5.2薄膜电阻的测量（电学性能）5.3薄膜透过率和反射率的测量（光学性能）电阻R=(π/ln2)*(V/I)电阻率ρ=(π/ln2)*(V/I)*h5.4薄膜附着力的测量5.4.1划痕法P=W/(πd2)P-基板给探针的阻力W-荷重d-划痕宽度5.4.2引拉法5.4.3剥离法采用胶带纸，只是半定量的分析。5.5薄膜结晶分析5.6薄膜化学成分的精确测量5.7薄膜显微结构的观测及分析6、一般工艺制度对薄膜性能的影响规律6.1镀膜时间和次数6.2镀膜温度6.3镀膜方法6.4真空度6.5基板7、涂层薄膜的制备和研究7.1制作原理与方法三个条件（1）到达晶体表面的原料分子或原子排列整齐，且一原子层一原子层的堆积。（2）能以原子层尺寸控制堆积速度。（3）堆积物质与基板物质之间没有扩散混合。方法：1)分子束外延法(molecularbeamepitaxy:MBE)2)有机金属的气相生长(organo-metalvapor-phaseepitaxy:OM-VPE)3）溅射法（sputtering)7.研究方法