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，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!材料物理制備基礎(chǔ)薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!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)知識薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!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)薄膜太陽能電池非晶硅薄膜電極鏡用金屬膜透鏡保護膜工具保護膜薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!i）通常的薄膜是多晶的（外延生長---單晶）結(jié)晶生長主要是由在襯底表面核的形成和原子的擴散起主導(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；由于原子擴散不足，薄膜生長時引入了很多晶格缺陷。薄膜生長時受到襯底的影響，容易形成垂直于襯底的細(xì)長柱狀晶體。薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!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；可見光可以透過厚度小于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，因此很容易觀測到薄膜上的干涉條紋。薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!v）機械性能：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度小時薄膜會逐漸從襯底上剝離下來，或裂開。薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!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。對于非晶的薄膜由于沒有晶界，所以耐腐蝕性能好。薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!氣相中形成半徑為r的球狀固相或液相核時體系自由能的改變：--原子的體積；Δ--一個原子由氣相變?yōu)楣滔嗷蛞合嘁鸬淖杂赡艿慕档停沪痢冉缑婺?；?--形成體積為4πr3/3的晶核引起的自由能的降低；第二項---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，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!異相外延（A原子在B襯底上外延）AB鍵能大于AA鍵能時逐層生長有利，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，島狀生長有利。襯底晶格與薄膜晶格很不匹配時，薄膜是多晶的，和襯底無取向關(guān)系。同向外延（A原子在A襯底上外延）最穩(wěn)定的生長模式是單層生長層狀+島狀生長模式發(fā)生在AB鍵能大于AA鍵能，但是層狀生長后，A原子層橫向鍵長由于受到襯底的約束被拉長或被壓縮繼續(xù)二維生長時應(yīng)變能顯著加大，不得不轉(zhuǎn)為三維島狀生長。薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!SEM觀察BST薄膜形貌薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!SEM觀察BST薄膜形貌薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!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，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!第四講薄膜的制備一、薄膜基礎(chǔ)知識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，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!3）薄膜的物性i）通常的薄膜是多晶的（外延生長單晶）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??；v）機械性能：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，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!SEM觀察BST薄膜形貌薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!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，對電子的散射強。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，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!iv）熱傳導(dǎo)性較?。槐∧?nèi)部的應(yīng)力大，對聲子的散射也就較強，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，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!SEM觀察BST薄膜形貌薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!SEM觀察DLC薄膜形貌薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!2、薄膜的形成過程

在一般薄膜生長的條件下，從氣相沉積到襯底的原子會在襯底上相互聚集在一起成核長大。成核長大的驅(qū)動力來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，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!對于立方晶體：成核率（單位時間單位氣相體積內(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，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!被粘附徙動原子團成核長大粒子島原子反彈離解迷津結(jié)構(gòu)連續(xù)膜島狀生長過程：薄膜的制備1薄膜基礎(chǔ)共28頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2