納米薄膜1課件

納米薄膜納米薄膜及其特性納米薄膜的制備應(yīng)用與發(fā)展曹開闊納米薄膜納米薄膜及其特性曹開闊1薄膜厚度尺寸微小、表面質(zhì)點(diǎn)比例大及結(jié)構(gòu)的連續(xù)性受制于表面界面使薄膜表現(xiàn)出與同質(zhì)塊體材料有所不同的特性熔點(diǎn)降低（厚度越小，熔點(diǎn)越低）

干涉效應(yīng)引起光的選擇性透射和反射表面電子的非彈性散射使電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率下降

能級(jí)分裂產(chǎn)生表面能級(jí)和表面磁各向異性超導(dǎo)臨界溫度變化(Tc金屬升高，Tc銅氧體下降)絕緣薄膜厚度方向產(chǎn)生隧道電流薄膜是在一個(gè)維度方向(厚度)尺寸微小的二維固體材料，本質(zhì)上說是把表面性質(zhì)優(yōu)先的膜稱為薄膜。薄膜厚度尺寸微小、表熔點(diǎn)降低（厚度越小，熔點(diǎn)越低）2納米薄膜及其特性納米薄膜是指晶粒尺寸或厚度為納米級(jí)(1-100nm)的薄膜以及每層厚度在納米量級(jí)的單層或多層膜

。但實(shí)際上目前研究最多的還是納米顆粒膜，即納米尺寸的微小顆粒鑲嵌于薄膜中所構(gòu)成的復(fù)合納米材料體系。納米相的特殊作用，顆粒膜成為新型復(fù)合材料磁學(xué)電學(xué)光學(xué)非線形納米磁性薄膜

納米光學(xué)薄膜

納米氣敏膜

納米潤滑膜

納米多孔膜

納米薄膜及其特性納米薄膜是指晶粒尺寸或厚度為納米級(jí)(1-103例如將Ge、Si或C顆粒（1一10nm)均勻彌散地鑲嵌在絕緣介質(zhì)薄膜如SiO2中，可在室溫下觀察到較強(qiáng)的可見光區(qū)域的光致發(fā)光現(xiàn)象。粒徑尺寸控制在5—10nm的氧化鎳薄膜呈現(xiàn)出優(yōu)異的電變色性能。Ag-CsO2光電薄膜，InAs-Si02光電薄膜例如將Ge、Si或C顆粒（1一10nm)均勻彌散地鑲嵌在絕緣4納米薄膜的制備沉積類方法物理氣相沉積（PVD）化學(xué)氣相沉積（CVD）電化學(xué)沉積其他方法……納米薄膜的制備沉積類方法物理氣相沉積（PVD）化學(xué)氣相沉5物理氣相沉積（PVD）物理氣相沉積(PVD):PVD法是在真空或低壓惰性氣體氣氛中，采用高溫加熱源，使源物質(zhì)氣化或形成等離子體與惰性氣體分子碰撞或源物質(zhì)分子相互碰撞而失去能量，然后驟冷凝結(jié)成納米粒子或超微粒子的過程.其生成過程均為物理變化過程。物理氣相沉積（PVD）物理氣相沉積(PVD):PVD法是在6PVD包括三個(gè)基本過程

氣相鍍料的產(chǎn)生

氣相鍍料的輸送：一定的真空度是PVD(真空鍍膜)的前提

氣相鍍料的沉積熱蒸發(fā)由高能粒子擊出蒸發(fā)鍍膜（蒸鍍）濺射鍍膜（濺射）引入活性反應(yīng)氣體形成化合物膜

反應(yīng)鍍用高能離子轟擊沉積中的膜以改善膜的結(jié)構(gòu)性能離子鍍

蒸鍍和濺射均可做成反應(yīng)鍍和離子鍍，進(jìn)行反應(yīng)鍍時(shí)，無需改變蒸鍍裝置，而離子鍍的裝置結(jié)構(gòu)則大有不同，故離子鍍常被當(dāng)作蒸鍍與濺射之外的第三種PVD方法PVD包括三個(gè)基本過程氣相鍍料的產(chǎn)生氣相鍍7蒸鍍薄膜的生長過程層島結(jié)合生長（蒸發(fā)原子間結(jié)合能＜蒸發(fā)原子與基體原子結(jié)合能）在半導(dǎo)體表面鍍金屬膜時(shí)如膜、基結(jié)構(gòu)、性能匹配較好的“外延生長”—分子束外延層向生長（蒸發(fā)原子間結(jié)合能~蒸發(fā)原子與基體原子結(jié)合能）島狀生長（蒸發(fā)原子間結(jié)合能＞蒸發(fā)原子與基體原子結(jié)合能）

塑料鍍鋁、玻璃鍍銀即是蒸鍍薄膜的生長過程層島結(jié)合生長（蒸發(fā)原子間結(jié)合能＜蒸發(fā)原子與8納米薄膜的獲得主要通過兩種途徑：①在非晶薄膜晶化的過程中控制納米結(jié)構(gòu)的形成，如采用共濺射方法制備Si／SiO2薄膜，在700-9000C氮?dú)鈿夥障驴焖偻嘶皤@得納米St顆粒。②在薄膜的成核生長過程中調(diào)節(jié)成膜條件以控制納米結(jié)構(gòu)的形成。在濺射工藝中，高濺射氣壓、低濺射功率條件下最易得到納米結(jié)構(gòu)的薄膜。納米薄膜的獲得主要通過兩①在非晶薄膜晶化的過程中控制納米結(jié)構(gòu)9

中科院上海硅酸鹽所在高頻反應(yīng)濺射氧化鎳薄膜中發(fā)現(xiàn)征6Pa低壓力的條件下，沉積的氧化鎳薄膜具有5-l0nm的納米結(jié)構(gòu)，隨著真空度的提高，薄膜中非晶態(tài)的含量逐漸增加。而從電變色性能而言，粒徑尺寸控制在5-10nm的氧化鎳薄膜呈現(xiàn)出優(yōu)異的電變色性能。例工藝條件的影響中科院上海硅酸鹽所在高頻反應(yīng)濺射氧化鎳薄膜中發(fā)10化學(xué)氣相沉積（CVD）基本過程：利用揮發(fā)性金屬化合物等蒸氣為原料，進(jìn)行氣相熱分解和其他化學(xué)反應(yīng)來生成超細(xì)粉體并沉積于基體物質(zhì)表面以制備薄膜。化學(xué)氣相沉積（CVD）基本過程：11化學(xué)氣相沉積（CVD）CVD薄膜的形成過程1導(dǎo)入反應(yīng)氣體3吸附2向邊界層擴(kuò)散4表面化學(xué)反應(yīng)5氣態(tài)產(chǎn)物脫附界面6氣態(tài)產(chǎn)物向主氣流層擴(kuò)散主氣流層7排出體系

邊界層化學(xué)氣相沉積（CVD）CVD薄膜的形成過程1導(dǎo)入反應(yīng)氣體12化學(xué)氣相沉積方法化學(xué)氣相沉積方法也是常規(guī)的納米薄膜制備方法之一，包括常壓、低壓、等離子體輔助氣相沉積等。CVD中影響薄膜質(zhì)量參數(shù)有：反應(yīng)氣體組成工作氣壓沉積溫度（單晶、多晶、無定形晶）氣體流量及原料氣體的純度等。化學(xué)氣相沉積方法化學(xué)氣相沉積方法也是常規(guī)的納13

納米微粒薄膜的制備，利用氣相反應(yīng)，在高溫、等離子或激光輔助等條件下通過控制反應(yīng)氣壓、氣流速率、基片材料溫度等因素而控制納米微粒薄膜的成核生長過程，通過薄膜后處理控制非晶薄膜的晶化過程，從而獲得納米結(jié)構(gòu)的薄膜材料，這一工藝方法在半導(dǎo)體、氧化物、氮化物、碳化物納米微粒薄膜中應(yīng)用較多。納米微粒薄膜的制備，利用氣相反應(yīng)，在高溫14電化學(xué)沉積電化學(xué)沉積方法作為一種十分經(jīng)濟(jì)而又簡單的傳統(tǒng)工藝手段，可用于合成具有納米結(jié)構(gòu)的純金屬、合金、金屬—陶瓷復(fù)合涂層。包括直流電鍍、脈沖電鍍、無極電鍍、共沉積等技術(shù)。電化學(xué)沉積15電化學(xué)沉積納米結(jié)構(gòu)的獲得，關(guān)鍵在于制各過程中晶粒成核與生長的控制。電化學(xué)方法制備的納米材料在抗腐蝕、抗磨損、磁性、催化、儲(chǔ)氫、磁記錄等方面均具有良好的應(yīng)用前景。電化學(xué)沉積16其他方法……

熱分解法冷噴涂技術(shù)熱噴涂技術(shù)離化團(tuán)簇束等新技術(shù)（我國南京大學(xué)的研究人員采用低能團(tuán)簇束沉積技術(shù)成功制得Te納米薄膜）其他方法……

熱分解法17目前，納米薄膜的結(jié)構(gòu)、特性、應(yīng)用研究還處于起步階段，隨著納米薄膜研究工作的發(fā)展，更多結(jié)構(gòu)新穎、性能獨(dú)特的薄膜必將出現(xiàn)。納米薄膜由于具有傳統(tǒng)復(fù)合材料和現(xiàn)代納米材料兩者的優(yōu)越性,正成為納米材料的重要分支而越來越引起廣泛的重視和深入的研究。而其關(guān)鍵便在于探索其新現(xiàn)象,新效應(yīng)以及它們的物理起因。發(fā)展前景目前，納米薄膜的結(jié)構(gòu)、特性、應(yīng)用研究還處于起18