《薄膜物理第二章》課件

《薄膜物理第二章》PPT課件薄膜物理的基本概念薄膜的力學性質薄膜的熱學性質薄膜的光學性質薄膜的電學性質目錄CONTENTS01薄膜物理的基本概念薄膜是由單層或多層原子、分子或離子等物質層構成的一種非常薄的物質層，通常在襯底上形成。根據(jù)薄膜的組成和結構，可以分為金屬薄膜、絕緣體薄膜、半導體薄膜、介質薄膜等。薄膜的定義和分類分類定義物理氣相沉積（PVD）包括真空蒸發(fā)、濺射、離子束沉積等?；瘜W氣相沉積（CVD）包括常溫CVD、等離子體增強CVD、金屬有機物化學氣相沉積（MOCVD）等。溶液法通過溶液中的化學反應或電化學反應形成薄膜。薄膜的制備方法030201包括硬度、韌性、彈性模量等。力學性質包括電阻率、介電常數(shù)、電導率等。電學性質包括反射率、透射率、吸收率等。光學性質包括磁導率、磁化強度等。磁學性質薄膜的物理性質02薄膜的力學性質03彈性力學中的邊界條件和初始條件討論在薄膜分析中需要考慮的邊界條件和初始條件，以及這些條件對薄膜力學行為的影響。01彈性力學基本概念介紹彈性力學的基本原理、假設和符號規(guī)定，為后續(xù)薄膜力學性質的分析奠定基礎。02彈性力學基本方程闡述彈性力學的基本方程，包括平衡方程、幾何方程和物理方程，以及這些方程在薄膜問題中的應用。彈性力學基礎123介紹應力與應變的概念、定義和測量方法，以及它們在薄膜力學中的特殊意義。應力與應變的定義分析薄膜在受到外力作用時內(nèi)部的應力分布情況，包括平面應力和平面應變狀態(tài)的應力分布。薄膜中的應力分布根據(jù)彈性力學理論，推導薄膜的應力-應變關系，并討論不同類型薄膜的應力-應變行為。薄膜的應力-應變關系薄膜的應力與應變薄膜材料的彈性常數(shù)介紹不同類型薄膜材料的彈性常數(shù)，包括金屬薄膜、介質薄膜和復合薄膜等。彈性常數(shù)對薄膜性能的影響分析彈性常數(shù)對薄膜力學性能、光學性能和熱學性能的影響，以及這些影響在實際應用中的意義。彈性常數(shù)的定義與物理意義闡述彈性常數(shù)的概念、物理意義和測量方法，以及它們在薄膜力學中的重要性。薄膜的彈性常數(shù)薄膜的斷裂準則介紹用于判斷薄膜是否發(fā)生斷裂的準則，包括最大應力準則、能量釋放率準則和混合準則等。薄膜的疲勞性能分析薄膜在循環(huán)載荷作用下的疲勞性能，包括疲勞極限、壽命預測和疲勞失效機制等。提高薄膜的抗斷裂與疲勞性能探討提高薄膜抗斷裂與疲勞性能的方法和措施，包括優(yōu)化材料選擇、改進制備工藝和引入增強結構等。薄膜的斷裂與疲勞03薄膜的熱學性質熱傳導是熱量在物質內(nèi)部由高溫區(qū)域向低溫區(qū)域傳遞的過程。熱傳導定義主要包括電子傳導、晶格振動傳導和分子傳導等。熱傳導機制熱量傳遞的方向與溫度梯度的方向相反，熱量傳遞的速度與溫度梯度成正比。傅里葉定律熱傳導基礎衡量薄膜導熱能力的物理量，取決于薄膜的組成和結構。薄膜熱導率薄膜的厚度、晶格結構和界面熱阻等。影響薄膜熱導率的因素摻雜、改變晶格結構、降低界面熱阻等。增強薄膜熱導率的方法薄膜的熱傳導性能當溫度升高時，物質會發(fā)生體積膨脹的現(xiàn)象。熱膨脹定義熱膨脹系數(shù)熱容定義薄膜的熱容計算表示物質在溫度升高1K時，單位長度的物質發(fā)生的膨脹量。表示物質吸收熱量時溫度升高或放出熱量時溫度降低的物理量。根據(jù)薄膜的質量、比熱容和密度等因素進行計算。薄膜的熱膨脹與熱容04薄膜的光學性質當光照射到薄膜表面時，部分光能被吸收轉化為熱能或其他形式的能量。光的吸收光的散射光的干涉光在通過薄膜時，由于薄膜內(nèi)部結構的不規(guī)則性，導致光向各個方向散射。當兩束或多束相干光波在薄膜中相遇時，它們會相互加強或抵消，形成干涉現(xiàn)象。030201光與物質的相互作用折射率光在薄膜中傳播的速度與在真空中的速度之比。消光系數(shù)表示光通過薄膜后強度減弱的程度。薄膜的光學常數(shù)光學厚度薄膜的光學厚度定義為薄膜的折射率與其厚度的乘積。光學均勻性描述薄膜內(nèi)部光學性質的一致性。薄膜的光學性能利用薄膜的光學性能，可以制作各種光學濾鏡，用于過濾特定波長的光。光學濾鏡通過在光學元件表面鍍制特定厚度的薄膜，可以增加反射光的強度。增反膜利用薄膜的光學性能，可以制作各種光學傳感器，用于檢測物質的光學特性。光學傳感器薄膜的光學應用05薄膜的電學性質電導是衡量材料導電能力的物理量，定義為材料在單位電場強度下，通過單位面積的電流。電導的定義電導的單位電導率與電阻率的關系電導的單位是西門子（S），國際單位制中的基本單位是歐姆（Ω）。電導率是電阻率的倒數(shù)，兩者都是衡量材料導電能力的物理量。電導基礎金屬薄膜的電導性能金屬薄膜具有高電導率，主要依靠自由電子導電。電導率隨溫度升高而降低。電導率的測量測量薄膜的電導率通常采用四探針法，通過測量電流和電壓來計算電導率。半導體薄膜的電導性能半導體薄膜的電導率較低，受溫度、光照、摻雜等因素影響較大。薄膜的電導性能介電常數(shù)與電容率介電常數(shù)是衡量電介質材料儲存電荷能力的物理量，電容率定義為介電常數(shù)的倒數(shù)。薄膜的介電損耗介電損耗是指電介質在電場作用下的能量損耗，與材料內(nèi)部結構和分子極化有關。介電性能的測量測量薄膜的介電常數(shù)和介電損耗通常采用共振法或傳輸線法。薄膜的介電性能鐵電薄膜具有自發(fā)極化，當受到外