脉冲激光制备薄膜材料的烧蚀机理
浅谈激光烧蚀技术的应用及研究进展
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/e19776708.html, 浅谈激光烧蚀技术的应用及研究进展 作者：宫琳琳李爽 来源：《科技资讯》2014年第04期 摘要：随着激光技术的发展，当今社会激光烧蚀技术越来越受到了人们的关注。本文主 要介绍了几种激光烧蚀技术的不同应用，以及对激光烧蚀技术的进展做了简单的研究。 关键词：烧蚀等离子体聚合物 中图分类号：O657.3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（a）-0019-01 激光烧蚀技术是通过飞秒-纳秒量级的脉冲激光来将材料表面烧蚀，已经被广泛应用于微加工、外科手术、X射线激光、生物分子质谱以及一些艺术品修复/清洁等领域；对激光烧蚀 产生的等离子体的光学/光谱诊断是研究等离子体动力学的主要方法之一。 1 激光烧蚀技术的应用 1.1 激光烧蚀光谱（LAS、LIBS）技术的应用 近年来光谱领域发展迅速，其中激光烧蚀光谱技术是其中一种比较崭新的分析手段。该技术主要是通过聚焦强激光束激发样品靶面，产生高温等离子体，通过测定等离子体冷却过程中发射光谱的波长与强度来进行定量分析、元素定性。激光烧蚀光谱技术虽然对于痕量元素的分析能力不足，但是该技术并不需要对样品进行繁琐的化学处理，具有破坏性小，具有快速、实时、可远程监测等特点，被广泛应用于地质、冶金、核工业、材料、燃料能源、生物医药等领域；电感耦合等离子体质谱（ICP2MS） 分析技术是一种公认的高灵敏度、强有力的、多元素及同位素分析技术。 1.2 激光烧蚀技术在微纳米材料制备中的应用 激光与靶材相互作用后，周围的物理空间便可粗略的分为高温高压等离子体聚集区、液相区和固相区三个区域，如图1所示。等离子体聚集区是由离子、电子以及未电离的中性粒子集合组成，整体呈现电中性，该区域对激光能量的传输障碍比较小。液相区是靠近等离子聚集区的熔融层，材料处于液态或固-液共存态。靠近液相区的是固相区，该区域虽然也吸收了激光能量，能使温度升高，但是能量强度不足以使该层进行熔化。基于激光烧蚀技术制备的各类材料的生长过程，如一维纳米线和零维纳米颗粒、二维薄膜等，几乎都是通过应用高温高压等离子体的成核、生长所完成。因此，激光烧蚀产生的高温高压等离子体在激光烧蚀技术制备微纳米材料中起着重要的作用。
高分子膜材料的制备方法
高分子膜材料的制备 方法 xxx级 xxx专业xxx班 学号：xxxxxxx xxx
高分子膜材料的制备方法 xxx （xxxxxxxxxxx，xx） 摘要：膜技术是多学科交叉的产物，亦是化学工程学科发展的新增长点，膜分离技术在工业中已得到广泛的应用。本文主要介绍了高分子分离膜材料较成熟的制膜方法（相转变法、熔融拉伸法、热致相分离法），而且介绍了一些新的制膜方法（如高湿度诱导相分离法、超临界二氧化碳直接成膜法以及自组装制备分离膜法等）。 关键词：膜分离，膜材料，膜制备方法 1.引言 膜分离技术是当代新型高效的分离技术，也是二十一世纪最有发展前途的高新技术之一，目前在海水淡化、环境保护、石油化工、节能技术、清洁生产、医药、食品、电子领域等得到广泛应用，并将成为解决人类能源、资源和环境危机的重要手段。目前在膜分离过程中，对膜的研究主要集中在膜材料、膜的制备及膜过程的强化等三大领域；随着膜过程的开发应用，人们越来越认识到研究膜材料及其膜技术的重要性，在此对膜材料的制备技术进行综述。 2.膜材料的制备方法
2.1 浸没沉淀相转化法 1963年，Loeb和Sourirajan首次发明相转化制膜法，从而使聚合物分离膜有了工业应用的价值，自此以后，相转化制膜被广泛的研究和采用，并逐渐成为聚合物分离膜的主流制备方法。所谓相转化法制膜，就是配置一定组成的均相聚合物溶液，通过一定的物理方法改变溶液的热力学状态，使其从均相的聚合物溶液发生相分离，最终转变成一个三维大分子网络式的凝胶结构。相转化制膜法根据改变溶液热力学状态的物理方法的不同，可以分为一下几种：溶剂蒸发相转化法、热诱导相转化法、气相沉淀相转变法和浸没沉淀相转化法。 2.1.1 浸没沉淀制膜工艺 目前所使用的膜大部分均是采用浸没沉淀法制备的相转化膜。在浸没沉淀相转化法制膜过程中，聚合物溶液先流延于增强材料上或从喷丝口挤出，而后迅速浸入非溶剂浴中，溶剂扩散进入凝固浴（J2），而非溶剂扩散到刮成的薄膜内（J1），经过一段时间后，溶剂和非溶剂之间的交换达到一定程度，聚合物溶液变成热力学不稳定溶液，发生聚合物溶液的液-液相分离或液-固相分离（结晶作用），成为两相，聚合物富相和聚合物贫相，聚合物富相在分相后不久就固化构成膜的主体，贫相则形成所谓的孔。 浸入沉淀法至少涉及聚合物/溶剂/非溶剂3个组分，为适应不同应用过程的要求，又常常需要添加非溶剂、添加剂来调整铸膜液的配方以及改变制膜的其他工艺条件，从而得到不同的结构形态和性能的膜。所制成的膜可以分为两种构型：平板膜和管式膜。平板膜用于板
纳米薄膜材料的制备方法
纳米薄膜材料的制备方法 摘要纳米薄膜材料是一种新型材料,由于其特殊的结构特点,使其作为功能材料和结构材料都具有良好的发展前景。本文综述了近几年来国内外对纳米薄膜材料研究的最新进展,包括对该类材料的制备方法、微结构、电、磁、光特性以及力学性能的最新研究成果。关键词纳米薄膜;薄膜制备; 微结构;性能 21 世纪,由于信息、生物技术、能源、环境、国防 等工业的快速发展, 对材料性能提出更新更高的要求,元器件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等要求材料的尺寸越来越小,航空航天、新型军事装备及先进制造技术使材料的性能趋于极端化。因此, 新材料的研究和创新必然是未来的科学研究的重要课题和发展基础,其中由于纳米材料的特殊的物理和化学性能, 以及 由此产生的特殊的应用价值, 必将使其成为科学研究的热点[1]。 事实上, 纳米材料并非新奇之物, 早在1000 多年以前, 我国古代利用蜡烛燃烧的烟雾制成碳黑作为墨的原料, 可能就是最早的纳 米颗粒材料;我国古代铜镜表面的防锈层, 经验证为一层纳米氧化锡颗粒构成的薄膜,这大概是最早的纳米薄膜材料。人类有意识的开展纳米材料的研究开始于大约50 年代,西德的Kanzig 观察到了BaTiO3 中的极性微区,尺寸在10~ 100纳米之间。苏联的G. A. Smolensky假设复合钙钛矿铁电体中的介电弥散是由于存Kanzig微区导致成分布不均匀引起的。60 年代日本的Ryogo Kubo在金属超微粒子理论中发现由于金属粒子的电子能级不连续,在低温下, 即当费米
能级附近的平均能级间隔> kT 时, 金属粒子显示出与块状物质不同的热性质[ 4]。西德的H. Gleiter 对纳米固体的制备、结构和性能进行了细致地研究[ 5]。随着技术水平的不断提高和分析测试技术手段的不断进步, 人类逐渐研制出了纳米碳管, 纳米颗粒,纳米晶体, 纳米薄膜等新材料, 这些纳米材料有一般的晶体和非晶体材料不具备的优良特性, 它的出现使凝聚态物理理论面临新的挑战。80 年代末有人利用粒度为1~ 15nm 的超微颗粒制造了纳米级固体材料。纳米材料由于其体积和单位质量的表面积与固体材料的差别,达到一定的极限, 使颗粒呈现出特殊的表面效应和体积效应,这些因素都决定着颗粒的最终的物理化学性能,如随着比表面积的显著增大,会使纳米粒子的表面极其活泼,呈现出不稳定状态,当其暴露于空气中时,瞬间就被氧化。此外, 纳米粒子还会出现特殊的电、光、磁学性能和超常的力学性能。 纳米薄膜的分类 纳米薄膜具有纳米结构的特殊性质, 目前可以分为两类: ( 1)含有纳米颗粒与原子团簇基质薄膜; ( 2) 纳米尺寸厚度的薄膜, 其厚度接近电子自由程和Denye 长度, 可以利用其显著的量子特性和统计特性组装成新型功能器件。例如, 镶嵌有原子团的功能薄膜会在基质中呈现出调制掺杂效应, 该结构相当于大原子超原子膜材料具有三维特征; 纳米厚度的信息存贮薄膜具有超高密度功能, 这类集成器件具有惊人的信息处理能力; 纳米磁性多层膜具有典型的周期性调制结构, 导致磁性材料的饱和磁化强度的减小或增强。对这
薄膜材料制备原理、技术及应用知识点2013by张为政
薄膜材料制备原理、技术及应用知识点1 一、名词解释 1. 气体分子的平均自由程:自由程是指一个分子与其它分子相继两次碰撞之间，经过 的直线路程。对个别分子而言，自由程时长时短，但大量分子的自由程具有确定的统计规律。气体分子相继两次碰撞间所走路程的平均值。 2. 物理气相沉积（PVD）：物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术表示在真 空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。发展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。 3. 化学气相沉积（CVD）：化学气相沉积(Chemical vapor deposition，简称CVD)是反应 物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。它本质上属于原子范畴的气态传质过程。 4. 等离子体鞘层电位：等离子区与物体表面的电位差值ΔV p即所谓的鞘层电位。 5. 溅射产额：即单位入射离子轰击靶极溅出原子的平均数，与入射离子的能量有关。 6. 自偏压效应：在射频电场起作用的同时，靶材会自动地处于一个负电位下，导致气 体离子对其产生自发的轰击和溅射。 7. 磁控溅射：在二极溅射中增加一个平行于靶表面的封闭磁场，借助于靶表面上形成 的正交电磁场，把二次电子束缚在靶表面特定区域来增强电离效率，增加离子密度和能量，从而实现高速率溅射的过程。 8. 离子镀：在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物部分离化，产生离子轰击 效应，最终将蒸发物或反应物沉积在基片上。结合蒸发与溅射两种薄膜沉积技术而发展的一种PVD方法。 9. 离化率：被离化的原子数与被蒸发气化的原子数之比称为离化率.一般离化装置的 离化率仅为百分之几,离化率较高的空心阴极法也仅为20～40% 10. 等离子体辅助化学气相沉积（PECVD）技术：是一种用等离子体激活反应气体,促 进在基体表面或近表面空间进行化学反应,生成固态膜的技术。等离子体化学气相沉积技术的基本原理是在高频或直流电场作用下，源气体电离形成等离子体，利用低温等离子体作为能量源，通入适量的反应气体，利用等离子体放电，使反应气体激活并实现化学气相沉积的技术。 11. 外延生长：在单晶衬底（基片）上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶 层，犹如原来的晶体向外延伸了一段，故称外延生长。 12. 薄膜附着力:薄膜对衬底的黏着能力的大小，即薄膜与衬底在化学键合力或物理咬 合力作用下的结合强度。 二、填空： 1、当环境中元素的分压降低到了其平衡蒸气压之下时，元素发生净蒸发。反之，元素发生 净沉积。 2、在直流放电系统中，气体放电通常要经过汤生放电阶段、辉光放电阶段和弧光放电阶段 三个放电过程，其中溅射法制备薄膜主要采用辉光放电阶段所产生的大量等离子体来形 1 微观永远大于宏观你永远大于人类今天永远大于永远■■■■■■■■纯属个人行为，仅供参考■■■■■■■■勿删■■■■■■■■■
纳米薄膜材料
题目：纳米薄膜材料 姓名：王鹏飞 学号： 201006050012 系别：化学系 专业：化学工程与工艺 年级班级： 2010级1班 2013年 6月24日
纳米薄膜材料 摘要：纳米薄膜材料是一种新型材料，由于其特殊的结构特点，时期作为功能材料和结构材料都具有良好的发展前景。本文综述了近几年来国内外纳米薄膜材料研究的最新进展，包括对该类材料的制备方法、及其应用领域。 关键词：纳米薄膜；薄膜制备；性能 1.引言 21世纪，由于信息、生物技术、能源、环境、国防等工业的快速发展，对材料性能提出更新更高的要求，元器件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等要求材料的尺寸越来越小，航空航天、新型军事装备及先进制造技术使材料的性能趋于极端化。因此，新材料的研究和创新必然是未来的科学研究的重要课题和发展基础，其中由于纳米材料的特殊的物理和化学性能，以及由此产生的特殊的应用价值，必将使其成为科学研究的热点[1]。 事实上，纳米材料并非新奇之物，早在 1000 多年以前，我国古代利用蜡烛燃烧的烟雾制成碳黑作为墨的原料，可能就是最早的纳米颗粒材料；我国古代铜镜表面的防锈层，经验证为一层纳米氧化锡颗粒构成的薄膜，这大概是最早的纳米薄膜材料。人类有意识的开展纳米材料的研究开始于大约50年代，西德的 Kanzig 观察到了 BaTiO3 中的极性微区，尺寸在 10~100 纳米之间[2]。苏联的 G. A. Smolensky 假设复合钙钛矿铁电体中的介电弥散是由于存在 Kanzig 微区导致成分布不均匀引起的[3]。60 年代日本的Ryogo Kubo 在金属超微粒子理论中发现由于金属粒子的电子能级不连续，在低温下，即当费米能级附近的平均能级间隔δ﹥kT 时，金属粒子显示出与块状物质不同的热性质[4]。西德的 H. Gleiter 对纳米固体的制备、结构和性能进行了细致地研究[5]。 随着技术水平的不断提高和分析测试技术手段的不断进步，人类逐渐研制出了纳米碳管，纳米颗粒，纳米晶体，纳米薄膜等新材料，这些纳米材料有一般的晶体和非晶体材料不具备的优良特性，它的出现使凝聚态物理理论面临新的挑战。80 年代末有人利用粒度为 1~15nm 的超微颗粒制造了纳米级固体材料。
薄膜材料及其制备技术-2015级研究生
《薄膜材料及其制备技术》作业 ——材料科学与工程学院2015级研究生 1，在T=291K 时，水的表面张力系数（或表面能）10.07 3N m s -=?，63118.01610v m mol a --=醋，如果水滴半径810r m -=，请计算此时的蒸汽压'p （用p 表示）以及水滴内外压强差p D 。（10分） 2，从热力学的角度证明：当从过饱和（压强为p ’）的气相析出凝聚相时，凝聚 相的临界晶核尺寸r c 满足：2exp()'/B c v p p K Tr a s =；并由此得到结论：①当凝聚体晶核的尺寸r
液相激光烧蚀(LAL)
液相激光烧蚀法制备纳米材料 ?引言 液相激光烧蚀（Laser Ablation in Liquid，LAL）是一种简单、绿色的纳米材料制备技术，通常只需在水中或有机液相条件下进行。近年来，LAL已被用于制备一系列具有特殊形貌、微观结构的纳米材料，以及在探索新兴的，在光学、显示、探测、生物等领域的性能和应用中，实现了功能化纳米材料的一步制备。 与传统的纳米材料制备方法相比，液相激光烧蚀法有以下的优势：（1）它是一种“简单且干净”的合成手段，由于减少了副产物的生成。并且简化了反应的前驱物的使用，确保了最终产物很高的纯度，而且具有较高的表面活性；（2）液相激光烧蚀法在温和的条件下能够制备出高温高压的亚稳相；（3）更重要的是这种制备方法几乎对所有纳米材料都有普适性，由于用液相激光烧蚀法制备新的纳米材料需要用到液体和固体靶材，研究者可以根据材料的属性来选择所需的靶材和液体来合成纳米颗粒和结构；（4）纳米结构的相、尺寸和形状可以通过改变激光参数和外部条件来合成，而且很多反应一步就能实现，避免了繁杂的后处理。液相激光烧蚀法能够制备多种亚稳相的纳米材料，得到的纳米颗粒胶体的纯度接近100%，并且适用于几乎所有材料体系，因此，已经成为一种普适的，并且有效的制备纳米材料的手段。 ?实验目的 (1)了解液相激光烧蚀法的基本原理、应用领域与发展前景； (2)以纳秒激光器为例，了解液相激光烧蚀过程的物理化学变化，观察液相激光烧蚀过程； (3)学习利用液相激光烧蚀法制备纳米材料。 ?实验原理 等离子体主导着纳秒激光的反应过程，其中包括了等离子体的产生，转化与淬灭。具体的反应过程如下：当激光作用于浸没在液体下的靶材时，激光脉冲以一定深度击穿靶材表面，产生的强电场使电子在1ns激光脉冲下，从被轰击体中迁移出来。电子在电磁场中产生自由电子振荡，并且与块体靶材中的原子发生碰撞，将一定的能量传递给晶格，材料随之被加热并蒸发，在高能量的激光下转变成等离子体。等离子体中通常包含多种活性物质，包括原子、分子、电子、离子、团簇、微粒和熔融球体等。最初形成的等离子体直接形成于激光与靶材的相互作用，因而被称为激光诱导等离子体。 接着，该激光诱导等离子体的扩散强烈地被其周围的液相介质束缚，从而继续吸收激光的后半部分能量，并且得到靶材离化材料的补充，等离子体迅速绝热膨胀，伴随着膨胀，在等离子膨胀方向的前端产生冲击波，在液体的束缚下，冲击波的反作用力导致等离子内部额外的压力。该额外的压力被称为等离子体诱导压力。并且，该压力会导致等离子的温度上升。因此，
薄膜材料的制备
对薄膜制备的综述 一．前言 随着薄膜科学技术与薄膜物理学的发展,薄膜在微电子、光学、窗器、表面改性等方面的应用日益广泛;而薄膜产业的日趋壮大又刺激了薄膜技术和薄膜材料的蓬勃发展。面对新技术革命提出的挑战,无机薄膜材料的制备方法也日新月异,与以往的制膜方法相比有了新的特点,方法也向着多元化的方向发展。这篇综述主要介绍了：薄膜材料的制备、举例发光薄膜的制备以及薄膜材料的发展前景。 二．薄膜材料的制备 主要内容：1.薄膜材料基础；2.薄膜的形成机理；3.物理气相沉积；4.化学气相沉积；5.化学溶液镀膜法；6.液相外延制膜法。 §1 薄膜材料基础 1. 薄膜材料的概念 采用一定方法，使处于某种状态的一种或几种物质（原材料)的基团以物理或化学方式附着于衬底材料表面，在衬底材料表面形成一层新的物质，这层新物质就是薄膜。简而言之，薄膜是由离子、原子或分子的沉积过程形成的二维材料。 2. 薄膜分类 （1）物态:气态、液态、固态（thin-solid-film）。 （2）结晶态：A非晶态：原子排列短程有序，长程无序。B晶态:a单晶：外延生长，在单晶基底上同质和异质外延；b多晶：在一衬底上生长，由许多取向相异单晶集合体组成。 （3）化学角度：有机和无机薄膜。 （4）组成：金属和非金属薄膜。 （5）物性：硬质、声学、热学、金属导电、半导体、超导、介电、磁阻、光学薄膜。 薄膜的一个重要参数：a厚度，决定薄膜性能、质量；b通常，膜厚小于数十微米，一般在1微米以下。
3. 薄膜应用 薄膜材料及相关薄膜器件兴起于20世纪60年代。是新理论、高技术高度结晶的产物。 （1）主要的薄膜产品： 光学薄膜、集成电路、太阳能电池、液晶显示膜、光盘、磁盘、刀具硬化膜、建筑镀膜制品、塑料金属化制品。 （2）薄膜是现代信息技术的核心要素之一： 薄膜材料与器件结合，成为电子、信息、传感器、光学、太阳能等技术的核心基础。 4.薄膜的制备方法 （1）代表性的制备方法按物理、化学角度来分，有： a物理成膜PVD、b化学成膜CVD （2）具体制备方法如下表流程图： §2 薄膜的形成机理 1.薄膜材料在现代科学技术中应用十分广泛,制膜技术的发展也十分迅速。制膜方法—分为物理和化学方法两大类；具体方式上—分为干式、湿式和喷涂三种，而每种方式又可分成多种方法。 2.薄膜的生长过程分为以下三种类型： (1) 核生长型（V olmer Veber型）：这种生长的特点是到达衬底上的沉积原子首先凝聚成核，后续的沉积原子不断聚集在核附近，使核在三维方向上不断长大而最终形成薄膜。核生长型薄膜生长的四个阶段： a. 成核：在此期间形成许多小的晶核，按同济规律分布在基片表面上； b. 晶核长大并形成较大的岛：这些岛常具有小晶体的形状； c. 岛与岛之间聚接形成含有空沟道的网络； d. 沟道被填充：在薄膜的生长过程中，当晶核一旦形成并达到一定尺寸之后，另外再撞击的离子不会形成新的晶核，而是依附在已有的晶核上或已经形成的岛上。分离的晶核或岛逐渐长大彼此结合便形成薄膜。 这种类型的生长一般在衬底晶格和沉积膜晶格不相匹配时出现。大部分的
关于脉冲激光沉积(PLD)薄膜技术的探讨
《表面科学与技术》课程作业 关于脉冲激光沉积（PLD）薄膜技术的探讨 摘要：薄膜材料广泛应用在半导体材料、超导材料、生物材料、微电子元件等方面。为了得到高质量的薄膜材料，科学家一直在寻找和探讨各种新的技术，脉冲激光沉积（Pulsed Laser Diposition PLD）薄膜技术是近年来快速发展起来的使用范围最广，最有前途的制膜技术之一。本文介绍了脉冲激光沉积(PLD)薄膜技术的原理及特点，并与其他薄膜技术进行对比，探讨衬底温度、靶材与基底的距离、退火温度、靶材的致密度、激光能量、激光频率等参数对薄膜质量的影响。分析了脉冲激光沉积技术在功能薄膜材料中的应用和研究现状，并展望了该技术的应用前景。 关键字：脉冲激光沉积（PLD）等离子体薄膜技术 前言 上世纪60年代第一台红宝石激光器的问世，开启了激光与物质相互作用的全新领域。科学家们发现当用激光照射固体材料时，有电子、离子和中性原子从固体表面逃逸出来，这些跑出来的粒子在材料附近形成一个发光的等离子区，其温度估计在几千到一万度之间，随后有人想到，若能使这些粒子在衬底上凝结，就可得到薄膜，这就是最初激光镀膜的概念。最初有人尝试用激光制备光学薄膜，这种方法经分析类似于电子束打靶蒸发镀膜，没有体现出其优势来，因此这项技术一直不被人们重视。直到1987年，美国Bell实验室首次成功地利用短波长脉冲准分子激光制备了高质量的钇钡铜氧超导薄膜，这一创举使得脉冲激光沉积(Pulsed Laser Deposition，简称PLD)技术受到国际上广大科研工作者的高度重视，从此PLD 成为一种重要的制膜技术]1[1。 由于脉冲激光沉积技术具有许多优点，它被广泛用于铁电、半导体、金刚石(类金刚石)等多种功能薄膜以及生物陶瓷薄膜的制备上，可谓前途光明。 1. PLD 技术装置图及工作原理 1.1 PLD系统 脉冲沉积系统样式比较多，但是结构差不多，一般由准分子脉冲激光器、光路系统(光阑扫描器、会聚透镜、激光窗等)；沉积系统(真空室、抽真空泵、充气系统、靶材、基片加 热器)；辅助设备(测控装置、监控装置、电机冷却系统)等组成]2[2，如图1-1所示。 1[1]邓国联，江建军．脉冲沉积技术在磁性薄膜制备中的应用[J]．材料导报2003，17(2)：66—68．原文：“1987年，美国Bell实验室首次成功地利用短波长脉冲准分子激光制备了高质量的钇钡铜氧(YBCO)超导薄膜，脉冲激光沉积(Pulsed Laser Deposition，简称PLD)技术才成为一种重要的制膜技术受到国际上广大科研工作者的高度重视。” 2[2] 高国棉陈长乐陈钊李谭王永仓金克新赵省贵(1西北工业大学理学院，西安
DLC薄膜制备和检测技术综述
文献综述 DLC薄膜的制备和检测技术综述 学院光电学院 学科光学工程 学号1101210021 姓名薛俊 2013年6月18日
前言 20世纪70年代初,Aisenberg[1]和E.Gspenc[2]分别次采用离子束沉积技术(IBD)和碳气相离子束增强沉积(IBED)技术制备了绝缘碳膜，命名该膜为DLC[1]。20世纪70年代末，前苏联研制的DLC膜的硬度已经达到15000(维氏硬度)[3]。DLC薄膜具有生产工艺简单，性能优良等特点。20世纪80年代中期，在世界范围内掀起了研究、制备、开发和应用DLC膜的热潮。厚度为100μm、表面粗糙度<10nm的DLC膜己经被美国通用原子公司（GA）利用PECVD制造出来[3]。我国在制备DLC膜研究、应用方面也去得了长足的进展，不过与发达国家相比，差距还是存在的。现在DLC膜还有很多问题存在争议或尚未解决。这也问题严重制约了DLC膜的研究发展，现在，随着DLC制备技术的日益完善以及社会对DLC膜的需求量的增加，DLC 膜的应用研究价值也日益凸显。 1 DLC薄膜概况 1971年德国的Aisenberg 采用碳离子束首次制备出了具有金刚石特征的非晶态碳膜,由于所制备的薄膜具有与金刚石相似的优异性能,Aisenberg于1973年首次把它称之为类金刚石(DLC)膜[1]。DLC膜有着和金刚石几乎一样的性质,如高硬度、耐磨损、高表面光洁度、高电阻率、优良的场发射性能,高透光率及化学惰性等,它的产品广泛应用在机械、电子、光学和生物医学等各个领域。尤其在光学领域，该技术在光学薄膜制造及其应用方面, 突破了大面积、高均匀性、高透射比、抗激光兼容的红外减反射膜镀制关键技术, 并在军事和民用上得以应用。DLC膜的沉积温度低、表面平滑,具有比金刚石膜更高的性价比,且在相当广泛的领域内可以代替金刚石膜,所以自80年代
脉冲激光制备纳米薄膜
存档日期：存档编号: 北京化工大学 研究生课程论文 课程名称: 应用激光化学 课程代号: Ach514 任课教师: 顾福博 完成日期: 2013 年12 月10 日 专业: 化学 学号: 2013200938 姓名: 范国凌 成绩:
脉冲激光沉积技术在纳米薄膜制备中的应用 摘要 对脉冲激光沉积技术（PLD）作了简要介绍，讨论了其物理过程。列举了几种应用PLD技术制备的纳米薄膜。 关键字：激光，纳米，亚稳态，薄膜，脉冲激光沉积技术 1 引言 薄膜科学是近年来发展迅猛的领域之一。纳米材料是本世纪80年代中期发展起来的具有全新结构的材料。近年来，对纳米材料的制备、结构、性能及应用前景，进行了广泛而深入的研究。纳米材料已经被誉为“21世纪最具有前途的材料”。 薄膜的研究依赖于薄膜的制备。高质量的薄膜有利于薄膜物理的研究和薄膜器件应用的发展。长期以来，人们发展了多种制膜技术和方法，如真空蒸发沉积磁控溅射沉积、离子束溅射沉积。金属有机物化学气相沉积（MOCVD）和分子束外延（MBE）等。上述方法各具特色，在一定程度上得到了应用。尽管如此，由于各自的局限性，仍然不能满足薄膜研究及多种薄膜制备的需要。大功率纳米级脉冲激光用于薄膜制备时近年来发展起来的一项新技术，随着高功率脉冲激光技术的发展，脉冲激光沉积技术的独特优点和潜力逐渐被人们认识和重视。当前，脉冲激光薄膜制备技术在高熔点材料及多组分材料（如化合物半导体、电子陶瓷超导材料）的精密薄膜，尤其是外延单晶纳米薄膜及多层结构的制备上显示出很大的前景。 脉冲激光薄膜沉积（PLD）的基本原理是利用高功率激光照射待沉积的材料，使之汽化、电离、加速并沉积在基底上。图一时设备的示意图。虽然连续激光也可以使材料汽化，但是实验表明，激光沉积技术的优点都与脉冲激光相关联，与常规的热蒸发有显著区别。脉冲激光作为一种新型的加热源，其特点之一是能量在空间和时间上的高度集中，目前所用的脉冲激光器以准分子激光器（excimer laser）效果最好。根据工作介质气体不同，其光源波长可分为193nm（ArF），248nm （KrF），308nm（XeCl）和351nm（XeF），相应的光子能量为6.4eV，5.0eV，4.03eV和3.54eV。准分子激光器的一般输出脉宽为25ns左右的巨脉冲，每脉冲能量可达几个焦耳，脉冲峰值功率可高达100MW，能量在时间上高度集中。当这束激光被透镜汇聚到一个点上，能量又在空间上被高度压缩。照射在靶上的功率密度可高达1000MW/cm2以上。这样就产生了常规方法难以达到的极端条件。这种极端条件下的光-凝聚态物质相互作用，导致了材料的汽化中的新现象。应该说明，虽然功率密度非常之高，但由于每脉冲能量并不大，因此目前PLD属于小规模的薄膜沉积技术。
脉冲激光烧蚀技术的研究现状及进展概要
脉冲激光烧蚀技术的研究现状及进展1 徐兵2，宋仁国 （浙江工业大学机械制造及自动化教育部重点实验室，杭州 310014） 摘要：本文综述了脉冲激光烧蚀技术的原理、特性及研究现状，并对其发展前景进行了展望。 关键词：脉冲激光烧蚀，现状，前景 Research Status and Development of Pulsed Laser Ablation Technology Xu Bing SONG Ren-Guo (The MOE Key Laboratory of Mechanical Manufacturing and Automation，ZheJiang University of Technology, HongZhou 310014) Abstract: This paper presents a summary on the theory, the properties and the research status of pulsed laser ablation, as well as the prospect of the development of this technology. Keyword: pulsed laser ablation；state；prospect 一、引言 自1960年第一台激光器问世以来，人们对激光的特性进行了研究，由于激光具有高能量密度、高单色性、高相干性和高方向性等性能，从而使其在各个领域得到了广泛的应用[1-3]。 近20年来，激光制造技术已渗入到诸多高新技术领域和产业中，并开始取代或改造某些传统的加工业。尤其是纳米技术的兴起，人们对其加工技术的要求也愈来愈高。而脉冲激光烧蚀技术(Pulsed laser ablation，PLA)就是一种最近发展起来制备纳米粒子，纳米粉和纳米薄膜的高端技术。正是由于脉冲激光烧蚀技术的重要性和诱人的前景，使其成为当今世界上的研究热点之一[4-8]。 二、脉冲激光烧蚀技术的原理和特性 2.1、脉冲激光烧蚀技术的原理 60年代初，人们就发现了激光与物质的相互作用。而脉冲激光烧蚀技术就是基于此物理基础，它是用一束高能脉冲激光辐射靶材表面,使其表面迅速加热融化蒸发,随后冷却结晶的一种制备材料的技术。其工作原理是将具有很高亮度的激光束经透镜聚焦后，能在焦点附近产生数千度乃至上万度的高温，此高温几乎 1浙江省自然科学基金青年科技人才培养项目R405031资助及浙江省留学回国基金Z01102001 2E-mail : xubing198287@https://www.360docs.net/doc/e19776708.html, 地址：浙江工业大学研241号信箱
薄膜材料及其制备技术
课程设计 实验课程名称电子功能材料制备技术 实验项目名称薄膜材料及薄膜技术 专业班级 学生姓名 学号 指导教师 薄膜材料及薄膜技术 薄膜技术发展至今已有200年的历史。在19世纪可以说一直是处于探索和预研阶段。经过一代代探索者的艰辛研究，时至今日大量具有各种不同功能的薄膜得到了广泛的应用，薄膜作为一种重要的材料在材料领域占据着越来越重要的地位，各种材料的薄膜化已经成为一种普遍趋势。其中包括纳米薄膜、量子线、量子点等低维材料，高K值和低K值介质薄膜材料，大规模集成电路用Cu布线材料，巨磁电阻、厐磁电阻等磁致电阻薄膜材料，大禁带宽度的“硬电子学”半导体薄膜材料，发蓝光的光电半导体材料，高透明性低电阻率的透明导电材料，以金刚石薄膜为代表的各类超硬薄膜材料等。这些新型薄膜材料的出现，为探索材料在纳米尺度内的新现象、新规律，开发材料的新特性、新功能，提高超大规
模集成电路的集成度，提高信息存储记录密度，扩大半导体材料的应用范围，提高电子元器件的可靠性，提高材料的耐磨抗蚀性等，提供了物质基础。以至于将薄膜材料及薄膜技术看成21世纪科学与技术领域的重要发展方向之一。 一、薄膜材料的发展 在科学发展日新月异的今天，大量具有各种不同功能的薄膜得到了广泛的应用，薄膜作为一种重要的材料在材料领域占据着越来越重要的地位。 自然届中大地、海洋与大气之间存在表面，一切有形的实体都为表面所包裹，这是宏观表面。生物体还存在许多肉眼看不见的微观表面，如细胞膜和生物膜。生物体生命现象的重要过程就是在这些表面上进行的。细胞膜是由两层两亲分子--脂双层膜构成，它好似栅栏，将一些分子拦在细胞内，小分子如氧气、二氧化碳等，可以毫不费力从膜中穿过。膜脂双层分子层中间还夹杂着蛋白质，有的像船，可以载分子，有的像泵，可以把分子泵到膜外。细胞膜具有选择性，不同的离子须走不同的通道才行，比如有K＋通道、Cl－通道等等。细胞膜的这些结构和功能带来了生命，带来了神奇。 二、薄膜材料的分类 目前，对薄膜材料的研究正在向多种类、高性能、新工艺等方面发展，其基础研究也在向分子层次、原子层次、纳米尺度、介观结构等方向深入，新型薄膜材料的应用范围正在不断扩大。当前薄膜科学与技术得到迅猛发展的主要原因是，新型薄膜材料的研究工作，始终同现代高新技术相联系，并得到广泛的应用，常用的有：超导薄膜、导电薄膜、电阻薄膜、半导体薄膜、介质薄膜、绝缘薄膜、钝化与保护薄膜、压电薄膜、铁电薄膜、光电薄膜、磁电薄膜、磁光薄膜等。近10年来，新型薄膜材料在以下几个方面的发展更为突出： （1）金刚石薄膜 金刚石薄膜的禁带宽，电阻率和热导率大，载流子迁移率高，介电常数小，击穿电压高，是一种性能优异的电子薄膜功能材料，应用前景十分广阔。 金刚石薄膜有很多优异的性质：硬度高、耐磨性好、摩擦系数高、化学稳定性好、热导率高、热膨胀系数小，是优良的绝缘体。金刚石薄膜属于立方晶系，面心立方晶胞，每个晶胞含有8个C原子，每个C原子采取sp3杂化与周围4个C原子形成共价键，牢固的共价键和空间网状结构是金刚石硬度很高的原因。
超短脉冲激光烧蚀技术应用探究
超短脉冲激光烧蚀技术应用探究 近年来随着超短脉冲激光烧蚀技术的发展，该技术被广泛应用于工业领域。短脉冲激光与物质相互作用时间介于纳秒与飞秒之间，其峰值功率可达兆瓦级，因此在加工中可应用于高精度、高硬材料的精细加工上，同时也可以实现材料的三维加工，该方式称为“冷”加工。文章旨在介绍超短脉冲技术的应用研究，使人们对该技术有一定的宏观认识。 标签：超短脉冲；激光烧蚀；应用探究；宏观认识 1 短脉冲激光器与金属相互作用理论 短脉冲诱导烧蚀材料的过程的建立需要一定的时间，并且与激光强度有直接关系。当脉宽给定时，只有当激光场的强度超过一定值时，形成的等离子体才能发生不可逆的损伤阈值，该阈值范围通常以激光的能流阈值表示。根据文献指出，脉冲宽度从连续到几十个皮秒范围内，烧蚀过程为离子雪崩过程，开始于内部电子。通过对超短脉宽烧蚀阈值的研究发现，当偏离了脉冲宽度平方根法则的时候，能量在很大范围内变动均可引起材料的烧蚀，如图1所示为超短脉冲激与金属作用的过程。 当前人们于超短脉冲激光烧蚀物质的机理和研究还没有获得完全的认知，研究的模型是将物质看做一个总体的系统去考虑，只有达到了该物质的沸点或熔点时，使得物质蒸发或者熔化而使材料被去除。应用傅里叶传热模型对上述过程可进行具体的描述，但是他不适用于描述和分析超短脉冲激光与金属薄膜或者介质膜的作用过程。原因是由于载流子的特征尺寸与膜层的厚度相当，同时其特征时间与传输能量的时间接近。 当超短脉冲激光与金属材料作用发生激光烧蚀时，材料的表面的电子吸收激光的能量后变为非平衡状态，发生了相互制约的现象。造成电子爆炸运动速度接近于费米速率。同时热电子通过碰撞作用使得内部电子获得加热，之后参与碰撞的电子达到短暂的呈费米分布的热平衡态。电子与晶格通过碰撞耦合效应，使得电子温度降低和晶格温度升高，最终电子温度与材料的晶格温度达到平衡。 2 短脉冲激光烧蚀研究方法 激光烧蚀的研究方法包括：实验方法测定，理论计算分析和数值模拟。实验方法能够准确的对后两种方法进行检验。但实验方法需要的成本巨大。理论计算分析和数值模拟方法是一种对于研究激光烧蚀问题的非常有的方法，其理论分析过程非常严谨，但是也存在一定的边界条件限制，需要进行相应的假设，处理问题的范围有限。但其可低成本、高精度模拟短脉冲烧蚀机理内的复杂问题，一直是各大科研院校应用的最广泛的方法。若条件允许会采用实验方法进行验证，不断修正算法达到近乎理想的模拟及精密数值计算水平。
薄膜制备方法
薄膜制备方法 1.物理气相沉积法（PVD）：真空蒸镀、离子镀、溅射镀膜 2.化学气相沉积法（CVD)：热CVD、等离子CVD、有机金属CVD、金属CVD。 一、真空蒸镀即真空蒸发镀膜，是制备薄膜最一般的方法。这种方法是把装有基片的真空室抽成真空，使气体压强达到10ˉ2Pa以下，然后加热镀料，使其原子或者分子从表面气化逸出，形成蒸汽流，入射到温度较低的基片表面，凝结形成固态薄膜。其设备主要由真空镀膜室和真空抽气系统两大部分组成。 保证真空环境的原因有①防止在高温下因空气分子和蒸发源发生反应，生成化合物而使蒸发源劣化。②防止因蒸发物质的分子在镀膜室内与空气分子碰撞而阻碍蒸发分子直接到达基片表面，以及在途中生成化合物或由于蒸发分子间的相互碰撞而在到达基片前就凝聚等③在基片上形成薄膜的过程中，防止空气分子作为杂质混入膜内或者在薄膜中形成化合物。 蒸发镀根据蒸发源的类别有几种: ⑴、电阻加热蒸发源。通常适用于熔点低于1500℃的镀料。对于蒸发源的要求为a、熔点高 b、饱和蒸气压低 c、化学性质稳定，在高温下不与蒸发材料发生化学反应 d、具有良好的耐热性，功率密度变化小。 ⑵、电子束蒸发源。热电子由灯丝发射后，被电场加速，获得动能轰击处于阳极的蒸发材料上，使蒸发材料加热气化，而实现蒸发镀膜。特别适合制作高熔点薄膜材料和高纯薄膜材料。优点有a、电子束轰击热源的束流密度高，能获得远比电阻加热源更大的能量密度，可以使高熔点（可高达3000℃以上）的材料蒸发，并且有较高的蒸发速率。b、镀料置于冷水铜坩
埚内，避免容器材料的蒸发，以及容器材料与镀料之间的反应，这对于提高镀膜的纯度极为重要。c、热量可直接加到蒸发材料的表面，减少热量损失。 ⑶、高频感应蒸发源。将装有蒸发材料的坩埚放在高频螺旋线圈的中央，使蒸发材料在高频电磁场的感应下产生强大的涡流损失和磁滞损失（铁磁体），从而将镀料金属加热蒸发。常用于大量蒸发高纯度金属。 分子束外延技术（molecular beam epitaxy,MBE)。外延是一种制备单晶薄膜的新技术，它是在适当的衬底与合适条件下，沿衬底材料晶轴方向逐层生长新单晶薄膜的方法。外延薄膜和衬底属于同一物质的称“同质外延”，两者不同的称为“异质外延”。 10—Pa的超真空条件下，将薄膜诸组分元素的分子束流，在严格监控之下，直MBE是在8 接喷射到衬底表面。其中未被基片捕获的分子，及时被真空系统抽走，保证到达衬底表面的总是新分子束。这样，到达衬底的各元素分子不受环境气氛的影响，仅由蒸发系统的几何形状和蒸发源温度决定。 二、离子镀是在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物质离化，在气体离子或被蒸发物质离子轰击作用的同时，把蒸发物或其反应物蒸镀在基片上。 常用的几种离子镀： （1）直流放电离子镀。蒸发源：采用电阻加热或电子束加热；充入气体：充入Ar或充入少量反应气体；离化方式：被镀基体为阴极，利用高电压直流辉光放电离子加速方式：在数百伏至数千伏的电压下加速，离化和离子加速一起进行。 （2）空心阴极放电离子镀（HCD，hollow cathode discharge ）。等离子束作为蒸发源，可充入Ar、其他惰性气体或反应气体；利用低压大电流的电子束碰撞离化，0至数百伏的加速电压。离化和离子加速独立操作。 （3）射频放电离子镀。电阻加热或电子束加热，真空，Ar，其他惰性气体或反应气体；利
薄膜技术与薄膜材料复习重点汇编
薄膜技术与薄膜材料 一.考试题型 名词解释（10*2=20）判断题（10*1=10）多项选择题（8*2=16）简答题( 5*8=40) 论述题（1*14=14） 二.重点 1.薄膜的定义 2.气体平均自由程 3.真空泵的种类 4.真空的测量、真空度有哪些 5.检漏技术有哪些 6.CVD----定义、制备过程、条件、输入现象 7.CVD反应动力学、热力学 8.溶胶凝胶的基本概念、原理、水解与缩聚反应 9.CVD的种类 10.PVD---定义、原理 11.真空蒸发的原理，镀膜过程 12.热蒸发、饱和蒸汽压的定义 13.阴影效应 14.影响薄膜厚度均匀性的因素 15.什么叫外延 16.溅射法、能量传递过程、气体放电现象、辉光效应17.等离子体的定义 18.影响产额（溅射）的因素 19.磁控溅射的原理、过程、优缺点 20.各类溅射法适用于制备何种材料 21.什么叫靶材中毒 22.薄膜的生长过程 23.薄膜的生长过程的影响因素 24.薄膜生长的三种形式 25.薄膜中的热应力、生长应力分别是什么 26.薄膜厚度的测量 27.薄膜结构的表征方法，各类仪器的用途 28.改善附着力的途径
简答题（作业） 1.请简述化学气相沉积的原理和主要过程。 化学气相沉积是通过化学反应的方式，利用加热、等离子激励或光辐射等各种能源，在反应器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固界面上经化学反应形成固态沉积物的技术。 原理：在反应过程中，以气体形式提供构成薄膜的原料，反应尾气由抽气系统排出。通过热能（辐射、传导、感应加热等）除加热基板到适当温度之外，还对气体分子进行激发、分解，促进其反应。分解生成物或反应产物沉积在基板表面形成薄膜。 CVD法制备薄膜的过程——简化的四大过程 ①反应气体被基体表面吸附； ②反应气体向基体表面扩散； ③在基体表面发生反应； ④气体副产品通过基体表面由内向外扩散而脱离表面。 2.在利用蒸发法制备薄膜时，影响薄膜厚度均匀性的因素有哪些，如何改善薄膜厚度均匀性？ 影响薄膜厚度均匀性的因素：薄膜沉积的方向性和阴影效应 改善薄膜厚度均匀性的方法： 1）加大蒸发源到衬底表面的距离，但此法会降低沉积速率及增加蒸发材料损耗； 2）转动衬底； 3）如果同时需要沉积多个样品、且每个样品的尺寸相对较
固体薄膜材料与制备技术
一薄膜的特征 薄膜是一种二维材料，它在厚度方向上的尺寸很小，往往为纳米至微米级。从宏观上讲，薄膜是位于两个平面之间的一层物质，其厚度与另外两维的尺寸相比要小得多。从微观上讲，薄膜是由原子或原子团凝聚而成的二维材料。 一旦材料的厚度变得很小是就形成了二维薄膜，有些物理量会在表面中断，表面的能态和内部的能态迥然不同导致表面上的粒子所受到的力不同于体内的粒子，产生明显的非对称性，因而呈现一系列不同于块状材料的电学、磁学、光学、热学特性和化学特性等。 1表面散射效应影响电导率、电阻温度系数、霍尔系数、热电系数等。 2熔点降低。 薄膜的结构 可分为三种：组织结构、晶体结构和表面结构。 组织结构是指它的结晶形态，包括非晶、多晶和单晶结构。非晶结构，无定形态，基片温度较低时形成。多晶薄膜是有若干大小不等的岛状晶粒所组成的，多晶薄膜的晶粒可以按一定的取向排列起来形成不同的结构。薄膜中晶粒的择优取向发生在薄膜生长的各个阶段：初始成核阶段、小岛聚结阶段和最后阶段。若吸附原子在基片表示有较高的扩散速率，晶粒的择优取向发生在薄膜形成的初期阶段。如果媳妇原子的表面扩散速率较小，初始膜层则不会产生择优取向。在适当的单晶基片、温度、沉积速率等条件下，薄膜可以沿着单晶基片的结晶轴呈单晶生长，称为外延。实现外延生长必须满足三个条件：1吸附原子有较高的表面扩散速率；2基片与薄膜材料相容，即结构相似；3整体表面必须清洁、光滑和化学稳定性好。表面结构：在薄膜形成的过程中，入射到基片表面上的气相原子沉积到基片表面上之后，会在表面上作横向扩散，占据表面上的一些空位，导致薄膜表面积缩小，表面能逐步降低。另外，先期到达表面的原子在表面的吸附、堆积，会影响后到达的原子在基片上的扩散，容易形成“阴影”。吸附原子在表面上的横向扩散运动的能量大小与基片的温度密切相关。因为各向异性和表面粗糙度将增加表面能，结果薄膜在制备生长的过程中倾向于使表面光滑。基片温度较高，吸附原子的表面迁移速率增加，凝结优先发生在表面凹处，或沿某些晶面优先生长。基片温度较低时，因原子迁移速率很小，表面比较粗糙，且面积较大，容易形成多孔结构。 薄膜的缺陷 生长过程中会产生空位、位错，吸附杂质还会产生点缺陷、线缺陷、台阶、晶界等。内部点缺陷和表面点缺陷。薄膜中的点缺陷比体材料大得多。在生长乃至退火过程中还可能发生运动。线缺陷：位错往往贯穿值薄膜的表面，位错穿过表面的部分上产生运动所需的能量很高，从而处于钉扎状态。薄膜的位错较体材料的位错更难于运动，在力学和热力学上较为稳定。面缺陷：在较高温度下，大晶粒逐步侵蚀小晶粒，具体表现为晶界的运动。 附着、扩散和内应力使薄膜的固有特征。 二真空技术基础 在真空状态下，气体分子数密度降低，分子之间的碰撞频率减少，平均自由程加大，气体分子与器壁之间的碰撞频率也减少，气体在器壁表面上的吸附率降低，气体中的活性成分减少，因而真空状态是一个相对干净的环境。 低真空105~102pa 中真空102~10-1pa 高真空10-1~10-5pa 超高真空＜10-5pa 一般来说，蒸发沉积法要求压强小于10-3pa的高真空，溅射沉积法要求10~10-2pa的中、高真空，化学气相沉积法要求100~10-3pa的中高真空。 在低真空状态，为了获得压力差；在中真空状态，形成等离子体，气体的动力学性质明显，对流现象消失，剩余气体的化学作用大大减弱，沉积薄膜大都在此区域；高真空状态，真空