溅射法制备纳米硅薄膜研究进展

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实验磁控溅射法制备薄膜材料

实验磁控溅射法制备薄膜材料磁控溅射法制备薄膜材料的步骤如下：1.靶材选择：选择可以溅射制备薄膜的材料作为溅射靶材。

这些材料通常是单质金属、合金或化合物，如金、银、铜、铝、氧化物等。

2.基底处理：将制备薄膜的基底进行清洗和表面处理，以保证薄膜的附着力和质量。

3.靶材安装：将靶材安装在溅射器的靶架上。

4.真空抽气：将溅射室进行抽气，以建立良好的真空环境。

这可以防止杂质、气体和水分对薄膜质量的影响。

5.溅射气体调节：调节溅射气体（通常是氩气）的流量和压力，以维持合适的工作气氛。

6.加热基底：通过加热基底，可以提高薄膜附着力和晶体质量。

7.确定溅射条件：根据需要制备的薄膜材料，调节溅射功率、工作气氛和溅射时间等参数，以保持溅射过程的稳定和合适的溅射速率。

8.溅射过程：通过加大靶架上的电流，激发高能粒子与靶材相互作用，使靶材表面的原子蒸发并沉积在基底上。

9.薄膜测量：制备完成后，进行薄膜的物理、化学性质的测试和表征，如薄膜的厚度、表面形貌、晶体结构、成分等。

磁控溅射法制备薄膜材料具有以下优点：1.良好的控制性：可以通过调节溅射参数（如功率、压力等）来控制薄膜的结构和性质。

2.高纯度材料：由于溅射过程中没有反应，制备的薄膜材料具有高度的化学纯度。

3.多种材料选择：不仅可以制备金属薄膜，还可以制备合金、氧化物、硅等其他材料的薄膜。

4.优异的附着性：磁控溅射法制备的薄膜与基底之间具有较好的附着性，可以在多种基底上制备。

5.溅射速率高：与其他制备薄膜的方法相比，磁控溅射的溅射速率较高，制备时间较短。

磁控溅射法制备薄膜材料的应用非常广泛。

例如，浮法玻璃制备中使用的氧化物和金属薄膜、电子器件制造中的金属和半导体薄膜、太阳能电池中的透明导电膜、光学镀膜中的金属和二氧化硅薄膜等。

此外，磁控溅射法还可以用于制备多层薄膜、纳米结构薄膜以及复合薄膜等特殊结构的材料。

总结起来，实验磁控溅射法制备薄膜材料是一种简便、可控性强且应用广泛的方法。

磁控溅射镀膜和AFM在氢化纳米硅制作过程中的应用实验报告

虚拟仿真实验报告在此虚拟仿真实验中，我们可以利用AFM测量到四种不同氢气分压和沉积时间的条件下，氢化纳米硅薄膜的晶化情况、晶粒大小及表面形貌，如图1、图2、图3、图4所示。

图1 氢气分压为60%，沉积时间15分钟图2 氢气分压为60%，沉积时间60分钟图3 氢气分压为75%，沉积时间60分钟图4 氢气分压为75%，沉积时间180分钟（2）射频磁控溅射工作原理磁控溅射可以分为直流磁控溅射法和射频磁控溅射法。

直流溅射装置不能用来溅射沉积绝缘介质薄膜。

为了溅射沉积绝缘材料，人们将直流电源换成交流电源。

由于交流电源的正负性发生周期交替，当溅射靶处于正半周时，电子流向靶面，中和其表面积累的正电荷，并且积累电子，使其表面呈现负偏压，导致在射频电压的负半周期时吸引正离子轰击靶材，从而实现溅射。

辉光放电是在真空中，两个电极之间加上电压时产生的一种气体放电现象，是溅射镀膜的基础。

溅射镀膜基于荷能离子轰击靶材时的溅射效应，而整个溅射过程都是建立在辉光放电的基础之上的，即溅射离子都来源于气体放电。

磁控溅射是利用环状磁场控制下的辉光放电，使用的交流电源主要有双极性脉冲（矩形波或正弦波）中频靶电源与射频靶电源。

高真空多功能磁控溅射镀膜系统，如图5所示，主要由溅射真空室组件、永磁磁控溅射靶、直流电源、射频电源、单基片加热台组件、工作气路、抽气系统、安装机台、真空测量及计算机控制系统等部分组成。

图5 高真空多功能磁控溅射镀膜系统在仿真实验中，磁控溅射设备的所有设备可如图6进行真实3D模拟，镀膜溅射过程的真空溅射室以及辉光放电过程可如图7和图8真实模拟。

图6 3D仿真模拟磁控溅射设备图7 3D仿真模拟真空溅射室图8 3D仿真模拟辉光放电过程（3）原子力显微镜工作原理原子力显微镜是通过探针与样品之间微弱的相互作用力来获得表面信息。

当两个原子彼此靠近时，电子云发生重叠，原子之间产生了排斥力，通过采集微悬臂的位移，即可得到物体表面的形貌。

自组装制备纳米材料的研究现状

自组装制备纳米材料的研究现状摘要文章综述了纳米材料各种制备方法，提出了应用自组装技术制备纳米材料。

评述了其在制备纳米材料时的机理、优缺点。

综述了纳米材抖的各种制备方法，提出了应用自组装技术制备纳米材料。

并对国内外应用自组装技术制备纳米材料(如纳米团簇、纳米管、纳米膜等)的研究现状进行了综述。

关键字：纳米材料自组装纳米团簇纳米薄膜前言纳米材料是20世纪80年代中期发展起来的一种具有全新结构的材料，它所具有的独特性质，使它在磁学、电学、光学、催化以及化学传感等方面具有广阔的应用前景。

自组装技术从纳米材料出现开始就一直应用于纳米材料的制备，只不过当时没有明确地将其作为一种方法提出。

到目前为止，自组装技术已能用来制备纳米结构材料，如纳米团簇、纳米管、纳米环、纳米线、多孔纳米材料、功能化纳米材料、功能化纳米级膜及有机/无机纳米复合材料。

纳米科学生命科学技术、信息科学技术和纳米科学技术是本世纪科技发展的主流方向。

纳米科学技术是在纳米空间对原子、分子及其他类型物质的运动与变化规律进行研究，同时在纳米尺度范围内对原子、分子等物质结构单元进行操纵、加工的一个新兴科学领域。

著名物理学家诺贝尔奖获得者Richmd P．Feynman在1959年l2月指出”There is a plenty of room at the bottom”,并预言，如果人类按照自己的意志去安排一个个原子，将得到具有独特性质的物质。

1981年G．Binning教授和H.Rohrer 博士发明了扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscopy，STM)，使人类首次能够直接观察原子，并能通过STM对原子、分子进行操纵。

1990年7月，在美国巴尔的摩召开了第一届国际纳米科学技术学术会议，这标志着纳米科学技术作为一个新兴的领域正式形成，纳米材料学成为材料科学的一个新分支。

2000年7月美国国家科学技术委员会宣布实施纳米技术创新工程，并将纳米计划视为下一次工业革命的核心。

磁控溅射法制备纳米晶钛薄膜工艺研究

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５４・
材料导报Ｂ：研究篇
２０１３年３月（下பைடு நூலகம் 第２７卷第３期
磁控溅射法制备纳米晶钛薄膜工艺研究
张番，刘芳，陈爱英。，刘颍龙
（１上海理工大学机械工程学院，上海２０００９３；２上海理工大学材料科学与工程学院，上海２０００９３）
同时钛薄膜的取向也发生改变，表现出明显的（００２）织构；随着温度的升高，钛薄膜织构取向发生改变，当温度为５００ ℃时，钛薄膜被氧化为一氧化钛薄膜。制成平整钛薄膜的工艺条件为：背底真空度８．８ ×１０Ｐａ，溅射功率２００Ｗ，
Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｖａｃｕｕｍ，ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇｐｏｗｅｒａｎｄｓｕｂｓｔｒａｔｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｔｈｉｎｆｉｌｍｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｄｅｎｓｅｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｔｉｔａｎｉｕｍｆｉｌｍｓｃａｎｂｅｐｒｅｐａｒｅｄｗｈｅｎｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｖａｃｕｕｍｉｓｈｉｇｈｅｒｔｈａｎ８．８ ×１０一Ｐａ，ｂｕｔｔｈｅｔｉｔａｎｉｕｍｆｉｌｍｓａｒｅｏｘｉｄｉｚｅｄｉｎｔｏｔｉｔａｎｉｕｍｍｏｎｏｘｉｄｅｗｈｅｎｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｖａｃｕｕｌｉ］ｉｓｌｏｗｅｒｔｈａｎ２．０Ｘ１０Ｐａ．Ａｓｔｈｅｐｏｗｅｒｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｔｈｅｇｒａｉｎｓｉｚｅｏｆｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｔｉｔａｎｉｕｍｆｉｌｍｉｎｃｒｅａｓｅｓｌｉｎｅａｒｌｙ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｉｔａｎｉｕｍｆｉｌｍｉｓｔｒａｎｓｉｔｅｄｔｏ（００２）ｔｅｘｔｕｒｅ．Ｔｈｅｔｅｘｔｕｒｅｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｉｔａｎｉｕｍｆｉｌｍａｌｓｏｃｈａｎｇｅｓｗｉｔｈ

基于磁控溅射技术的氮化硅薄膜制备及其应用

基于磁控溅射技术的氮化硅薄膜制备及其应用氮化硅薄膜是一种重要的功能性薄膜，广泛应用于光电器件、微电子、电子陶瓷、生物传感等领域。

传统的氮化硅薄膜制备方法包括热氧化法、热CVD法、PECVD法等，但这些方法有着成本高、制备时间长、膜质量难以控制等缺点。

因此，基于磁控溅射技术的氮化硅薄膜制备方法逐渐成为研究热点。

磁控溅射技术是一种利用磁场控制离子轨迹并加速的物理气相沉积技术，具有制备高质量、高纯度薄膜的优势。

在氮化硅薄膜的制备中，该技术更能实现薄膜的高效制备和优质控制。

制备氮化硅薄膜的过程主要包括以下几个步骤：1.准备薄膜沉积用的材料：通常采用Si3N4靶材。

2.加入惰性气体和反应气体：惰性气体如氩气，用于激发靶材表面的原子或离子；反应气体如氮气，与激发后的原子或离子进行反应生成氮化硅薄膜。

3.加入磁场：用磁场控制离子轨迹并加速，获得稳定的离子束，使其准确进入反应区域沉积。

4.进行沉积：将靶材置于真空室中，施加高压，通过加电流使靶材表面发射原子或离子形成靶材等离子体，然后经过离子加速器进行加速，最后被氮气还原成氮化硅薄膜。

基于磁控溅射技术制备的氮化硅薄膜具有许多优异的性能，如高致密性、低介电常数、高硬度、高化学稳定性和很好的耐磨性，可以应用于光学滤波、隔热、防辐射、生物传感器等众多领域。

例如，在光电器件中，氮化硅薄膜可以作为高折射率膜应用于光纤接口和光波导上，同时还可以用于制备高压活块、高压平板等光电器件的绝缘层；在微电子领域，氮化硅薄膜可以作为微电机的防臭层、触控屏的ITO透明导电层应用；在生物传感领域，氮化硅薄膜可以作为生物传感器的酶膜、电极材料或其他生物探测层。

当然，随着技术的不断发展，基于磁控溅射技术的氮化硅薄膜制备方法也在不断优化中。

例如，利用微波辅助的磁控溅射方法，可以提高沉积速率和薄膜品质；利用双阴极磁控溅射方法，则可以有效减少沉积过程中的电子温度和能量，使薄膜结构更加致密和均匀。

综上所述，基于磁控溅射技术的氮化硅薄膜制备技术具有制备高质量、高纯度薄膜的优势，具有广泛的应用前景，值得进一步的研究和应用。

制备纳米薄膜的方法

制备纳米薄膜的方法
制备纳米薄膜的方法有很多种，以下是其中一些常见的方法：
1. 真空蒸发法：在高真空下，将材料加热至其蒸发温度，使其蒸发并沉积在基底上形成薄膜。

这种方法适用于材料蒸发温度较低的情况。

2. 磁控溅射法：在真空室中，通过加热材料至其灼烧温度并利用磁场控制离子轨迹，使离子撞击材料表面并碎裂，形成薄膜。

这种方法适用于需要提高材料附着力和纯度的情况。

3. 化学气相沉积法（CVD）：通过将气态前体物质引入反应室中，在适当的温度和压力下，使其发生化学反应并在基底上沉积形成薄膜。

这种方法适用于制备复杂化合物薄膜。

4. 溶液法：将纳米材料悬浮在溶剂中，通过溶剂挥发或沉积基底上使溶液中的纳米材料沉积成薄膜。

这种方法适用于制备大面积、低成本的纳米薄膜。

5. 电化学沉积法：通过在电解质溶液中施加电压或电流，使金属或合金离子在电极上沉积成薄膜。

这种方法适用于制备金属薄膜，并能够控制薄膜的形貌和厚度。

这些方法可以根据具体需求和材料特性选择合适的制备方法。

同时，不同的方法
也有各自的优缺点，需要根据实际情况进行选择。

直流磁控溅射法制备ito薄膜的研究

直流磁控溅射法制备ito薄膜的研究
直流磁控溅射法是一种制备ITO薄膜的常用方法。

ITO薄膜是一种透明导电薄膜，具有优异的光学和电学性能，广泛应用于平板显示器、太阳能电池、触摸屏等领域。

该方法的制备过程是在真空条件下，将ITO靶材表面的原子通过氩离子轰击而释放出来，然后在基底表面沉积形成薄膜。

在制备过程中，氩离子的能量和流量、靶材的温度和纯度、基底的形状和材料等因素都会影响薄膜的性能。

研究表明，直流磁控溅射法制备的ITO薄膜具有较高的透明度和导电性能，且薄膜厚度均匀、致密度高、结晶度好。

同时，该方法具有操作简便、成本低廉、生产效率高等优点。

然而，该方法也存在一些问题。

例如，靶材表面的氧化物会影响薄膜的导电性能，因此需要采取一些措施来减少氧化物的影响。

此外，氩离子轰击靶材表面会产生热量，导致靶材温度升高，从而影响薄膜的性能。

因此，需要控制氩离子的能量和流量，以及靶材的温度。

总之，直流磁控溅射法是一种制备ITO薄膜的有效方法，具有广泛的
应用前景。

未来，我们可以通过进一步的研究和改进，进一步提高薄膜的性能和稳定性，以满足不同领域的需求。

纳米薄膜材料的研究进展

纳米薄膜材料的研究进展
汇报人：
目录
纳米薄膜材料的分类
01
纳米薄膜材料的制备方法
02
纳米薄膜材料的性能及应用
03
纳米薄膜材料的研究挑战与展望
04
纳米薄膜材料的分类
金属薄膜
金属薄膜的分类：包括金、银、铜、铝等
金属薄膜的制备方法：包括真空蒸发、磁控溅射、离子镀等
金属薄膜的应用：包括电子设备、太阳能电池、传感器等
金属薄膜的研究进展：包括新型金属薄膜材料的开发、制备技术的改进等
01
0 2
03
04
氧化物薄膜
定义：由氧化物组成的薄膜材料特点：具有良好的绝缘性和化学稳定性应用：广泛应用于电子、光学、磁性等领域制备方法：主要有化学气相沉积、物理气相沉积、溶液浸渍等
氮化物薄膜
01
氮化硅薄膜：具有高硬度、耐磨损、耐高温等优良性能
缺点：薄膜厚度不均匀，易产生气泡
和针孔
优点：操作简单，成本低，可大规模
生产
应用：主要用于电子、光学、磁性等
领域
纳米薄膜材料的性能及应用
力学性能
强度：纳米薄膜材料的强度非常高，可以承受很大的载荷硬度：纳米薄膜材料的硬度也非常高，可以抵抗磨损和划伤韧性：纳米薄膜材料的韧性非常好，可以承受很大的变形而不断裂弹性：纳米薄膜材料的弹性非常好，可以快速恢复原状
控释放。
纳米薄膜材料的研究挑战与展望
实验技术挑战
纳米薄膜材料的制备技术
纳米薄膜材料的应用技术
纳米薄膜材料的表征技术
纳米薄膜材料的稳定性和可靠性
问题
理论模型建立
理论模型建立的难点：纳米薄膜材料的复杂性和多样性

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（ｃＳ：薄膜是由纳米尺寸的微晶硅颗粒ｎ — ｉＨ）构成的材料，不仅具有非晶硅的高吸收系其
传统不含Ｈ的ａＳ薄膜中的悬挂键 —ｉ（ＤＢ）密度很高，电学性能差，不７能满足器件的应用要求。通过使用氢气和氩气的混合气体，向薄膜中引入了Ｈ原子。Ｈ原子能够饱和或部分饱和ａＳ薄膜中的ＤＢ —ｉ缺陷态，它的Ｄ使Ｂ密度大大下降，可是移动Ｈ也带来一些不利影响，如Ｈ原子在薄膜中扩散，易引起容弱Ｓ＿ｉ的断裂和Ｈ的聚集，致鬈ｉＳ键导 ’ ２曩ＤＢ的移动和其密度的增加｛。具董有一定微晶成分的氰化钠米硅薄膜ｌ很好地解决了这一问题，其有序结
溅射、反应磁控溅射等。真空溅射法制备纳米硅薄膜是使用氩气和氢气的混合等离子气体轰击硅靶材。经轰击后，向衬底的硅射原子与衬底表面相碰撞，其中一部分被反射，另一部分在表面上停留。留于表面的停原子在自身能量的作用下，发生表面扩散及表面迁移。一部分再蒸发脱离表面，一部分落人势谷底，衬底表面吸附，发生凝被即结过程。凝结伴随着晶核形成与生长，岛的形成、合并与生长，最后形成连续的膜层
射淡镶纳米硅薄膜研究进展
袁珂黄强郝会颖１中国地质大学（北京）材料科学与工程学院１０８０３０２中国地质大学（北京）息工程学院１０８信０３０
、、
（ｘＲＤ）计算数据表明，当氢气分压为６％时，薄膜中晶相比例最高。０３２腔体气压．腔体的工作气压一般限制在气体产生放电的压力范围之内。Ｆｋｙ等用射频Ｋ．ｕａａ磁控溅射制备微晶硅（ｃＳ：薄膜【 — ｉＨ）６】，氢气分压稳定在４％，腔体气压在０６ — ０．７５Ｐ变化。实验研究了腔体气压对薄膜晶３ａ粒尺寸、沉积速率、电性能的影响。光通过ＸＲＤ分析薄膜的平均晶粒尺寸和晶相比在气压为８ａ最大。当气压从０６Ｐ增大Ｐ时．７ａ
至４Ｐ，由靶飞向衬底的硅原子与工作气０ａ体分子碰撞几率增大，导致硅原子能量降低，积在衬底上的硅原子－ｉ薄膜被视为新型硅基薄膜太阳ＪＣｓＨ
能电池的核心材料。本文从溅射工艺、沉积过程结构特征方面对溅射法制备纳米硅薄膜的研究进展作了综述。纳米硅薄膜；溅射；削备
数，也兼具单晶硅的良好光学稳定性。目前，多数研究人员采用等离子增强化学气相沉积法（ＥＣＶＤ）或热丝化学气相沉Ｐ积法（ —ＣＨｗＶＤ）备该材料，但溅射法制也能沉积出具有高品质的硅薄膜材料。该法所用设备价格低廉，工艺简单，无需使用硅烷等有毒气体，大幅地降低了生产成本。
ｌ０《沉积速率从０３ｍ／降至０１ｍ／。实验Ｉ．ｎｓ．ｎｓ【ｎ０还发现薄膜的光电导和暗电导在８ａ左右Ｐ也达到最大值。Ｋ．ｕａａ过监测气室内氩气、氢Ｆｋｙ通气混合等离子气体的发射光谱，研究了气室内化学反应随腔体压力的变化情况【。６Ｊ
【＿３
。
１引言
太阳能电池正在朝着薄膜化方向发展，它不仅质量轻，成本也比普通单晶硅电池低。传统非晶硅（ —Ｓｉａ）薄膜电池
合理的溅射工艺是影响薄膜性质的关键，目前研究的主要影响因素有：气体成分、腔体气压、衬底温度、衬底偏压等。
控溅射实验。实验表明氢气分压的升高】会导致薄膜沉积速率的下降。随着氢气分压升至５％，平均晶粒尺寸达到最大，当０
氢气分压继续升高，晶粒尺寸减小，这表明Ａｒ轰击离子的减少对沉积速率和晶粒尺寸都有影响。拉曼光谱和Ｘ射线衍射
的光电转换率较低，光照下有明显的光致衰退（Ｓｗ）效应，这成为制约其发展的瓶颈。纳米科学的发展为人们解决这一
问题提供了新思路。研究发现，纳米硅
３制备工艺
３１气体成分．
如图１示，总体可化分为三个区域：区所域１（压低于４Ｐａ）区域２（气，４— ４Ｐ）区域３（于４Ｐ）随着腔体气压０ａ，高０ａ。增大，室中的氩原子和氢分子数目增多，气因此区域１，Ａ和Ｈ０的发射光谱强度中ｒ【
维普资讯
中国科技信息２０年第１期０８５
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本项目得到中国地质大学（京）大学生创新性实验计划项目专项基金资助北