薄膜知识点汇总
光学薄膜基础知识介绍

光学薄膜基础知识介绍光学薄膜是一种具有特定光学性质的薄膜材料,通常由多个不同折射率的材料层次交替排列组成。
它以其特殊的折射、反射、透射等光学性质,在光学领域中得到广泛应用。
下面将介绍光学薄膜的基础知识。
一、光学薄膜的分类1.反射膜:反射膜是一种具有高反射特性的光学薄膜,适用于折射率较高的材料上,如金属、半导体、绝缘体等。
2.透射膜:透射膜是一种具有高透射特性的光学薄膜,适用于折射率较低的材料上,如玻璃、塑料等。
二、光学薄膜的制备方法1.蒸镀法:蒸镀法是最常用的制备光学薄膜的方法之一、它通过将所需材料加热至一定温度,使其蒸发或升华,并在基板上形成薄膜。
2.溅射法:溅射法是另一种常用的光学薄膜制备方法。
它通过在真空环境中,使用离子束或电子束激活靶材料,并将其溅射到基板上形成薄膜。
3.化学气相沉积法:化学气相沉积法是一种以气体化学反应为基础的制备光学薄膜的方法。
它通过将反应气体通入反应室中,在基板表面沉积出所需的材料薄膜。
三、光学薄膜的性质和应用1.折射率:光学薄膜的折射率是指光线在薄膜中传播时的折射程度,决定了光的传播速度和路径。
根据折射率的不同,可以制备出不同属性的光学薄膜,如透明薄膜、反射薄膜等。
2.反射率:光学薄膜的反射率是指光线在薄膜表面发生反射的程度,决定了光的反射效果。
反射薄膜广泛应用于光学镜片、反光镜、光器件等领域。
3.透射率:光学薄膜的透射率是指光线透过薄膜并达到基板的程度,决定了光的透射效果。
透射薄膜常用于光学滤波器、镜片涂层、光学器件等领域。
四、光学薄膜的设计与优化光学薄膜的设计与优化是制备高性能光学薄膜的关键。
根据所需的光学性质,可以通过调节不同层次的材料及其厚度,来达到特定的光学效果。
常用的设计方法包括正向设计、反向设计、全息设计等。
通过有效的设计与优化,可以实现特定波长的高反射、高透射、全反射等特性,满足不同光学器件的需求。
总结:光学薄膜是一种具有特殊光学性质的材料,广泛应用于光学领域中。
薄膜光学知识点

薄膜光学:1. 整部薄膜光学的物理依据就是光的干涉。
(托马斯 杨干涉实验)2. 列举常用的光学薄膜镀膜镜片,牛顿环,滤光片、反射镜,ITO 膜,幕墙玻璃,红外膜,DWDM 、光纤薄膜器件,电致变色膜。
3. 利用薄膜可以实现的功能减少反射,提高透射率;提高反射率;提高信噪比;保护探测器不被激光破坏;重要票据的防伪等等。
总之能列出多少光的用途就能列出多少光学薄膜的用途。
提高光学效率,减少杂光。
如高效减反射膜,高反射膜。
实现光束的调整和再分配。
如分束膜,分色膜,偏振分光膜。
通过波长的选择性提高系统信噪比。
如窄带及带通滤光片、长波通、短波通滤光片。
实现某些特定功能。
如ITO 透明导电膜,保护膜等。
4. 一束入射角为0θ的光入射到厚度为d1、折射率为n1的薄膜上产生的相位差为:111024cos /n d δπθλ=;双光束强度为:221212122cos2R R R r r rr δδ=+±=+±详细计算过程:5. 单层膜的多光束干涉计算:(薄膜光学2PPT 中P26-29)6. 电磁场间的关系:()111H N k E =⨯光学导纳:HN N r E=⨯,这是的另一种表达式称为光学导纳7. 光在两种材料界面上的反射:0101cos ,cos N p r s N ηηθηηηθ⎧--⎪==⎨+-*⎪⎩光:光:01010101R ηηηηηηηη*⎛⎫⎛⎫--=∙ ⎪ ⎪++⎝⎭⎝⎭8. 掌握单层膜的特征矩阵公式:薄膜光学3 PPT 中P 15-211112111sin cos 1sin cos i B C i δδηηηδδ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦ B C ⎡⎤⎢⎥⎣⎦称为膜系的特征矩阵 CY B=单层膜的反射系数和反射率为:000000,YY Y r R Y Y Y ηηηηηη*⎛⎫⎛⎫---==⋅ ⎪ ⎪+++⎝⎭⎝⎭9. 掌握多层膜的特征矩阵公式:薄膜光学3 PPT 中P 26-2910. 【计算】偶数四分之一光学膜层的特征矩阵:2231222r r sr rY ηηηηη------=--- 奇数四分之一光学膜层的特征矩阵:222422231r r r r r sY ηηηηηη-------=--- 计算多膜层(膜层厚度为四分之一波长的整数倍)的反射率。
薄膜基本知识

膜是什么?新华字典:膜:①动植物体内象薄皮的组织;②象膜的薄皮。
这种解释“膜”就是薄皮,因此又有薄膜之说,我们所要探讨的特指薄膜。
至于其他的膜种比如耳膜、骨膜、肋膜由医学界研究,还有敏感部位与节操有关的膜大部分被腐败的领导们研究了,在此也不做赘述。
薄膜又是什么呢?《薄膜科学与技术》:膜是两个几何学平行平面向所夹的物质。
薄膜多数是由一个个的原子以无规则的方式射到平整表面上,并使其凝结而形成的,在薄膜形成的初期,由于原子的表面迁移、生核等,从徽观上,所得到的物质多数为是丘陵似的岛状结构,在这种状态下从宏观上可看作是各向同性且均匀,这种物质即为薄膜。
通俗讲薄膜就是贴皮:A物质(可以多种构成)以原子或离子态附着在B物质上,且A物质同时满足以下几个条件:薄、匀、牢、密,各种涂层形成的表面都可以叫做薄膜。
多薄才可以叫薄膜呢?木有严格定义,一般来说应该比B物质薄、不影响B物质使用且能够起保护作用或提高B物质功能属性。
薄膜起什么作用?首先是保护,薄膜附着在机体上,可以首先磨损薄膜,防腐蚀耐磨损;其次是改性,使原来的物质具备薄膜的物理属性:提高硬度、提高耐高温能力、降低摩擦系数;第三改变颜色,使机体更炫更美。
薄膜的物理属性有哪些?1、有一定的厚度,无论多薄的膜,都有一定的厚度;2、薄膜有一定的致密性,孔隙率越小致密性越大,膜的质量月好;3、有一定的硬度,根据使用要求不同,薄膜应该满足相应的硬度需求,由于薄膜的构成和制备工艺不同硬度也千差万别;4、有一定的结合力,薄膜和机体的结合力应该满足使用要求;其结合力的强度决定于薄膜的构成和制备工艺;5、薄膜有特定的色泽,薄膜成分不同会产生万紫千红、色彩斑斓的表面颜色,根据需求选择适合的元素搭配。
薄膜有哪些分类?致密性薄膜从大类上可分为装饰膜和功能膜两种。
功能膜又可以分成硬膜和润滑膜。
如何测量膜的硬度?硬度是材料抵抗异物压入的能力,是材料多种力学性能的综合表现。
通常的硬度计都是通过压痕尺寸检测来计算硬度的。
光学薄膜基础知识

机械性能
硬度与耐磨性
光学薄膜需要有足够的硬 度和耐磨性,以抵抗摩擦 和划痕对光学表面的影响。
韧性
光学薄膜材料需要具有一 定的韧性,以防止因受到 外力而破裂或变形。
附着力
光学薄膜与基材之间的附 着力需要足够强,以保证 薄膜的稳定性和使用寿命。
表面处理与涂层技术
通过表面处理与涂层技术,可以改善光学薄膜的表面质量、提高附着力、增强抗划伤能力等,从而提高其稳定性 和使用寿命。
降低制造成本
规模化生产
通过规模化生产,可以实现成本的降 低和效率的提高,同时提高产品的可 靠性和一致性。
优化工艺参数
通过优化工艺参数,可以减少生产过 程中的浪费和损耗,降低制造成本。 同时,采用先进的生产设备和管理模 式,也能够实现成本的降低和效率的 提高。Fra bibliotek环保照明
光学薄膜可以用于LED照明设备中,提高光 效和照明质量,降低能耗和热量的产生,同 时还可以实现可调色温、可调亮度等功能, 为环保照明提供更多可能性。
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根据材料分类
光学薄膜可以分为金属膜、介质膜、半导体膜等,不同的材料对光的 反射、透射、吸收等特性有显著差异。
02
光学薄膜的特性
光学性能
反射与透射
光学薄膜能够根据需要改变光的 反射和透射行为,如增反膜增加 反射,减反膜减少反射并增加透
射。
干涉效应
薄膜的厚度和材料会影响光的干涉, 通过调整薄膜的厚度和材料,可以 实现对特定波长的光的干涉增强或 减弱。
光学薄膜广泛应用于光学仪器、摄影 器材、照明设备、显示屏幕等领域, 对提高光学元件的性能和改善光束质 量具有重要作用。
光学薄膜复习要点

光学薄膜复习要点第四章光学薄膜的制造工艺1.光学薄膜器件的质量要素光学性能:●膜层厚度d●膜层折射率n折射率误差的三个主要来源:------膜层的填充密度(聚集密度)------膜层的微观组织物理结构------膜层的化学成分机械性能:硬度:膜层材料的本身硬度和膜层内部的填充密度牢固度:是指膜层对于基底的附着力、黏结程度膜层与基底之间结合力的性质(范德华力、分子间作用力、经典吸引)成膜粒子的迁移能环境稳定性:希望薄膜器件的光学性能和机械性能在经历恶劣环境较长时间后仍然不变。
恶劣环境:盐水盐雾、高湿高温、高低温突变、全水浴半水浴、酸碱腐蚀提高方法:1.选用化学稳定性好的材料2.制作结构致密无缝可钻的膜层后果:1.结构致密:酸碱盐水对膜层的腐蚀为单一面腐蚀,速度慢,耐久性强2. 结构疏松:酸碱盐水对膜层的腐蚀是深入内部的体腐蚀,速度快,耐久性差。
填充密度:膜层的实际体积与膜层的几何体积之比。
后果:高的填充密度对应着优良的机械性能和光学性能的环境稳定性。
低:机械性能:膜层与基底之间吸附能小,膜层结构疏松牢固度差膜层表面粗糙,摩擦因数较大,抗摩擦损伤能力差非密封仪器内部,面腐蚀变为深入内部的体腐蚀光学性能:光线在粗糙表面散射损大空隙对环境气体的吸收导致膜层的有效光学厚度随环境、温度的变化而变化。
折射率不稳定。
提高膜层的填充密---基片温度、沉积速率、真空度、蒸汽入射角、离子轰击影响膜层质量的工艺要素:1.真空镀制光学薄膜的基本过程清洗零件---清洁真空室/装零件---抽真空和零件加温---膜厚仪调整---离子轰击---膜料预熔---镀膜---镀后处理---检测。
2.影响薄膜器件质量的工艺要素及其作用机理●真空度:影响折射率,散射,机械强度,不溶性后果:真空度低,使膜料蒸汽分子与剩余气体分子碰撞的几率增加,蒸汽分子的动能大大减小,与基片的吸附能间隙,从而导致沉积的膜层疏松,机械强度差,聚集密度低,化学成分不纯,膜层折射率,硬度变差。
hdpe膜知识点

HDPE膜知识点什么是HDPE膜?HDPE膜指的是高密度聚乙烯膜,是一种由聚乙烯制成的塑料薄膜。
HDPE膜具有良好的耐热性、耐寒性和耐化学腐蚀性能,因此在许多领域被广泛应用。
HDPE膜的制造过程1.原材料准备:制造HDPE膜的主要原材料是聚乙烯颗粒,这些颗粒可以由石油化工过程中的乙烯制得。
2.熔融挤出:将聚乙烯颗粒放入挤出机中,通过加热和高压将其熔化。
3.挤出模头:熔融的聚乙烯通过挤出机的模头,以特定的形状和厚度挤出,形成HDPE膜。
4.冷却和固化:挤出的HDPE膜经过冷却和固化,使其变得坚固和稳定。
5.切割和卷取:最后,将固化的HDPE膜切割成所需的尺寸,并卷取成膜卷以便储存和运输。
HDPE膜的特点1.耐热性:HDPE膜具有较高的耐热性,能够承受高温环境下的应力和压力。
2.耐寒性:HDPE膜在低温下仍能保持良好的柔韧性和强度,不易变脆。
3.耐化学腐蚀性:HDPE膜对许多化学物质具有良好的耐腐蚀性能,能够在酸碱等腐蚀性环境中长时间使用。
4.良好的电绝缘性能:HDPE膜具有优异的电绝缘性能,可以用于电力工程中的绝缘保护。
5.优异的防水性能:HDPE膜具有良好的防水性能,可以用于建筑工程中的防水处理。
6.良好的抗撕裂性能:HDPE膜具有良好的抗撕裂性能,能够承受一定的拉伸和撕裂力。
HDPE膜的应用领域1.建筑工程:HDPE膜常用于建筑工程中的防水处理,如地下室、水池和屋顶防水。
2.农业领域:HDPE膜可以用于农业覆盖,作为农膜、大棚膜和地膜等,用于保护作物和促进生长。
3.包装领域:HDPE膜可以制成各种包装袋,如食品包装袋、购物袋和垃圾袋等。
4.电力工程:HDPE膜可用作电力电缆的绝缘保护,具有优异的电绝缘性能和耐化学腐蚀性能。
5.污水处理:HDPE膜可以用于污水处理设备中的过滤和分离,用于去除固体颗粒和液体的分离。
总结:HDPE膜是一种由聚乙烯制成的高密度塑料薄膜,具有良好的耐热性、耐寒性和耐化学腐蚀性能。
薄膜技术讲义

薄膜技术讲义薄膜基础知识一、光学图纸和技术文件中的常用术语及符号符号术语N 光圈数△N 光圈局部误差△R 标准样板精度B 表面疵病C 透镜偏心差d透镜中心厚度T透镜边缘厚度D零件直径D0(Dm)零件有效直径二、光学材料的基本知识1、光学材料的种类光学玻璃分为2大类:冕牌玻璃(K)和火石玻璃(F)2、光学性能:1)化学稳定性:玻璃抵抗水溶液、潮湿空气及其他侵蚀性介质如酸、碱、盐等破坏的能力;(DW DA)2)机械性能:比重、脆性、弹性、硬度(相对抗磨硬度FA);3)热性能:热稳定性:指玻璃经受急冷急热的性能。
三、光学薄膜的分类及设计§3-1光学薄膜的分类1.减反膜2.滤光膜 3 保护膜4 内反射5 外反射6 高反膜7 分束膜8 分色膜9 偏振膜10 导电膜§3-2光学薄膜的基本特性和内容基本特性序号基本特性主要内容1 光学性能膜层在某一光谱范围内的反射、透射、吸收、散射等特性,同时包括折射率和消光系数等光学常数2 表面质量包括麻点、脱膜、擦痕、印迹、膜色不匀等3 力学性质主要包括附着力、硬度和应力4 环境适应性主要包括膜层的化学稳定性和热稳定性§3-3 光学薄膜的设计§3-3-1 减反射膜减反射膜是用来减少光能在光学元件表面的反射损失.可见光的光谱区域通常认为是400nm~760nm.1、单层减反射膜:当光线从折射率为n0的介质射入折射率为n1的介质时,在分界面上会产生光的反射,根据费涅尔定律,反射率R=(n0-n1)2/(n0+n1)2= (1-n1)2/(1+n1)2 当介质为空气时,认为n0=1 单层膜在中心波长λ0处的反射率R= (1- n12/ nS )2 / (1+ n12/ nS )2 其中nS是玻璃基底的折射率,n1是所镀膜料的折射率。
在光线垂直入射时,在中心波长λ0 出现零反射的条件为膜层的光学厚度n1d1等于λ0的1/4,即:n1d1= λ0/4,同时膜层的折射率n1等于基底折射率nS与入射介质折射率n0乘积的平方根,即n1=∨nsn02、双层减反膜(V形减反膜):λ/4—λ/4(W形膜): λ/4—λ/23、多层减反膜:四、镀膜技术§4-1 真空的基本知识1、定义:指在给定空间内,压强低于1标准大气压的气体状态。
塑料薄膜知识点总结

塑料薄膜知识点总结一、塑料薄膜的特性1. 轻便灵活:塑料薄膜具有很高的柔韧性和可塑性,可以轻松地用于包装、覆盖和装饰等领域。
2. 耐腐蚀:塑料薄膜具有很好的抗化学腐蚀性能,可以保护包装物品不受外界的侵蚀。
3. 透明度好:塑料薄膜透明度好,可以有效展示包装物品的外观和内部情况,增加商品的吸引力。
4. 防潮保鲜:塑料薄膜具有很好的防潮性能,可以有效保鲜食品,延长其保质期。
5. 可印刷性:塑料薄膜表面平整,可以进行印刷,美化包装,增加宣传效果。
二、塑料薄膜的生产工艺1. 原料准备:塑料薄膜的主要原料为聚乙烯、聚丙烯等塑料颗粒,经过一系列的加工处理制成薄膜。
2. 挤出成型:通过挤出机将塑料颗粒加热熔融,然后通过模头挤出,形成塑料薄膜。
3. 拉伸和压延:经过挤出成型后的塑料薄膜需要经过拉伸和压延工艺,使其更加平整、均匀。
4. 冷却固化:经过拉伸和压延后的塑料薄膜需要进行冷却固化,使其形状稳定。
5. 检验包装:对生产好的塑料薄膜进行质量检验,符合标准要求后进行包装。
三、塑料薄膜的应用领域1. 包装:塑料薄膜广泛应用于商品包装领域,如食品包装、化妆品包装、医药包装等。
2. 农业:塑料薄膜可以用于农业覆盖膜、温室大棚膜、果蔬保鲜膜等,提高农产品产量和质量。
3. 医疗:塑料薄膜可以用于医用手术衣、一次性医疗制品包装等,保障医疗卫生安全。
4. 建筑:塑料薄膜可以用于建筑隔离膜、防水膜、保温膜等,提高建筑材料的使用性能。
5. 电子:塑料薄膜可以用于电子产品包装、绝缘材料等,保护电子产品的安全性。
四、塑料薄膜的环保问题1. 可降解性:传统的塑料薄膜在自然环境中分解需要数百年,对环境造成严重污染。
2. 循环利用:塑料薄膜可以通过回收再生利用的方式,减少对自然资源的消耗,降低环境压力。
3. 生产工艺:采用绿色环保的生产工艺,减少废气废水的排放,降低环境污染。
4. 替代品研发:研发符合环保要求的替代品,如可降解塑料薄膜、环保包装材料等。
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第一章 1.真空的定义及其度量单位 概念:利用外力将一定密闭空间内的气体分子移走,使该空间内的气压小于 1 个大气压,则该空间内的气体的物理状态就被称为真空。
真空,实际上指的是一种低压的、稀薄的气体状态。
目前标准大气压定义:0摄氏度时,水银密度13.59509g/cm 3, 重力加速度 980.665cm/s 2时,760 mm 水银柱所产生的压强为1标准大气压。
1atm=1.01*105Pa=760Torr=1.0133*106 微巴 低真空 105-102 气态空间近似为大气状态,分子以热运动为主,分子之间碰撞频繁。
低真空,可以获得压力差而不改变空间的性质。
中真空102-10-1 中真空,气体分子密度与大气状态有很大差别。
气体分子的流动从黏滞流状态向分子状态过渡,气体对流现象消失。
气体中带电离子在电场作用下, 产生气体导电现象。
(离子镀、溅射镀膜等气体放电和低温等离子体相关镀膜技术) 高真空10-1-10-5 容器中分子数很少,分子平均自由程大于一般容器的线度,分子流动为分子流,分子与容器壁碰撞为主,在此真空下蒸发材料,粒子将按直线飞行。
(拉制单晶、表面镀膜、电子管生产) 超高真空 10-5-10-9 气体分子数更少,几乎不存在分子间碰撞,此时气体分子在固体表面上是以吸附停留为主。
入射固体表面的分子数达到单分子层需要的时间也较长,可以获得纯净表面。
(薄膜沉积、表面分析…) 极高真空 《10-9 气体分子入射固体表面的频率已经很低,可以保持表面洁净。
适合分子尺寸加工及纳米科学的研究。
理想气体状态方程: 1. 最可几速率 讨论速度分布Tn P k =T m PV R M=M RT M RT m kT v m 41.122===2. 平均速率 计算分子运动平均距离 M RT M RT m kT v a 59.188===ππ2.每个气体分子在与其它气体分子连续2次碰撞之间运动经历的路程称为分子自由程。
入射频率:入射频率ν(入射通量或碰撞次数):单位时间,在单位面积的器壁上发生碰撞的气体分子数。
3.真空在薄膜制备中的作用1)避免被蒸发分子或原子与气体分子发生碰撞;(2)避免被蒸发分子或原子与气体分子发生反应。
4.获得真空的设备:真空泵机 械 泵:利用机械运动部件转动或滑动形成的输运作用获得真空的泵。
分 类:旋片式(最常见)、定片式、滑阀式运转模式:吸气 排气 (不断循环) 优、缺点:结构简单、工作可靠;有油污染的问题。
3. 均方根速率 计算分子平均动能 M RT M RT m kT v r 73.133===n221πσλ=σ-分子直径;n -分子密度 1v 4a n ν=油扩散泵工作原理:1)将真空油加热到高温蒸发状态(约200℃);2)让油蒸汽分多级向下定向高速喷出;3)大量油滴通过撞击将动能传递给气体分子;4)气体分子向排气口方向运动,并在动压作用下排出泵体;5)油气雾滴飞向低温介质冷却的泵体外壁,被冷却凝结成液态后返回泵底部的蒸发器。
优点:1)造价较低的高真空泵方案;2)没有机械运动部件。
缺点:油蒸汽回流有可能污染真空系统.涡轮分子泵工作原理:1)泵内交错布置转向不同的多级转子和定子;2)转子叶片以20k~60k r/min的高速旋转;3)叶片通过碰撞将动能不断传递给气体分子;4)气体分子被赋予动能后被逐级压缩排出。
低温吸附泵工作原理:利用20K以下的超低温表面来凝聚气体分子以实现抽气。
优点:可实现目前最高的极限真空度:10-11 Pa。
缺点:1)属于捕获泵的一种,使用要求高,需要外加冷源.溅射离子泵工作原理:依靠高压阴极发射出的高速电子与残余气体分子相互碰撞后引起气体电离放电,而电离后的气体分子在高速撞击阴极时又会溅射出大量的Ti原子。
由于Ti原子的活性很高,因而它将以吸附或化学反应的形式捕获大量的气体分子并在泵体内沉积下来,实现超高真空的获得。
5.真空的测量热偶真空计工作原理:气体的热导率随气体压力变化,通过热电偶测出热丝的温度,也就相应的测出了环境的气体压强。
热偶规10-4-10-2Pa热阻真空计工作原理:通过测量热丝的电阻随温度的变化实现对真空度的测量。
102-10-2Pa第三章1. CVD法制备薄膜过程描述(四个阶段)(1)反应气体向基片表面扩散;(2)反应气体吸附于基片表面;(3)在基片表面发生化学反应;(4)在基片表面产生的气相副产物脱离表面,向空间扩散或被抽气系统抽走;基片表面留下不挥发的固相反应产物----薄膜。
2.最常见的几种CVD反应类型有:热分解反应(吸热反应)、化学合成反应、还原反应、氧化反应、歧化反应(对具有多种气态化合物的气体,可在一定条件下促使一种化合物转变为另一种更稳定的化合物,同时形成薄膜)。
3.CVD 法的主要特点主要优势:1)能形成多种金属、非金属和化合物薄膜;2)组分易于控制,易获得理想化学计量比,薄膜纯度高;3)成膜速度快、工效高(沉积速率 >>PVD 、单炉处理批量大);4)沉积温度高、薄膜致密、结晶完整、表面平滑、内部残余应力低;5)沉积绕射性好,可在复杂不规则表面(深孔、大台阶)沉积; 主要缺点:1)沉积温度高,热影响显著,有时甚至具有破坏性;2)存在基片-气氛、设备-气氛间反应,影响基片及设备性能及寿命;3)设备复杂,工艺控制难度较大。
4.CVD 沉积装置所有反应体系需满足三个条件:(1)在沉积温度下,反应物必须有足够高的蒸汽压,要保证能以适当速度被引入反应室;(2)反应产物除了所需要的沉积物为固态薄膜之外,其他反应物必须是挥发性的;(3)沉积薄膜本身必须有足够低的蒸汽压,以保证沉积的薄膜在整个沉积反应过程中都能保持在受热的基体上;基体材料在沉积温度下的蒸汽压也必须足够低。
基本系统构成:5.薄膜的化学溶液制备技术化学镀概念:在无电流通过(无外界动力)时借助还原剂在金属盐溶液中使目标金属离子还原,并沉积在基片表面上形成金属/合金薄膜的方法。
主要优点:无需电源,镀层孔隙率较低,可直接在非导体上镀膜,可在盲孔等复杂表面均匀镀膜。
溶胶-凝胶技术概念:将III 、V 、VI 族金属/半金属元素的有机化合物 和无机盐 (氯化物、硝酸盐、乙酸盐) 溶于有机溶剂 (乙酸、丙酮等) 中获得溶胶镀液,采用浸渍或离心甩胶等方法涂覆于基片表面,因溶胶水解而获得胶体膜,之后再进行干燥脱水处理获得氧化物等固体薄膜的方法。
膜厚取决于溶液中金属有机化合物的浓度、溶胶液的温度和黏度、基片的旋转速度、角度以及环境温度等。
对薄膜材料的要求:1、有机极性溶质溶解度范围要宽,因此一般不用水溶液;2、有少量水参与时应容易发生水解;3、水解形成的薄膜应不溶解,生成的挥发物易于去除;4、水解形成的氧化物应易于低温充分脱水;5、薄膜与基片有良好的附着力。
⎪⎩⎪⎨⎧真空系统反应气体的排出装置或加热和冷却系统和计量装置反应气体和载气的供给优点:1、薄膜组分均匀、成分易控制;2、成膜平整、可制备较大面积的薄膜;3、成本低、周期短、易于实现工业化生产。
阳极氧化概念:在适当的电解液中,采用金属或合金基片作为阳极,阴极一般采用石墨电极,并赋予一定的直流电压,由于电化学反应在阳极表面形成金属氧化物薄膜的方法。
LB技术:是指把液体表面的有机单分子膜转移到固体衬底表面上的一种成膜技术。
得到的有机薄膜称为LB薄膜。
原理:将有机分子分散在水面上,沿水平方向对水面施加压力,使分子在水面上紧密排列,形成一层排列有序的不溶性单分子层。
再利用端基与固体基片表面的吸附作用,将单分子层沉积在基片上。
LB薄膜的特点:LB薄膜中分子有序定向排列;LB膜有单分子层组成,它的厚度取决于分子大小和分子的层数;通过严格控制条件,可以得到均匀、致密和缺陷密度很低的LB薄膜;设备简单,操作方便。
缺点:成膜效率低;LB薄膜均为有机薄膜,包含了有机材料的弱点;LB薄膜厚度很薄,在薄膜表征手段方面难度较大。
单分子层的转移(沉积)根据薄膜分子在基片上的相对取向,LB薄膜结构可分为X型、Y型、Z型三种类型。
只有基片进入水面时才有膜沉积,LB薄膜每层分子的亲油基指向基片表面。
基片每次进出水面时都有分子沉积。
LB薄膜每层分子的亲水基与亲水基相连,亲油基与亲油基相连。
只有基片拉出水面时才有膜沉积,LB薄膜每层分子的亲水基指向基片表面。
第四章1.膜厚的测量石英晶体法:利用了石英晶体片的振荡频率随晶体表面薄膜沉积的厚度变化的原理。
利用石英晶体的压电效应,在将源材料镀到基片的同时,也将其镀到与振荡电路相连的石英片上,根据石英体的谐振频率的变化,来计算膜的厚度。
第五章1.晶核的形成与生长2.成核理论主要有两种理论模型:毛细理论:薄膜形成:气相→ 吸附相→固相的相变过程。
毛细理论视原子团为微小的凝聚滴。
成核过程定性分析:原子团通过吸附原子而增大,表面能增大,体系自由能增加∆G ;到临界核时,自由能增加到最大值∆Gmax ;然后,原子团再增大,体系∆G 下降,形成稳定核。
(看书)原子聚集理论:原子聚集理论将核(原子团)看作一个大分子,用其内部原子之间的结合能或与基片表面原子之间的结合能代替热力学理论中的自由能。
结合能不是连续变化而是以原子对结合能为最小单位的不连续变化。
4.薄膜的生长模式(1)岛状模式:这种形成模式在薄膜生长的初期阶段,润湿角不为零,在基片表面上形成许多三维的岛状晶核、核生长、合并进而形成薄膜,大多数膜生长属于此类型。
(2)单层生长模式:沉积原子在基片表面上均匀地覆盖,润湿角为零,在衬底上形成许多二维晶核,晶核长大后形成单原子层,铺满衬底,逐层生长。
(3)层岛复合模式:在基片表面上形成一层或更多层以后,随后的层状生长变得不利,而岛开始形成,从二维生长到三维生长转变,岛长大、结合,形成一定厚度的连续薄膜。
5.薄膜的形成过程分四个阶段(岛状生长为例)6. 影响薄膜生长特性的因素(1)沉积速率:一般来说,沉积速率影响膜层中晶粒的大小与晶粒分布的均 成核阶小岛阶网络阶连续膜阶匀度以及缺陷等。
低速率:金属原子在基片上迁移时间长,容易到达吸附点位,或被吸附点位置上的小岛捕获而形成粗大的晶粒,使得薄膜的结构粗糙,膜不致密。
后续原子不能及时达到,致使暴露时间长,易引入杂质,以及产生缺陷。
因此,沉积速率高一些好。
高沉积速率:薄膜晶粒细小,结构致密,但由于同时凝结成的核很多,在能量上核处于能量比较高的状态,所以膜内部存在比较大的应力。
(2)基片表面状态:粗糙度低、表面光洁,则膜层结构致密,容易结晶,否则相反,而且附着力差。
(3)基底温度:影响薄膜生长的粘附系数(多数降低)、高迁移速率、增加岛与岛之间扩散和成核临界尺寸、结晶和取向等. P161(5)气相入射的角度:原子的入射角度对膜结构有很大影响,使薄膜产生各向异性。