无机材料合成和制备
无机材料的合成方法
无机材料的合成方法无机材料的合成方法有多种，下面将详细介绍四种常见的合成方法：1. 燃烧反应法：燃烧反应法是最常见的一种无机材料合成方法。
该方法通常使用氧化物、碳酸盐或硫酸盐等无机物作为原料，并在高温下进行燃烧反应。
这种方法通常需要用到特殊的燃烧设备，如电炉或燃烧炉。
通过控制燃烧反应的温度、气氛和时间等条件，可以得到具有特定形态和结构的无机材料。
例如，氧化铝可以通过铝的燃烧反应，在高温下合成。
2. 沉淀法：沉淀法是一种将溶液中的金属阳离子转化为固体无机材料的方法。
该方法通常通过将金属盐溶液与沉淀剂反应，将金属离子还原成纳米颗粒或晶体结构。
沉淀剂可以是NaCl、NaOH等，通过调整溶液的PH值和温度等条件，可以控制无机材料的粒径和形态。
例如，通过将氯化钠与硝酸钡的溶液反应，可以得到纯净的硫酸钡沉淀。
3. 水热合成法：水热合成法是一种在高压、高温水溶液中合成无机材料的方法。
水热合成法可以控制材料的晶形、晶粒大小和形态等特性，通常用于合成具有特殊形貌和结构的纳米材料。
该方法一般是通过控制反应物的浓度、溶剂的类型和温度等条件，调控材料的合成过程和结果。
例如，通过在水热条件下将氯化钛和氯化铵溶解在水中，可以合成纳米级的四氧化三钛。
4. 气相沉积法：气相沉积法是利用气态前体，在高温和真空条件下合成无机材料。
该方法通常使用金属有机化合物等气态前体，将其通过热解或气相反应转化为纳米颗粒或晶体结构。
气相沉积法可以控制材料的形貌、尺寸和组成等特性，通常用于制备薄膜和纤维等材料。
例如，通过将金属有机化合物混合在惰性气体中，在高温条件下反应，可以制备出金属纳米颗粒。
总之，无机材料的合成方法有燃烧反应法、沉淀法、水热合成法和气相沉积法等多种。
这些方法可以根据材料的需求和应用进行选择，并通过调控反应条件和控制材料特性，实现对无机材料合成的精确控制。
无机材料的合成及其物理性质研究
无机材料的合成及其物理性质研究无机化学是探究无机材料的科学，而在无机化学中，材料的合成及其物理性质研究是非常重要的领域。
无机材料的合成以及物理性质的研究可以帮助我们了解这些材料的特性、功能以及应用领域。
本文将探讨无机材料的合成以及物理性质的研究的相关知识。
一、无机材料的合成无机材料的合成是制备材料的一个重要步骤。
它可以被分为两类：传统的合成方法和先进的合成方法。
1.传统的合成方法在传统的合成方法中，无机材料的合成主要通过三种方式：固相反应、气相反应以及溶液反应。
固相反应是指两种或多种固体材料在一定温度下、一定反应物浓度下反应形成新的固体材料。
这种合成方法适用于制备高纯度材料。
气相反应是指在一定的温度和气体压力条件下，一种或多种气体通过化学反应形成新的固态材料。
这种合成方法适用于制备用于电子、光学以及薄膜制备的无机材料。
溶液反应是指将反应的化学物质加入一定溶液中，在一定的温度下加热形成新的固态材料。
这种合成方法适用于制备具有大量氧化还原活性中心的无机材料，像半导体、绝缘体以及催化剂等。
2.先进的合成方法新型的合成方法被广泛应用于无机材料的合成研究中。
这些方法包括等离子体化学气相沉积、水热法、溶胶-凝胶法以及微乳液法等。
等离子体化学气相沉积是在高温、高压下，在气体中加入一定数量的化学物质，使其成为等离子体，然后通过沉积在替代底物上而制备材料的一种方法。
这种合成方法适用于高质量、高纯度、高晶体性以及制备单晶材料的无机材料。
水热法是在高温高压的条件下，在水中溶解一定物质之后，再通过水的化学性质形成新的无机材料。
这种合成方法对于非晶态无机材料、无定形物质以及中孔材料的制备非常有用。
溶胶-凝胶法是将有机物或无机物沉淀在溶胶溶剂中形成胶凝体，通过热处理去除其中的有机物或水等，形成纯净的固态材料的一种方法。
这种合成方法适用于固态薄膜、高比表面积以及纳米尺度上的制备材料。
微乳液法是将表面活性剂油滴加入到水相中，再加入一定的化学成分，制备纳米化的材料。
材料科学中的无机材料合成
材料科学中的无机材料合成无机材料是一类在材料科学中非常重要的材料，其所具有的特性和性质是有机材料无法替代的。
因此，无机材料的合成及制备技术是材料科学中极为关键的一环。
在无机材料的合成中，合理选择合成方法、控制合成条件、提高材料性能等方面都是需要不断研究和探索的。
一、无机材料合成方法目前，无机材料的合成技术主要包括溶剂法、气相合成法、水热法、溶胶凝胶法、流动化床反应法等多种方法。
这些方法各具优缺点，根据不同的材料需求和具体条件进行选择。
溶剂法是将化学物质溶于溶剂中，通过溶液反应形成无机材料的方法。
常用溶剂有水、有机溶剂等。
此方法对材料的组成、形态、尺寸等控制目标较高，适合于精细结构、复杂形态和定量控制的合成。
但该方法存在很多问题，如需要额外消耗大量能量以获得适合反应的溶剂，产品分离困难，容易产生废水和废气等。
气相合成法是利用气态反应物直接在高温高压下进行反应，形成无机材料的方法。
该方法适合制备较高纯度、均匀粒径的材料，产品纯度高，制备速度快，尤其对轻质材料的制备效果更好。
但该方法也存在诸多问题，如温度、压力、气体流量等多项参数难以优化，流程复杂，设备昂贵等。
水热法是一种高温高压下利用水分子的各种特性进行合成的方法。
在一定温度、压力下，水分子能够形成一定的空间、构型和极性，在此条件下反应的物质形成无机材料。
该方法成本低、操作简单，能够制备出高纯度的复杂无机材料，且不需要额外消耗溶剂，具有良好的环保性。
溶胶凝胶法是利用反应物在溶液中形成胶体或溶胶，经干燥和热处理后形成具有均匀孔径和分散度的粉末材料。
该方法适用于制备薄膜、粉末、微球等，且能够较好地控制材料的形貌、组成和尺寸。
但该方法制备过程中较慢、有很多中间步骤，工艺复杂需仔细控制反应条件。
流动化床反应法是利用气体将微粒物料充分悬浮，形成流化床，通过提高物料与气体的接触性，增加物料的反应能力。
该方法操作简单，反应区的温度均匀，且能够快速合成孔径、孔壁等不同形态的无机材料。
无机材料的制备与应用
无机材料的制备与应用无机材料是指没有碳元素化合物的化学物质，包括金属、氧化物、硫化物、氧化氮化合物等。
无机材料广泛应用在电子信息、能源、环保、生物医药等领域，其制备、特性研究及应用也是现代化学的重要研究方向之一。
本文将从无机材料制备、特性与应用三个方面介绍无机材料的相关知识。
一、无机材料的制备1.晶体生长法晶体生长法是最常见的制备无机材料的方法之一，其原理是通过改变混合溶液的组成、温度、时间等条件，使溶液中含有的化学成分逐渐结晶并生长成晶体。
晶体生长法可以制备出包括氧化物、氮化物、硅化物及金属等多种无机材料。
2.水热合成法水热合成法是利用高温高压水环境下化学反应进行无机化合物的合成。
水热合成法能够制备出各种复杂的无机材料，例如氧化物、氮化物、磷酸盐、硅酸盐等。
此外，该法还能够调控无机材料的形态和结构。
3.溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是利用水溶胶与有机溶胶的化学反应，经过干燥、热解等一系列处理使其成为坚硬的凝胶，然后再经过烧制，得到所需的无机材料。
这种方法制备出来的无机材料具有高度纯度和良好的控制性能。
二、无机材料的特性1.结晶度和物相无机材料通常是以晶体的形式出现的，结晶度是衡量无机材料性质的一个重要参数，它与无机材料中晶体的尺寸、数量、形貌等因素密切相关。
物相指样品的晶体相组成，反映了样品中不同的化学组分和结构特征，影响着无机材料的物理化学性质。
2.晶体尺寸和形貌晶体的尺寸和形貌是影响无机材料特性的重要因素。
晶体的尺寸决定了材料内部的原子排列方式以及晶格缺陷的数量和粒界影响程度，同时还与材料的热力学和物理化学性质有关。
晶体的形貌决定了晶体表面化学性质的变化，对完全导电、光学和磁学性质有直接影响，还能影响晶体的力学和电化学性质。
三、无机材料的应用1.电子信息领域在电子信息领域，无机材料有着重要的应用。
例如，氧化锌、氧化物太阳能电池、硅基太阳能电池等无机材料被广泛用于光电转换器件的制备。
硅、碳化硅、氮化硅等无机材料常用于微电子技术的制备中，如实现集成电路缩小等。
无机功能材料的制备及其性能研究
无机功能材料的制备及其性能研究无机功能材料是指不含有机成分的材料，具有特殊的物理和化学性质，可以应用于多种领域。
这些材料可以具有磁性、光电性、导电性、催化性、吸附性、防腐蚀性等功能。
无机功能材料既可以具有高强度和硬度，也可以是柔软和透明的，因此其应用领域非常广泛，如电子、光电、化学、医药和材料科学等领域。
一、无机功能材料的制备无机功能材料的制备包括一系列的过程，例如化学沉淀法、溶胶凝胶法、热处理法、水热法、氧化还原法等等。
其中，化学沉淀法和溶胶凝胶法是常用的方法。
1. 化学沉淀法化学沉淀法指的是将溶液中的物质通过化学反应沉淀成固体颗粒的方法。
通常先将金属离子溶解在溶液中，然后加入化学沉淀剂，使到金属离子通过反应的方式沉淀下来。
以金属氧化物为例，通过化学沉淀法制备无机功能材料的步骤如下：（1）制备金属的水合离子溶液：将金属物质加入适量的水中，溶解成水合离子。
（2）加入化学沉淀剂：向金属的水合离子溶液中滴加沉淀剂，使金属离子形成难溶的沉淀物。
（3）沉淀分离：离心或过滤分离所得沉淀物。
（4）洗涤和干燥：将沉淀物用水洗涤干净，然后将其干燥。
化学沉淀法适用于制备多种金属氧化物，可以实现大规模生产。
2. 溶胶凝胶法溶胶凝胶法是一种将溶液变为凝胶状物质的方法，主要用于制备纳米材料。
它是由可溶性异丙醇电解质形成的稳定凝胶，其中电解质、催化剂和有机物可以控制凝胶形成的速度和形态，使所得颗粒具有不同的形貌。
以氧化铝为例，通过溶胶凝胶法制备无机功能材料的步骤如下：（1）溶解氧化金属前驱体：在异丙醇中溶解氧化铝前驱体。
（2）诱导凝胶：在氢氧化铵和水的存在下，加入溶解的前驱体并搅拌，等到凝胶形成。
（3）干燥和焙烧：将凝胶干燥，然后在高温下焙烧，使凝胶变成氧化铝粉末。
溶胶凝胶法可以制备多种稳定的纳米材料，并且能够控制颗粒的形状和大小，具有比化学沉淀法更好的控制性能。
二、无机功能材料的性能研究无机功能材料的性能研究包括物理性能和化学性能。
无机合成与制备方法实操训练
无机合成与制备方法实操训练无机合成与制备方法实操训练是一种实验性强的学习方法，可以帮助学生深入了解和掌握无机合成的各种方法。
以下是一些常见的无机合成与制备方法及其实操训练：1.沉淀法：沉淀法是一种通过在溶液中加入适当的反应物，使其发生化学反应生成沉淀，然后将沉淀分离出来得到所需的无机化合物的方法。
例如，将硝酸钠和硝酸银溶液反应，得到沉淀的硝酸银。
沉淀法常用于制备金属盐类或无机固体。
在实操训练中，学生可以学习如何选择适当的反应物，控制反应条件，以及如何分离和纯化沉淀物。
2.水热法：水热法是一种通过改变反应温度、压力等条件，使具有亲水性的无机物质在水溶液中反应而成的方法。
例如，通过水热法可以合成纳米氧化铝、二氧化钛等。
在实操训练中，学生可以学习如何控制反应条件，如何优化合成条件，以及如何表征产物的性质。
3.溶胶-凝胶法：溶胶-凝胶法是一种通过溶胶到凝胶的相变过程合成无机材料的方法。
该方法的特点是可以在溶液中形成胶体，然后通过热处理或干燥将其转化为无机凝胶。
最后，通过煅烧等处理将凝胶转化为所需的无机材料。
溶胶-凝胶法广泛应用于陶瓷材料、纳米材料等领域。
在实操训练中，学生可以学习如何控制溶胶-凝胶过程的条件，如何优化热处理或干燥条件，以及如何表征产物的性质。
4.溶液法：溶液法是制备无机材料最常用的方法，其优点为操作简单、可控性好、反应速率快等。
常用的溶液法有沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法等。
在实操训练中，学生可以学习如何选择适当的反应物和溶剂，控制反应条件，以及如何分离和纯化产物。
5.热分解法：热分解法是一种通过加热分解有机或无机化合物来制备无机材料的方法。
例如，加热分解碳酸钙可以制备氧化钙和二氧化碳。
在实操训练中，学生可以学习如何选择适当的反应物和加热条件，控制分解过程，以及如何表征产物的性质。
以上是一些常见的无机合成与制备方法及其实操训练，每种方法都有其独特的优点和应用范围。
通过实操训练，学生可以更好地掌握无机合成的基本技能和方法，提高自己的实验能力和科学素养。
无机材料合成方法
无机材料合成方法无机材料合成方法是研究和制备各种无机材料的关键步骤，它对于材料科学和工程领域的发展起着重要的推动作用。
本文将介绍几种常用的无机材料合成方法，并讨论它们的优缺点以及适用范围。
一、溶液法合成溶液法是最常用的无机材料合成方法之一。
它的基本原理是通过将适量的溶剂中溶解适量的金属离子或化合物，并进行适当的处理，从而得到所需的无机材料。
溶液法具有反应条件温和、操作简单、容易控制产物形态以及适用范围广等优点。
在实际应用中，溶液法合成可以分为沉淀法、水热法和水热合成法等多种方法。
沉淀法是指通过控制反应条件，使溶液中的沉淀物达到一定的固相浓度，然后进行沉淀分离和热处理来制备无机材料。
水热法则是利用高温高压条件下的水热反应来完成材料的合成。
水热合成法则是在水热条件下，将金属离子和有机模板分子共同反应，通过水热合成过程形成无机材料。
尽管溶液法合成具有许多优点，但也存在一些局限性。
比如，溶液法合成的过程中可能产生大量的溶剂废液，处理成本较高。
同时，溶液法合成中产物的纯度和晶型控制也是一个挑战，需要通过优化反应条件来获得所需的材料性质。
二、气相法合成气相法是另一种常用的无机材料合成方法。
它的基本原理是通过将气体或气态前驱物在适当的条件下进行反应，从而制备无机材料。
气相法具有反应速度快、产物纯度高、晶型控制好等优点。
气相法合成常用的方法包括化学气相沉积法、物理气相沉积法和热分解法等。
化学气相沉积法是将气态前驱物通过催化剂的作用在固体表面进行化学反应，生成无机材料。
物理气相沉积法是通过将气态前驱物蒸发，然后在底板上进行凝结，最终形成材料薄膜。
热分解法则是将气态前驱物加热至高温条件下，使其分解生成无机材料。
然而，气相法合成也存在一些问题。
例如，操作条件要求严格，需要高温高压条件下进行反应。
此外，气相法合成的过程中可能产生有毒气体，需要进行有效的排放和处理，以保护环境和人身安全。
三、固相法合成固相法合成是将适量的固体反应物在适当的温度和压力下进行反应，从而制备所需的无机材料。
无机材料的制备方法
无机材料的制备方法无机材料是指由无机物质制备而成的材料，通常为非金属材料，如陶瓷、玻璃、金属氧化物等。
无机材料具有独特的物理化学性质，广泛应用于能源、电子、医药、环境等领域。
无机材料的制备方法多种多样，可以通过化学法、物理法和生物法等方式进行制备。
一、化学法化学法是制备无机材料最常用的方法之一。
化学法包括溶胶-凝胶法、燃烧法、水热合成法、沉淀法、溶剂热法等多种方法。
1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种制备无机材料的常用方法。
为了制备溶胶，可以将无机盐溶解在溶剂中，并通过酸碱中和、气泡法等方式加速胶体的形成。
而凝胶的制备则是通过溶胶的凝胶化反应得到的。
最后，经过干燥或煅烧，即可获得无机材料。
2. 燃烧法燃烧法是通过将金属盐和硝酸铵等结合进行燃烧反应来制备无机材料。
该方法具有成本低、操作简单的特点，适用于大规模生产。
3. 水热合成法水热合成法利用高温高压的水溶液环境，在特定条件下通过溶剂的热化学反应制备无机材料。
水热法可以实现无机材料的形貌控制和粒径调控，具有较高的制备效率。
4. 沉淀法沉淀法是通过在溶液中加入沉淀剂，使溶液中的金属离子形成沉淀，进而得到无机材料。
该方法制备简单，适用于制备大量无机材料。
5. 溶剂热法溶剂热法是通过在高温高压的溶剂中，促使激活剂与前驱体反应，从而制备无机材料。
溶剂热法可以控制材料的形貌、尺寸和单晶性能，适用于制备纳米级无机材料。
二、物理法物理法是通过物理手段来制备无机材料，主要包括熔融法、气相沉积法和高能球磨法等。
1. 熔融法熔融法是将材料加热至熔化状态，通过冷却形成无机材料。
该方法适用于高熔点的无机材料，如金属和金属氧化物。
2. 气相沉积法气相沉积法是通过气相反应使气体中的前驱体在基底表面形成无机材料。
常用的气相沉积法有化学气相沉积法（CVD）和物理气相沉积法（PVD）等。
3. 高能球磨法高能球磨法利用高能球磨机在球磨容器中进行无机材料的制备。
球磨过程中，球磨体与材料之间的碰撞和摩擦产生高能，从而进行化学反应或物理变化。
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§1-1 薄膜定义、组织、厚度
A. 薄膜定义：
薄膜：当材料的一维线性尺度远远小于它的其他二维尺度， 往往为纳米至微米量级，将这样的材料称之为薄膜；
通常薄膜的划分具有一定随意性，一般分为厚度大于1 μm 的厚膜及小于1 μm的薄膜，本章所指的薄膜材料主要是无 机薄膜。 薄膜：是指在基板的垂直方向上所堆积的1~104的原子层 或分子层。在此方向上，薄膜具有微观结构。
实际表面和平均表面示意图。G－实际表面；P－平均表面。
平均表面：是指表面原子所有的点到这个面的距离代数和 等于零，因而是一个几何概念；
基片表面SS：指基片一侧的表面分子集合体的平均表面；
薄膜形状表面ST：指薄膜上不与基片接触的那一侧的表面 的平均表面；
薄膜质量等价表面SM：将所测量的薄膜原子重新排列，使 其密度和块状材料相同且均匀分布在基片表面上，这时形 成的平均表面；
薄膜物性等价表面SP：根据测量薄膜的物理性质等效为一 定长度和宽度与所测量的薄膜相同尺寸的块状材料的薄膜， 这时的平均表面；
形状膜厚dT： SS(基片表面)和ST (薄膜形状表面)之间的距离； 质量膜厚dM ：SS和SM(薄膜质量等价表面)之间的距离； 物性膜厚dP： SS和SP(薄膜物性等价表面)之间的距离。
由于上述过程均受到相应过程的激活能控制，因此薄膜结 构的形成将与沉积时的衬底相对温度Ts/Tm以及沉积原子自身的 能量密切相关。
下面我们以溅射方法制备的薄膜为例，讨论沉积条件对于 薄膜微观组织的影响。溅射方法制备的薄膜组织可依沉积条件 不同而呈现四种不同的组织形态。实验表明，除了衬底温度因 素以外，溅射气压对薄膜结构也有着显著的影响。这是因为， 溅射的气压越高，入射到衬底上的粒子受到气体分子的碰撞越 频繁，粒子的能量也越低。
此种薄膜的强度很低。随着薄膜厚度的增加，细纤维状组织 进一步发展为锥状形态，其间夹杂有尺寸更大的孔洞，而薄膜表 面则呈现出与之相应的拱形形貌。
形态T型：介于形态1和形态2之间的过渡型。
此时，沉积的温度仍然很低，但与形态1时的情况相比，原 子已具备了一定的表面扩散能力。因此，虽然薄膜组织仍然保持 了细纤维状的特征，纤维内部陷密度较高，但纤维边界明显地较 为致密，纤维间的孔洞以及拱形的表面形貌特征消失。同时，薄 膜的强度较形态1时显著提高。
薄膜厚度的测量
触针法：
这种方法在针尖上镶有曲率半径为几微米的蓝宝石或金刚 石的触针，使其在薄膜表面上移动时，由于试样的台阶会 引起触针随之做阶梯式上下运动。再采用机械的、光学的 或电学的方法，放大触针所运动的距离并转换成相应的读 数，该读数所表征的距离即为薄膜厚度。
1. 差动变压器法 2. 阻抗放大法 3. 压电元件法
第四篇 无机薄膜材料的制备
第一章 无机薄膜材料的制备
1 薄膜定义、组织、厚度 2 薄膜的形成与生长机制 3 薄膜的物理制备方法
作为特殊形态材料的薄膜科学，已经成为微电子、信息、 传感探测器、光学及太阳能电池等技术的基础；
当今薄膜科学与技术已经发展为一门跨多个领域的综合性 学科，涉及物理、化学、材料科学、真空技术和等离子体 技术等领域；
蒸发法制备的薄膜与溅射沉积薄膜的组织相似，也可被相应 地划分为上述四种不同的形态。
在形态1和形态T型低温薄膜沉积组织的形成过程中，原子的 扩散能力不足，因而这两类生长又称为低温抑制型生长。与此相 对应，形态2型和形态3型的生长称为高温热激活型生长。
C. 薄膜厚度
薄膜厚度是影响薄膜应用的一个重要参量； 厚度：两个完全平整的平行平面之间的距离，是一个几何 概念。 理想的薄膜厚度是指基片表面和薄膜表面之间的距离。 实际上存在的表面是不平整和不连续的(针孔、杂质、晶 格缺陷和表面吸附分子等)，所以，要严格地定义和精确 测量薄膜的厚度实际上是比较困难的。
形态1型：在温度很低、气体压力较高的情况 下，入射粒子的能量很低，这种情况下形成的 薄膜微观组织。
由于温度低，原子的表面扩散能力有限，沉积到衬底表面的 原子即已失去了扩散能力。导致沉积的薄膜组织呈现一种数十纳 米直径的细纤维状的组织形态，纤维内部陷密度很高或者就是非 晶态的结构；纤维间的结构明显疏松，存在着许多纳米尺寸的孔 洞。
(3) 层岛复合(Stranski-Krastanov)生长模式：
在层岛复合生长模式下，最开始的一两个原子层的层状 生长之后，生长模式从层状模式转化为岛状模式，如上 图c所示。 导致这种模式转变的物理机制比较复杂，但根本的原因 应该可以归结为薄膜生长过程中各种能量的相互消长。 被列举出来解释这一生长模式的原因至少有以下三种：
B. 薄膜组织
薄膜的微观组织(形态)与薄膜制备工艺条件(例如气压、温 度、功率等影响因素)密切相关；
一般来说，足够厚的薄膜的晶格结构与块体相同，只有在 超薄薄膜中其晶格常数才与块材时明显不同；
薄膜的晶体结构与沉积时吸附原子的迁移率有关，它可以 从完全无序，即无定形非晶膜过渡到高度有序的单晶膜， 即薄膜的晶体结构包括单晶、多晶和非晶结构(？)。
电阻法:
由于电阻值与电阻的形状有关，利用这一原理来测量膜 厚的方法称为电阻法。
电阻法是测量金属薄膜厚度最简单的一种方法。测量原 理：金属导电膜的阻值随膜厚的增加而下降。
如果认为薄膜的电阻率与块状材料相同，则可由下式来 确定膜厚，即：
t / RS
其中，RS为正方形平板电阻器沿其边方向的电阻值，该RS值与正方形 的尺寸无关，常称为方电阻或面电阻，简称方阻，单位为：/□。
石英晶体振荡法是一种利用改变石英晶体电极的微小厚度，
来调整晶体振荡器的固有振荡频率的方法。利用这一原理，
在石英晶片电极上沉积薄膜，然后测量其固有频率；频率
的变化就可以求出质量膜厚。其本质上也是一种动态称重
法。
f vN
t
df N dt t2
df
v2
m
dx
N
v－声速，λ－波长，t－石英片厚度，N－频率常数；上式即为表 示振荡频率变化与薄膜质量膜厚之间关系的基本公式。
典型代表： 台阶仪
微量天平法:
微量天平法是建立在直接测定蒸镀在基片上的薄膜质量基 础之上。它是将微量天平设置在真空室内，把蒸镀的基片 吊在天平横梁的一端，测出随薄膜的沉积而产生的天平倾 斜，进而求出薄膜的积分堆积量，然后换算为膜厚。综上 可知：使用此方法得到的是薄膜的质量膜厚。
t m
A
石英晶体振荡法:
吸附现象使表面自由能减小。
从蒸发源入射到基体表面的气相原子都有一定的能量。它 们到达基片表面之后可能发生以下三种现象：
(1) 与基体表面原子进行能量交换被吸附； (2) 吸附后气相原子仍具有较大的解吸能，在基体表面作不进行能量交换，入射到基体表面上立即反射回去。
薄膜的四种典型组织形态：
在薄膜沉积的过程中，入射的气相原子首先会被衬底或薄 膜表面所吸附。若这些原子具有足够的能量，它们将在衬底或 薄膜表面进行一定的扩散(迁移)，除了可能脱附的部分原子之 外，其他的原子将到达薄膜表面的某些低能位置并沉积下来。
与此同时，如果衬底的温度足够高，原子还可能在薄膜内 部经历一定的扩散过程。因而，原子的沉积过程可细分为三个 过程，即气相原子的吸附，表面的扩散以及薄膜内的扩散。
§1-2 薄膜的形成与生长机制
A. 薄膜的生长模式
薄膜的生长模式可以归结为以下三种形式： 岛状生长模式(Volmer-Wever形式)； ❖ 层状生长模式(Frank-Vander Merwe形式) ； 层岛复合生长模式(Stranski-Krastanov形式)。
(1) 岛状 (Volmer—Weber)生长模式：
入射到基体表面上的气相原子中的绝大多数都能够与基 体表面原子进行能量交换形成吸附。
表面扩散与凝结现象：
入射到基体表面上的气相原子在表面上形成吸附原子后， 它便失去了在表面法线方向的动能，只具有与表面水平方 向相平行运动的动能。依靠这种动能，吸附原子在表面上 作不同方向的表面扩散运动。
在表面扩散过程中，单个吸附原子间相互碰撞形成原子对 之后才能产生凝结。因此在研究薄膜形成过程时所说的凝 结就是指吸附原子结合成原子对及其以后的过程。
溅射气压越低，即入射粒子的能量越高，则发生形态1组织 向形态T组织转变的温度就越低。这表明，入射粒子能量的提高 有抑制形态1型组织出现，促进形态T型组织出现的作用。
形态2型：当温度介于Ts/Tm=0.3~0.5区间内， 原子表面扩散进行得较为充分时形成的薄膜。
此时，原子在薄膜内部的体扩散虽不充分，但原子的表面扩 散能力已经很高，已可进行相当距离的扩散。在这种情况下，形 成的组织为各个晶粒分别外延而形成的均匀的柱状晶组织，柱状 晶的直径随沉积温度的增加而增加。晶粒内部缺陷密度较低，晶 粒边界的致密性较好，这使得薄膜具有较高的强度。同时，各晶 粒的表面开始呈现出晶体学平面所特有的形貌。
对很多薄膜与衬底的组合来说，只要沉积温度足够高， 沉积的原子具有一定的扩散能力，薄膜的生长就表现为 上图a所示的岛状生长模式。 岛状核心的形成表明，被沉积的物质与衬底之间的浸润 性较差，因而前者更倾向于自己相互键合起来形成三维 的岛，而避免与衬底原子发生键合。 许多金属在非金属衬底上都采取这种生长模式。
吸附原子的表面扩散运动是形成凝结的必要条件。
上图为吸附原子表面扩散示意图。
(2) 层状 (Frank—van der Merwe)生长模式：
当被沉积物质与衬底之间的浸润性很好时，被沉积物质 的原子更倾向于与衬底原子键合。 如上图b所示，薄膜从形核阶段开始即采取二维扩展的模 式，薄膜沿衬底表面铺开。薄膜在随后的沉积过程中， 一直维持这种层状的生长模式。 在层状生长模式下，每一层原子都自发地平铺于衬底或 薄膜的表面，因为这样会降低系统的总能量。
c. 在层状外延生长表面是表面能比较高的晶面时，为了降低表 面能，薄膜力图将暴露的晶面改变为低能晶面。因此薄膜在 生长到一定厚度之后，生长模式会由层状模式向岛状模式转 变。