薄膜材料的制备方法.
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。
薄膜材料的制备流程
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1. 基材处理，对基材进行清洁、活化或改性处理，以提高薄膜与基材的附着力。
薄膜材料的制备及其应用
薄膜材料的制备及其应用一、薄膜材料的基本概念和制备方法薄膜是指宽度很小，但厚度相对较薄的材料。
薄膜材料由于具有在空间限制下的卓越性质，被广泛应用于化学、生物、光电等领域。
常见的薄膜材料有聚合物、金属、陶瓷、玻璃等。
1.基于聚合物的薄膜制备方法聚合物薄膜制备方法包括溶液浇铸、界面聚合、自组装、化学气相沉积等多种技术。
其中，溶液浇铸法是最为普遍的一种方法，即将聚合物分散于溶剂中，通过蒸发-干燥过程制备膜材料。
2.基于金属的薄膜制备方法金属薄膜制备方法主要包括物理气相沉积、化学气相沉积、物理溅射和热蒸发等技术。
其中，物理气相沉积法是最常用的一种方法，依靠金属的高温蒸发和沉积，形成薄膜材料。
3.基于陶瓷的薄膜制备方法陶瓷薄膜材料的制备采用包括溶胶-凝胶法、物理气相沉积、离子束沉积和磁控溅射等多种技术。
其中，溶胶-凝胶法是一种低温制备技术，制备出的膜材料具有良好的化学稳定性和高纯度。
二、薄膜材料的应用1.生物医学领域在生物医学领域，薄膜被广泛应用于药物递送、人工器官、组织工程等方面。
聚合物薄膜材料具有良好的生物相容性和生物可降解性，广泛用于药物递送系统和组织工程中。
金属薄膜由于其良好的导电性能，可用于人体电刺激和成像等领域。
2.能源领域薄膜在太阳能电池、燃料电池、半导体器件等领域也有着重要的应用。
例如，聚合物薄膜用于太阳能电池、金属薄膜用于燃料电池、氧化物薄膜用于半导体领域。
3.环境领域薄膜在环境领域的应用主要包括水处理、气体净化、油污处理等方面。
例如，纳米复合薄膜用于水处理，可有效过滤掉微小颗粒和化学污染物；纳米多孔结构薄膜用于气体净化，可去除有害氧化物和有机物质；陶瓷薄膜用于油污处理，可高效分离和去除油污。
三、薄膜材料的发展趋势1.可持续、环保的材料未来薄膜材料的制备趋势是转向可持续、环保的材料。
例如，生物可降解聚合物薄膜可以在使用后被自然分解，减少环境影响。
2.多功能化材料未来的薄膜材料也将具备多种功能，例如，与生物组织相容、导电、光学响应等。
薄膜材料的制备及其应用
薄膜材料的制备及其应用薄膜材料是一种非常重要的材料，在形态和用途上都非常广泛。
与传统的块材料不同，薄膜材料可以制备成各种形状和大小，非常适合各种特殊需求的场合。
薄膜材料的制备技术也变得越来越成熟和多样化，能够满足不同领域的需求。
本文将从薄膜材料的制备和应用两个方面阐述其重要性。
一、薄膜材料的制备方法薄膜制备的方法有很多，可以根据需要选择不同的方法。
其中一些主要的方法有：1. 溅射法。
该方法是一种常见的薄膜制备方法，依靠高温下的原子或离子的加速碰撞使得物质凝聚在样品表面上，形成一层薄膜。
2. 化学气相沉积法。
该方法利用气相反应，使物质沉积在样品表面上，也是一种经常使用的薄膜制备方法。
3. 溶液法。
该方法利用一定的溶剂将物质溶解，然后通过各种方式沉积在样品表面上，也是一种略微便宜的方法。
薄膜材料的制备方法可以根据具体情况进行选择。
例如，需要制备高质量的薄膜材料，则溅射法和化学气相沉积法更适用，对薄膜材料的结晶质量有更高的要求。
需要大规模制备时，则可以使用溶液法，因为溶液法的成本相对较低。
二、薄膜材料的应用薄膜材料在很多领域都有广泛的应用，其中一些主要的领域有：1. 太阳能电池。
薄膜太阳能电池相对于其他太阳能电池的优势在于其更低的制造成本和更低的重量。
这就是为什么薄膜太阳能电池在过去几年里变得越来越流行的原因。
2. 光电显示器。
我们的笔记本电脑和手机等电子产品中使用的另一个薄膜材料是透明电极。
这种材料可以被施加电压来产生电子，从而控制光的透过。
3. 薄膜防护层。
薄膜材料不仅可以用来制造电子产品，还可以用来保护它们。
例如，我们可以使用一层防护膜来保护手机或平板电脑的屏幕免受划伤或破碎。
4. 超级电容器。
超级电容器是利用电容器原理储存电能的装置，其制作的核心就是薄膜电极。
使用薄膜电极具有较大的表面积，从而增加了超级电容器储存电能的能力。
总的来说，薄膜材料在现代科技领域的应用非常广泛，其制备方法也越来越成熟。
薄膜的制备方法有哪些
薄膜的制备方法有哪些薄膜是一种非常常见的材料形式，它在许多领域都有着广泛的应用，比如电子产品、光学器件、包装材料等。
薄膜的制备方法多种多样，包括物理方法、化学方法和生物方法等。
接下来，我们将介绍一些常见的薄膜制备方法。
首先，物理方法是制备薄膜的一种重要途径。
其中，蒸发法是一种常用的物理方法。
通过加热固体材料，使其升华成气体，然后在基底表面凝结成薄膜。
这种方法制备的薄膜质量较高，适用于制备金属薄膜和部分无机物薄膜。
其次，溅射法也是一种常见的物理方法。
在溅射法中，通过向靶材表面轰击离子或中性粒子，使靶材表面的原子或分子脱落，并在基底表面沉积成薄膜。
这种方法制备的薄膜具有较好的结晶性和附着力，适用于制备金属薄膜、氧化物薄膜等。
除了物理方法，化学方法也是制备薄膜的重要手段。
溶液法是一种常用的化学方法。
在溶液法中，将溶解了所需材料的溶液涂覆在基底表面，然后通过溶剂挥发或化学反应使溶液中的物质沉积成薄膜。
这种方法制备的薄膜适用范围广，可以制备有机薄膜、无机薄膜等。
此外，化学气相沉积（CVD）也是一种常用的化学方法。
在CVD 中，将气态前体物质输送到基底表面，经过化学反应生成薄膜。
这种方法制备的薄膜质量较高，适用于制备氧化物薄膜、氮化物薄膜等。
最后，生物方法也在制备薄膜中发挥着重要作用。
生物合成法是一种常见的生物方法。
在生物合成法中，利用生物体内的生物大分子，如蛋白质、多糖等，通过生物合成过程制备薄膜。
这种方法制备的薄膜具有生物相容性和可降解性，适用于医用材料等领域。
综上所述，薄膜的制备方法多种多样，包括物理方法、化学方法和生物方法等。
不同的制备方法适用于不同类型的薄膜材料，选择合适的制备方法对于薄膜的性能和应用具有重要意义。
希望本文能够帮助您更好地了解薄膜制备方法，为您的研究和应用提供参考。
光学实验技术中的薄膜制备与表征指南
光学实验技术中的薄膜制备与表征指南在现代光学实验中，薄膜是一种广泛应用的材料，它具有许多独特的光学性质。
为了实现特定的光学设计要求，科学家们需要制备和表征各种薄膜。
本文将为您介绍光学实验技术中的薄膜制备与表征指南，帮助您更好地理解和应用薄膜技术。
一、薄膜制备技术1. 真空蒸发法真空蒸发法是一种常见的薄膜制备技术，它通常用于金属或有机材料的蒸发。
蒸发源材料通过加热，使其蒸发并沉积在基底表面上，形成薄膜。
真空蒸发法具有简单、灵活的优点，但由于材料的有机蒸发率不同，容易导致薄膜的成分非均匀性。
2. 磁控溅射法磁控溅射法是一种通过离子碰撞使靶材溅射，并沉积在基底上的技术。
这种方法可以获得高质量和均匀性的薄膜。
磁控溅射法通常用于金属、氧化物和氮化物等无机薄膜的制备。
3. 原子层沉积法原子层沉积法（ALD）是一种逐层生长薄膜的方法，通过交替地注入不同的前驱体分子，使其在基底表面上化学反应并沉积。
这种方法可以实现非常精确的厚度控制和成分均一性。
4. 溶胶凝胶法溶胶凝胶法是一种基于溶胶和凝胶的化学反应制备薄膜的方法。
通过溶胶中的物质分子在凝胶中发生凝胶化反应，形成薄膜。
这种方法适用于复杂的薄膜材料。
二、薄膜表征技术1. 厚度测量薄膜的精确厚度对于光学性能至关重要。
常用的测量方法包括激光干涉法、原位椭圆偏振法和扫描电子显微镜等。
激光干涉法通过测量反射光的相位差来确定薄膜厚度，原位椭圆偏振法则通过测量反射光的椭圆偏振状态来推断厚度。
2. 光学性能表征光学性能包括反射率、透过率、吸收率等。
常用的表征方法有紫外可见近红外分光光度计和激光光谱仪。
通过测量样品在不同波长下的吸收或透过光强度，可以得到其光学性能。
3. 表面形貌观察表面形貌对薄膜的光学性能和功能具有重要影响。
扫描电子显微镜和原子力显微镜是常用的表面形貌观察工具。
扫描电子显微镜可以获得样品表面的高分辨率图像，原子力显微镜则可以实现纳米级表面形貌的观察。
4. 结构分析薄膜的结构分析是了解其晶体结构和晶格形貌的重要手段。
薄膜材料的制备和应用研究进展
薄膜材料的制备和应用研究进展薄膜材料是一种在日常生活中用途广泛的材料。
它的应用范围涉及光学、电子、生物医学，甚至涂层等很多领域。
制备和应用研究方面也有很多成果，本文将从几个方面介绍薄膜材料的制备方法以及应用研究进展。
一、制备方法1、物理气相沉积法物理气相沉积法是指利用热能或者电子束激励的方式使材料蒸发并沉积在基底上形成薄膜。
这种方法可以制备高质量、高结晶度的薄膜材料。
其中分子束蒸发技术和反蒸发方法属于物理气相沉积法的一种，依靠非常高的真空和完整的分子束，可以制备出高质量的薄膜材料，但是设备成本也非常高。
2、化学气相沉积法化学气相沉积法是指在较低的气压环境下，将材料前驱体分子通过热解、裂解或者还原等化学反应，制备出薄膜材料。
这种方法成本较低，操作简单，可以制备大面积、高质量的薄膜，因此尤其适合大规模生产。
3、物理涂敷法物理涂敷法是指利用物理过程，将材料沉积在基底上形成薄膜。
常见的物理涂敷法有磁控溅射、电子束蒸发、激光蒸发等。
这种方法可以制备出膜层均匀、结构紧密的薄膜，但是缺点是沉积速度较慢，不能用于大面积生产。
4、化学涂敷法化学涂敷法是指利用化学反应将材料前驱体分子沉积在基底上形成薄膜。
常见的化学涂敷法有溶胶凝胶法、自组装法等。
这种方法可以制备出薄膜材料的更多形式，如多孔薄膜、纳米结构薄膜等。
但是化学反应的复杂度和化学材料的不稳定性也增加了制备过程的难度。
二、应用研究进展1、光电材料在光电领域，薄膜材料的应用非常广泛。
其中，一些透明导电薄膜材料如氧化铟锡、氧化镓锌、氧化铟和氧化钙、锡等材料已成为制作 OLED 光电器件的重要材料。
此外，半导体材料如氧化物和硫化物薄膜也被广泛应用于光电器件中，如可见光光伏器件、光传感器等。
因此，随着该领域的发展，薄膜材料在光电设备中的应用前景不断向好。
2、生物医学薄膜材料在生物医学领域的应用也越来越广泛。
其中，一种叫做生物基薄膜的材料能够在各种生物医学应用中发挥重要作用。
材料科学中的薄膜制备技术研究综述
材料科学中的薄膜制备技术研究综述薄膜作为一种重要的材料形态，在材料科学领域中具有广泛的应用。
薄膜制备技术的研究和发展，不仅能够扩展材料的功能性，并提高材料的性能，还可以为各个领域提供更多的应用可能性。
本文将综述材料科学中薄膜制备技术的研究进展，并重点探讨了几种常见的薄膜制备技术。
1. 物理气相沉积（PVD）物理气相沉积是一种常见的薄膜制备技术，它通过蒸发或溅射等方法将材料转化为蒸汽或离子，经过气相传输沉积在基底上形成薄膜。
物理气相沉积技术包括热蒸发、电子束蒸发、分子束外延和磁控溅射等方法。
这些方法在薄膜制备中具有高温、高真空和高能量等特点，能够制备出具有优异性能的薄膜。
然而，物理气相沉积技术在薄膜厚度的控制上存在一定的局限，且对于一些化学反应活性较高的材料来说，难以实现。
2. 化学气相沉积（CVD）化学气相沉积是一种将反应气体在表面上发生化学反应生成薄膜的方法。
CVD 技术根据反应条件的不同可以分为低压CVD、大气压CVD和等离子CVD等。
这些技术在实现复杂薄膜结构和化学组成控制上相较于PVD技术更具优势。
化学气相沉积技术可用于金属、氧化物、氮化物以及半导体材料等薄膜的制备。
然而，该技术所需的气体和化学物质成分较复杂，容易引起环境污染，并且对设备的要求较高。
3. 溶液法制备薄膜溶液法是一种常用的低成本、高效率的薄膜制备技术。
常见的溶液法包括旋涂法、浸渍法、喷涂法和柔性印刷法等。
这些方法通过将溶液中的溶质沉积在基底上，形成薄膜。
溶液法制备薄膜的优势在于简单易行、成本低、适用于大面积薄膜制备。
然而，溶液法制备出的薄膜常常具有较低的晶化程度和机械强度，且在高温和湿润环境下易失去稳定性。
4. 磁控溅射技术磁控溅射技术是一种通过离子轰击固体靶材的方法制备薄膜。
在磁控溅射过程中，离子轰击靶材，使靶材表面的原子转化为蒸汽，然后通过惰性气体的加速将蒸汽沉积在基底上。
磁控溅射技术可用于金属、氧化物、氮化物等薄膜的制备，并可实现厚度和成分的精确控制。
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磁控溅射原理示意图
2018/12/4
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离子镀
• IP (Ion plating），同时结合蒸发和溅射的特点， 让靶材原子蒸发电离后与气体离子一起受电场的 加速，而在基片上沉积薄膜的技术。 • 电场作用下，被电离的靶材原子与气体离子一起 轰击镀层表面，即沉积与溅射同时进行作用于膜 层，只有沉积›溅射时才成膜。 • 离子轰击的目的在于改善膜层的性能，附着性提 高。
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电子束法
• 电阻法不能满足难熔金属和氧化物材料， 特别是高纯度薄膜的要求。 • 电子束法中将蒸发材料放入水冷铜坩埚中， 直接利用电子束的高能量密度加热，可制 备高熔点和高纯薄膜。根据电子束蒸发源 的型式不同，可分为环形枪、直枪、e型枪 和空心阴级电子枪等。
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物理方法(PVD)
溅射
离子镀
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真空蒸镀的原理
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真空蒸发的优点
• • • • 设备简单、操作容易； 薄膜纯度高、质量好，厚度可较准确控制； 成膜速率快、效率高； 生长机理比较单纯。
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真空蒸发的缺点
不容易获得结晶结构的薄膜； 形成的薄膜与基底之间的附着力较小； 工艺重复性不够好。
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主要真空泵的排气原理与范围
2018/12/4
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真空的测量
• 热偶真空计：利用低压强下气体的热传导 与压强有关的原理制成的真空计。典型的 有热阻真空计和热偶真空计两种。
• 电离真空计：目前测量高真空的主要设备
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主要内容
• 薄膜的制备方法,含:
---真空技术基础; ---PVD(真空蒸发、溅射、离子镀膜) ---CVD -
整个溅射过程都是建立在辉光放电的基础 上，即溅射离子都来源于气体放电。 根据产生辉光放电方式的不同，可分为直 流溅射、射频溅射、磁控溅射等。
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直流溅射的原理
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射频溅射
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射频溅射的原理
• 直流溅射：靶材为阴极，基片为阳极。当靶为绝 缘体时，正离子使靶带电，使靶的电位逐渐上升， 到一定程度后，离子加速电场下降，使辉光放电 停止。因此，靶材只能为导体材料，不能为绝缘 体。 • 射频溅射：无线电波13.56MHZ，交变电场。负 半周时，靶材为阴极，基片为阳极，正离子轰击 靶材，溅射正常进行。正半周，靶材为阳极，基 片为阴极，电子质量比离子小，迁移率高，很快 飞向靶面，中和正电荷，且可能迅速积累大量电 子，使靶表面空间电荷呈现负电性，即正半周也 可实现离子轰击。射频能溅射绝缘靶。
固体薄膜材料的制备
真空技术基础
• • • • 真空及真空的常用单位 真空的分类 真空泵 真空的测量
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真空及其单位
• 真空是指低于一个大气压的气体空间。常 用“真空度”度量。真空度越高，压强越 小。 • 常用计量单位：Pa, Torr, mmHg, bar, atm.。关系如下： • 1mmHg=133.322Pa, • 1 Torr=atm/760=133.322Pa≈1mmHg • 1 bar=105Pa
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溅射镀膜
• 是指荷能 粒子轰击 固体表面 （靶）， 使固体原 子（或分 子）从表 面射出的 现象。
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溅射镀膜特点
任何物质均可溅射，尤其是高熔点、低蒸 气压元素和化合物。 溅射膜与基板之间的附着性好。 溅射镀膜密度高，针孔少，纯度高。 膜厚可控性和重复性好。 缺点：设备复杂，需要高压装置，沉积速 率低，基板温升较高，易受杂质气体影响 等。
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真空系统的组成
• 典型的真空系统包括： ---真空室(待抽空的容器); ---真空泵(获得真空的设备); ---真空计(测量真空的器具); ---必要的管道、阀门和其他附属设备。
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真空泵
• 获得真空的设备。至今还没有一种泵能直接从大 气一直工作到超高真空。因此，通常是将几种真 空泵组合使用. • 前级泵：能使压力从1个大气压开始变小，进行排 气的泵 • 次级泵：只能从较低压力抽到更低压力的真空泵。 • 如机械泵+扩散泵系统，为有油系统； 吸附泵+溅 射离子泵+钛升华泵系统，为无油系统。
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真空蒸发的分类
根据蒸发源(热量提供方式)的不同，分为电阻法、 电子束法、高频法等。 为了蒸发低蒸汽压的物质，采用电子束或激光 加热； 为了制造成分复杂或多层复合薄膜，发展了多 源共蒸发或顺序蒸发法； 为了制备化合物薄膜或抑制薄膜成分对原材料 的偏离，出现了发应蒸发法等。
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真空的分类
粗真空：1×105～1×102Pa 目的获得压 力差。电容器生产中的真空侵渍工艺 低真空：1×102～1×10-1Pa 真空热处理。
高真空：1×10-1～1×10-6Pa
超高真空：<1×10-6Pa 体；获得纯净的固体表面。
真空蒸发。
得到纯净的气
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• 典型的薄膜材料的制备
---金刚石薄膜 ---ZnO薄膜
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PVD的含义
• 物理气相沉积PVD（Physics Vapor Deposition，主要是在真空环境下利用各种 物理手段或方法沉积薄膜。
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PVD的分类
蒸发 单源单层 单源多层 多源反应 直流：二级、三级、四级 射频 磁控 离子束
直枪电子束法的原理
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高频法
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，导致蒸发材料 升温，直到气化。 特点是： 蒸发速率大， 温度均匀稳定，不易产生飞溅现象。
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高频感应加热源的原理
2018/12/4
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蒸发源
• 蒸发源是蒸发装置的关键，基本要求是熔点要高、 饱和蒸气压低、化学性质稳定、良好的耐热性、 原料丰富，经济耐用。 • 常用的蒸发源材料有：W、Mo、Ta等。由于Al、Fe、 Ni、Co等易与W、Mo、Ta等形成低熔点合金，故改 用氮化硼(50%BN+50%TiB2)导电陶瓷坩埚、氧化锆， 氧化钍、氧化铍、氧化镁、氧化铝、石墨坩埚等。 • 电阻蒸发源可作成丝状、箔状、螺旋状、锥形蓝 状等。