薄膜制备与测试
实验10 薄膜材料的制备及性能检测
实验十薄膜材料的制备及性能检测一、实验目的1．了解磁控溅射的原理及仪器装置、操作方法。
2．通过实验掌握涂层性能分析的实验技术。
二、实验原理用于轰击靶材的荷能粒子可以是电子、离子或中性粒子，因为离子在电场下易于加速并获得所需要的动能，因此大多数采用离子作为轰击粒子。
离子轰击靶材时将靶面原子击出的现象称为溅射。
所以溅射镀膜就是指在真空中利用荷能粒子轰击靶材表面，使被轰击出的粒子沉积在基片上，在基底上形核生长形成薄膜的过程的一种技术。
通常，利用低压惰性气体辉光放电来产生入射离子。
镀膜时，靶材为阴极，基材为阳极，真空室中一般为0.1-10Pa的Ar气或其它惰性气体（一般选择Ar气作为溅射气体）。
20世纪三四十年代首次利用溅射镀膜技术成功制备了薄膜，且在六七十年代实现工业化应用，尤其在近几十年内，溅射镀技术发展迅速，利用该技术制备的新型材料也数不胜数。
目前溅射方法很多，主要有二级溅射、三级或四级溅射、磁控溅射、对靶溅射、射频溅射、偏压溅射、非对称交流射频溅射、离子束溅射以及反应磁控溅射等。
磁控溅射的工作原理是指电子在电场E的作用下，在飞向基材的过程中与Ar气气体分子发生碰撞，使其电离产生出Ar+和新的电子；新电子飞向基材，Ar+在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶材表面，使靶材发生溅射。
被溅射出的粒子中，中性的靶材原子或分子沉积在基材表面生成薄膜，而产生的二次电子会受到电场和磁场作用，在E（电场）×B（磁场）所指的方向漂移，简称E×B漂移，其运动轨迹近似于一条摆线。
若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶材表面做圆周运动，它们的运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶材表面的等离子体区域内，并且在该区域中电离出大量的Ar+来轰击靶材，从而实现了高速沉积。
随着碰撞次数的增加，二次电子的能量消耗殆尽，逐渐远离靶材表面，并在电场E的作用下最终沉积在基材表面。
由于该电子的能量很低，传递给基材的能量很小，致使基材温升较低。
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年代以来一直是研究的热点。
碳是类金刚石膜的主要成分。
碳元素有3种同素异形体，即金刚石、石墨和各种无定形碳。
材料科学中的薄膜材料的制备与表征
材料科学中的薄膜材料的制备与表征薄膜材料是材料科学中一类重要的材料，在许多工业领域和科学研究中扮演着重要的角色。
薄膜材料的制备和表征是该领域研究的核心内容，涉及到许多先进的制备技术和表征方法。
首先，我们来介绍一下薄膜材料的制备技术。
薄膜材料的制备可以通过物理、化学和生物方法来实现。
物理制备方法包括蒸发、溅射、离子束沉积等，这些方法主要通过物理手段将原料蒸发或溅射到基底上形成薄膜。
化学制备方法包括溶液法、凝胶法、气相沉积等，其中溶液法是一种常见且简便的制备方法，通过溶液中原料的反应和沉积来制备薄膜。
生物制备方法则利用生物体自身的成分和机制来合成和组装薄膜材料。
薄膜材料的制备过程中需要考虑多个因素，包括原料的选择和纯度、沉积速率控制、温度和压力的控制等。
在物理制备中，质量和形态的控制是关键，需要精确控制蒸发或溅射参数来得到所需的薄膜，同时还需要考虑沉积速率对薄膜性能的影响。
在化学制备中，反应物的选择和配比、溶液浓度、温度等因素都会影响薄膜的性质。
生物制备方法则需要考虑生物体自身的特性和条件来控制薄膜的组装和形态。
薄膜材料制备完成后，需要进行表征以了解其结构和性质。
薄膜材料的表征常用的方法包括X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等。
XRD可以用于表征薄膜的结晶性质和晶格参数，通过分析衍射峰可以确定薄膜的纯度和晶体结构。
SEM和TEM则可以提供薄膜的形貌和微观结构信息，通过观察电子显微镜图像可以了解薄膜的表面形态和内部结构。
此外，还可以使用光学显微镜、拉曼光谱、电子能谱等其他表征方法对薄膜材料进行更详细的分析。
在薄膜材料的表征过程中，需要注意一些关键指标的检测。
例如，薄膜的厚度是一个非常重要的参数，可以通过表面轮廓仪、原子力显微镜、步进剥离等方法来测量。
薄膜的化学成分可以通过X射线光电子能谱（XPS）和能谱仪来确定。
光学性质是另一个需要表征的重要方面，可以通过紫外可见吸收光谱、荧光光谱等方法来研究薄膜的光学特性。
薄膜制备与表面分析(IV)
THANKS
感谢观看
原理
利用量子力学中的隧道效应，通过测 量针尖与样品表面之间的电流，获得 样品表面的形貌信息。
应用
用于薄膜表面的形貌观察、原子级分 辨率的表面结构研究等。
优点
能够提供原子级分辨率的表面形貌信 息，具有最高的空间分辨率。
缺点
需要制备导电样品，对某些材料可能 需要特殊的处理。
反射式高能电子衍射
原理
应用
利用高能电子束照射样品表面，通过测量 电子束在样品表面的反射和衍射，获得样 品的晶体结构和表面结构信息。
优点
缺点
薄膜质量不稳定、成分不均匀、热处 理温度高。
制备工艺简单、成本低、可制备大面 积的薄膜。
喷雾热解法
制备过程
将溶液或溶胶通过喷雾器 喷涂在基底表面，经过热 解和反应形成薄膜。
优点
制备工艺简单、可制备大 面积的薄膜、成分易于控 制。
缺点
薄膜质量不稳定、成分不 均匀、需要较高的热解温 度。
03
案例三：陶瓷薄膜制备与表面分析
陶瓷薄膜制备方法
溶胶-凝胶法、化学气相沉积（CVD）、物 理气相沉积（PVD）等。
表面形貌分析
通过原子力显微镜（AFM）和扫描电子显 微镜（SEM）观察表面粗糙度和微观结构。
表面成分分析
利用能量散射谱（EDS）和X射线光电子能 谱（XPS）确定元素组成和化学状态。
应用领域
用于薄膜材料的晶体结构和表面结构分析 、表面重构研究等。
优点
缺点
能够提供高精度的晶体结构和表面结构信 息，具有较高的能量分辨率和角度分辨率 。
物理实验中透明导电薄膜的制备与测试技术
物理实验中透明导电薄膜的制备与测试技术引言：随着现代科技的飞速发展，透明导电薄膜作为一种关键材料，在电子设备、光电器件等领域中发挥着重要的作用。
本文将探讨透明导电薄膜的制备方法和测试技术，希望能为相关研究人员提供一些参考。
一、透明导电薄膜的制备方法1. 溅射法溅射法是目前最常用的透明导电薄膜制备方法之一。
通过将目标材料置于真空室中，引入惰性气体和辅助气体，使用电弧等方式使靶材上的原子离开，被气体带到基底表面，形成薄膜。
溅射法制备的透明导电薄膜具有良好的导电性和透明性，适用于大面积的制备。
2. 化学溶液法化学溶液法是一种简便有效的透明导电薄膜制备方法。
通过将适当的金属盐溶解于溶剂中，加入表面活性剂等辅助剂，进行溶液混合，然后将基底浸入溶液中反应一段时间，最终得到透明导电薄膜。
化学溶液法制备的薄膜具有较高的透明度和导电性能，但一般适用于小面积的制备。
二、透明导电薄膜的测试技术1. 透明度测试透明导电薄膜的透明度是衡量其光学性能的重要指标。
常用的测试方法是通过紫外-可见-红外分光光度计进行测试，测量薄膜在不同波长下的透射率和反射率，从而计算出透明度。
此外，还可以使用扫描电子显微镜观察薄膜表面的形貌，评估其光学均匀性。
2. 导电性测试透明导电薄膜的导电性是其最重要的功能之一。
常用的测试方法是使用四探针电阻仪对薄膜进行电阻测量，得到相应的导电性能。
同时，也可以使用霍尔效应测试系统对薄膜进行霍尔效应测量，了解材料的载流子浓度以及电子迁移率等参数。
3. 机械性能测试透明导电薄膜在实际应用中需要具备一定的机械性能，如柔韧性和耐磨性。
常用的测试方法是使用万能材料试验机进行拉伸测试和弯曲测试，分析薄膜在不同应力下的变形特性和破坏机理，评估其机械性能。
4. 热稳定性测试透明导电薄膜在不同的热环境下需要具备一定的稳定性。
常用的测试方法是使用热膨胀系数测试仪对薄膜进行热膨胀系数测量，评估其热膨胀特性。
同时，也可以使用热重分析仪对薄膜进行热失重及热分解分析，观察其在高温条件下的性能变化。
薄膜材料的制备和表征分析
薄膜材料的制备和表征分析近年来，薄膜材料的制备和表征分析已经成为了一个热门的研究领域。
薄膜材料，指的是厚度在几纳米到几百微米之间的材料，由于其极小的尺寸和高比表面积，具有很多独特的物理、化学和材料特性。
这种材料近年来被广泛应用于复杂的电子器件、生物医学、分析化学等领域。
因此，对薄膜材料的制备方法和表征分析技术进行深入的研究和探究，有助于更好地开发和应用这种材料。
一、薄膜材料制备技术薄膜材料的制备技术有很多种类。
常见的制备方法包括物理气相沉积、化学气相沉积、溅射镀膜、离子束镀膜、分子束外延以及涂覆法等。
其中，物理气相沉积通常使用的设备是真空蒸发装置。
在它的内部，材料样品被放在坩埚中。
而且通过高压电弧，材料样品被化为离子状态和粒子状态的气体。
这些气体以极高浓度流被导入真空室中，使其射到表面上，从而形成薄膜。
化学气相沉积是一个沉淀对应物质的方法，它是一种将气态物质化为固态物质的方法。
其核心原理是在气相沉积过程中，物质原子或分子通过化学反应，形成薄膜。
溅射镀膜是利用氩离子轰击靶材使材料离开靶材沉积在基板表面上形成薄膜。
离子束镀膜和分子束外延则是利用起始物质，通过强气流、热电子和离子的束束出射，碰撞到物质的靶材，然后使其形成薄膜。
涂覆法比较简单，通常是一种在基板表面上涂覆薄膜溶液或者膜浆，然后通过烘干、烘烤等处理过程形成自臻的薄膜。
此外，近年来又兴起了一种被称为“自组装”的制备方法，如自组装膜、自组装量子点等，这种方法利用材料分子之间的相互作用力，通过自发的方式组装形成薄膜。
二、薄膜材料表征分析技术表征分析技术是研究薄膜材料特性的重要手段，它可以为薄膜材料的使用和进一步研究提供基础性数据和依据。
常见的表征分析技术包括扫描电镜成像、X射线衍射、拉曼光谱、电子能谱等。
扫描电镜是一种利用电子束照射样品表面，通过检测样品电子信息制成图片或场景的技术。
它可以提供材料表面的拓扑形态，包括结构、相貌和纹理等特征。
X射线衍射技术通过探测材料的晶体结构，实现快速精确地分析材料的进化、物性与性能等方面的问题。
二氧化硅薄膜的制备及检测-第二题概要
3.5 液相沉积法
在化学沉积法中, 使用溶液的湿化学法因需要能量较小, 对 环境影响较小, 在如今环境和能源成为世人瞩目的问题之 时备受欢迎, 被称为soft process (柔性过程)。近年来在湿 化学法中发展起一种液相沉积法(L PD) , SiO2 薄膜是用 LPD 法最早制备成功的氧化物薄膜。通常使用H2SiF6 的 水溶液为反应液, 在溶液中溶入过饱和的SiO2 (以SiO 2、 硅胶或硅酸的形式) , 溶液中的反应为: H2SiF6+ 2H2O SiO2+ 6HF。目前可在相当低的温度(～ 40 ℃) 成功地在 GaAs 基底上生长SiO2 薄膜, 其折射率约为1. 423。PLD 成膜过程不需热处理, 不需昂贵的设备, 操作简单, 可以在 形状复杂的基片上制膜, 因此使用广泛。
3.3热氧化法
热氧化工艺是在高温(900～ 1200 ℃) 使硅片 表面氧化形成SiO2 膜的方法, 包括干氧氧化、湿 氧氧化以及水汽氧化。
其中还有一种制备超薄SiO2薄膜的新方法— —快速热工艺氧化法,这种方法采用快速热工艺系 统, 精确地控制高温短时间的氧化过程, 获得了性 能优良的超薄SiO2薄膜。
目前最常用的方法就是干涉法，其设备 简单，测量方便，也比较准确。
在已经氧化过得硅片表面，用蜡保护
一定的区域，然后放入氢氟酸中，将未保
护的氧化膜腐蚀掉，最后用有机溶液将蜡 除净，这是就出现了二氧化硅斜坡。
X0
N
2n
(X0
: 为膜厚度，
当已知波长的单色光束垂直照射在斜 N：为干涉条纹，
坡上面，如图所示，由于二氧化硅膜是透 ：为入射单色光的波长 ，
明的，所以入射光束将分别在二氧化硅表 n：为入射光的折射率 )
lbo晶体上薄膜制备工艺及附着力测试技术__概述说明
lbo晶体上薄膜制备工艺及附着力测试技术概述说明1. 引言1.1 概述LBO（锂热硼酸锶）晶体是一种具有优异光学性能和广阔应用前景的非线性光学晶体。
随着科技的进步，对LBO晶体制备薄膜的需求日益增加。
薄膜的制备工艺及其附着力对于LBO晶体在各个应用领域中发挥其最佳性能至关重要。
因此，本文将概述LBO晶体上薄膜制备工艺以及附着力测试技术，并对相关方法与结果进行分析和解释。
1.2 文章结构本文分为五个主要部分进行论述，结构如下：第一部分是引言，主要介绍文章的背景和目的。
第二部分是LBO晶体概述，包括LBO晶体的特性、应用领域以及制备工艺需求。
第三部分是LBO薄膜制备工艺，详细介绍了常用的制备技术、制备步骤以及工艺参数控制与优化方法。
第四部分是薄膜附着力测试技术，重点介绍了常用的测试方法、相关装置及原理，并对测试结果进行分析和解释。
最后一部分是结论与展望，总结了本研究的工作成果并提出对制备工艺的优化建议，同时展望了未来LBO晶体薄膜制备领域的发展方向。
1.3 目的本文的目的是全面介绍LBO晶体上薄膜制备工艺及附着力测试技术。
通过对各种制备方法和参数控制进行深入解析，并使用合适的测试方法评估薄膜附着力，旨在为LBO晶体相关领域的科研人员和技术工作者提供参考和指导。
希望本文能促进LBO晶体薄膜制备技术的进步与应用领域的拓展，推动该领域向更高水平发展。
2. LBO晶体概述:2.1 LBO晶体特性:LBO（Lithium Triborate）晶体是一种非线性光学晶体，具有优异的光学性能和热学稳定性。
它属于无机非金属材料，具有高透明度、宽光谱范围、大的光学非线性系数等特点。
LBO晶体的晶系为三方晶系，具有空间群R3c。
其材料的主要组成成分是Li₂O和B₂O₃。
2.2 应用领域:由于LBO晶体具有良好的非线性光学效应，广泛应用于激光技术中。
其主要应用领域包括但不限于：- 高功率激光器：LBO晶体可以用作倍频输出器, 通过将入射激光功率转换为倍频信号，可获得高纯度、高功率紫外激光输出。