《材料制备技术》-薄膜材料_当前消息
薄膜的几种定义：
1）由单个的原子、离子、原子团无规则地入射到基板表面，经表面附着、迁徒、凝结、成核、核生长等过程而形成的一薄层固态物质。
2）夹在两个平行平面间的薄层。
【资料图】
3）采用特定的制备方法在基板表面上生长得到的一薄层固态物质。
薄膜的生长过程
1）核生长型
特点：到达衬底上的沉积原子首先凝聚成核，后续飞来的沉积原子不断聚集在核附近，使核在三维方向上不断长大而最终形成薄膜。
薄膜生长的四个阶段a.成核；b.晶核长大并形成较大的岛；c.岛与岛之间聚接形成含有空沟道的网络；d.沟道被填充。
2）层生长型
特点：沉积原子在衬底的表面以单原子层的形式均匀地覆盖一层，然后再在三维方向上生长第二层、第三层……。
3）层核生长型
特点：生长机制介于核生长型和层生长型的中间状态。当衬底原子与沉积原子之间的键能大于沉积原子相互之间键能的情况下（准共格）多发生这种生长方式的生长。
一、物理气相沉积
在真空条件下，用物理的方法，将材料气化成原子、分子或使其电离成离子，并通过气相过程，在材料或工件表面沉积一层具有某些特殊性能的薄膜。
主要方法：蒸发沉积(蒸镀)、溅射沉积(溅射)和离子镀等。
1.真空蒸发镀膜
将待成膜的物质置于真空中进行蒸发或升华，使之在工件或基片表面析出的过程。
蒸发源的加热方式主要有：电阻加热法、电子束加热法、高频感应加热法、电弧加热法、激光加热法等。
合金、化合物的蒸镀方法：当制备两种以上元素组成的化合物或合金薄膜时，仅仅使材料蒸发未必一定能获得与原物质具有相同成分的薄膜，此时需要控制原料组成制作化合物或合金薄膜。
1）闪蒸蒸镀法
把合金做成粉末或微细颗粒，在高温加热器或坩锅蒸发源中，使一个一个的颗粒瞬间完全蒸发。
2）双蒸发蒸镀法
把两种元素分别装入各自的蒸发源中，然后独立地控制每个蒸发源的蒸发过程。
化合物的蒸镀
1）反应蒸镀法
在充满活泼气体的气氛中蒸发固体材料，使两者在基片上进行反应而形成化合物薄膜。这种方法在制作高熔点化合物薄膜时经常被采用。
2）双蒸发源蒸镀－三温度法
这种方法从原理上讲就是双蒸发源蒸镀法，但是同时必须控制基片和两个蒸发源的温度，所以也称三温度法。
3）分子束外延法
实际上是改进型的三温度法。当制备三元混晶半导体化合物薄膜时，再加一蒸发源，就形成了四温度法。
4）脉冲激光沉积（PLD）
利用脉冲聚焦激光烧蚀靶材，使靶的局部在瞬间受高温汽化，在真空室内的惰性气体羽辉等离子体作用下活化，并沉积到衬底的一种制膜方法。
2.溅射成膜
溅射是指荷能粒子(如正离子)轰击靶材，使靶材表面原子或原子团逸出的现象。
逸出的原子在工件表面形成与靶材表面成分相同的薄膜。
溅射沉积方式：磁控溅射、直流溅射、反应溅射、偏压溅射、离子束溅射
辉光放电：假设真空放电室中安置两个电极，通入压强为0.1-10Pa的Ar，当外加直流高压超过着火电压时，气体就由绝缘体变成导体，电流突然上升，两极间电压突然下降，此时两极间就会出现明暗相间的光层，这就是辉光放电。
等离子体：一种由离子、电子以及中性原子和原子团(cluster)组成，而宏观上对外呈现出电中性的物质存在形态。是物质存在的又一种聚集态。所以人们又把等离子体称为物质的第四态，或称为等离子态。
靶中毒现象：随着活性气体压力和溅射功率的增加，靶材表面也可能形成一层相应的化合物，这可能会降低材料的溅射和沉积速率。
3.离子镀
离子镀技术是结合蒸发与溅射两种薄膜沉积技术而发展的一种物理气相沉积方法。在镀膜的同时，采用带能离子轰击基片表面和膜层的镀膜技术。离子轰击的目的在于改善膜层的性能。
二、化学气相沉积
利用气态的先驱反应物，通过原子、分子间化学反应的途径生成固态薄膜的技术。
CVD装置往往包括以下三个基本组成部分：反应气体和载气的供给和计量装置；必要的加热和冷却系统；反应产物气体的排出装置。
1.热分解反应
2.氢还原反应
3.由金属产生的还原反应
4.由基片产生的还原反应
5.化学输送反应
6.氧化反应
三、化学溶液镀膜法
在溶液中利用化学反应或电化学原理在集体材料表面上沉积成膜的一种技术。
1.化学反应沉积镀膜法
1）化学镀：通常称为无电源电镀，是利用还原剂从所镀物质的溶液中以化学还原作用，在镀件的固液两相界面上析出和沉积得到镀层的技术。
2）置换沉积镀膜：又称为浸镀。不需采用外部电流源，在待镀金属盐类的溶 液中，靠化学置换的方法在基体上沉积出该金属的方法。
2.溶胶凝胶法
金属有机或无机化合物（称前驱物），经溶液、溶胶、凝胶而固化，在溶胶或凝胶状态下成型，再经热处理转化为氧化物或其他化合物固体材料的方法，是应用胶体化学原理制备无机材料的一种湿化学方法。
按溶胶、凝胶的形成方式可分为传统胶体法、水解聚合法和络合物法三种。
溶胶凝胶法制备薄膜的优点：合成温度低；高集成的材料制备技术；不需要苛刻的工艺条件和复杂的设备，可以在大面积或任意形状的基体上制得薄膜；Sol-Gel工艺性在制备复合材料，尤其是纳米复合材料方面有其独到的优势；设备简单，工艺灵活，制品纯度高。
