第5章-無機(jī)薄膜材料與制備技術(shù)----全文預(yù)覽
【正文】 。 （六） 真空測(cè)量 ? 測(cè)量原理均是利用測(cè)定在低氣壓下與壓強(qiáng)有關(guān)的某些物理量，再經(jīng)變換后確定容器的壓強(qiáng)。 ? 目前常用的設(shè)備有：旋轉(zhuǎn)式機(jī)械真空泵、油擴(kuò)散泵、復(fù)合分子泵、分子篩吸附泵、鈦升華泵、濺射離子泵和低溫泵等。 ? 物理吸附 ：主要靠分子間的相互吸引力，易脫附，只在低溫下有效。托（ Torr）這一單位在最初獲得真空時(shí)就被采用，是真空技術(shù)中的獨(dú)制單位。 ? 目前，基片清洗方法有： 用化學(xué)溶劑溶解污物的方法、超聲波清洗法、離子轟擊清洗法、等離子體清洗法和烘烤清洗法等?；砻娴娜魏我稽c(diǎn)污物都會(huì)影響薄膜材料的性能和生長(zhǎng)情況。 ? 薄膜制備條件的選擇 。 晶粒間界 因?yàn)楸∧ぶ泻性S多小晶粒 ， 因而薄膜的晶界面積比塊狀材料大 ， 晶界增多是薄膜材料電阻率比塊狀材料電阻率大的原因之一 。 ? 在薄膜的生長(zhǎng)過程中還存在有大量的晶格缺陷態(tài)和局部的內(nèi)應(yīng)力 。 ? 由于薄膜的表面結(jié)構(gòu)和構(gòu)成薄膜整體的微型體密切相關(guān)，在基體溫度和真空度較低時(shí)，容易出現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu) 。 4）單晶結(jié)構(gòu) ? 單晶薄膜 通常是利用外延工藝制造的 ， 外延生長(zhǎng)有三個(gè)基本條件： ? 吸附原子必須有較高的表面擴(kuò)散速率 ， 這就應(yīng)當(dāng)選擇合適的外延生長(zhǎng)溫度和沉積速率； ? 基體與薄膜的結(jié)晶相容性 ， 假設(shè)基體的晶格常數(shù)為 a， 薄膜的晶格常數(shù)為 b， 晶格失配數(shù) m=(ba)/a, m值越小 ， 外延生長(zhǎng)就越容易實(shí)現(xiàn) ， 但一些實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在 m相當(dāng)大時(shí)也可實(shí)現(xiàn)外延生長(zhǎng)； ? 要求基體表面清潔 、 光滑 、 化學(xué)穩(wěn)定性好 。 3） 纖維結(jié)構(gòu) ? 纖維結(jié)構(gòu) 薄膜是指具有擇優(yōu)取向的薄膜 。 在薄膜形成過程中生成的小島就具有晶體的特征 。 形成無定形薄膜的工藝條件是降低吸附原子的表面擴(kuò)散速率 ， 可以通過降低基體溫度 、引入反應(yīng)氣體和摻雜的方法實(shí)現(xiàn) 。 但并非所有外延薄膜都是層狀生長(zhǎng)型 ， 也有島狀生長(zhǎng)型 。這種柱狀結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是由原子或分子在基體上具有有限的遷移率所引起的，所以濺射薄膜的形成和生長(zhǎng)屬于有限遷移率模型。 ? 圖 11為 典型 CVD反應(yīng)步驟的濃度邊界模型 圖 512 典型 CVD反應(yīng)步驟的濃度邊界模型 圖 典型 反應(yīng)步驟的濃度邊界模型圖 典型 反應(yīng)步驟的濃度邊界模型真空蒸發(fā)薄膜的形成過程 ? 真空蒸發(fā)薄膜的形成一般分為： 凝結(jié)過程 核形成與生長(zhǎng)過程 島形成與結(jié)合生長(zhǎng)過程 （一）凝結(jié)過程 凝結(jié)過程 是從蒸發(fā)源中被蒸發(fā)的氣相原子 、 離子或分子入射到基體表面之后 ， 從氣相到吸附相 ， 再到凝結(jié)相的一個(gè)相變過程 。 （ 5）裝飾膜、包裝膜 ① 廣泛用于燈具 、 玩具及汽車等交通運(yùn)輸工具 、 家用電氣用具 、 鐘表 、 工藝美術(shù)品 、“ 金 ” 線 、 “ 銀 ” 線 、 日用小商品等的鋁膜 、黃銅膜 、 不銹鋼膜和仿金 TiN膜與黑色 TiC膜 。 ② 耐蝕膜 用于化工容器表面耐化學(xué)腐蝕的非晶鎳膜和非晶與微晶不銹鋼膜；用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片表面抗熱腐蝕的 NiCrAlY膜等 。 ③ 薄膜太陽能電池：特別是非晶硅 、 CuInSe2和CdSe薄膜太陽電池 。 應(yīng)用薄膜制備方法 ， 很容易獲得各種多層膜和超晶格 。cSi/Al 和 aSi/aSiGe疊層太陽電池 :玻璃 /ITO/naSi/iaSi/PaSi/naSi/iaSiGe/PaSi/Al 至 少 在 8層以上 ， 總膜厚在 左右 。 （ 6） 容易實(shí)現(xiàn)多層膜 ? 多層膜 是將兩種以上的不同材料先后沉積在同一個(gè)襯底上（也稱為 復(fù)合膜 ），以改善薄膜同襯底間的粘附性。 另外，表面中含有大量的 晶粒界面 ，而界面勢(shì)壘 0V比電子能量 E要大得多，根據(jù)量子力學(xué)知識(shí)，這些 電子有一定的幾率， 穿過勢(shì)壘 ，稱為 隧道效應(yīng) 。 )10( ?? x因此，把這樣的成分偏離叫做 非理想化學(xué)計(jì)量比。 當(dāng) Ta在 N2的放電氣體中被濺射時(shí)，對(duì)應(yīng)于一定的 N2分壓，其生成薄膜 的成分卻是任意的。 （ 4） 異常結(jié)構(gòu)和非理想化學(xué)計(jì)量比特性 ? 薄膜的制法多數(shù)屬于 非平衡狀態(tài) 的制取過程，薄膜的結(jié)構(gòu)不一定和相圖相符合。與薄膜相碰撞的高速粒子會(huì)把薄膜中的原子從陣點(diǎn)位置碰撞離位，并 進(jìn)入間隙 位置，產(chǎn)生 釘扎效應(yīng) （ pinning effect）。 ? 另一種是彎曲的結(jié)果使薄膜成為彎曲的 外側(cè) ，它使薄膜的某些部分與其他部分之間處于 壓縮狀態(tài) ，這種內(nèi)應(yīng)力稱為 壓應(yīng)力 。 ? 由于薄膜和襯底間不同的 熱膨脹系數(shù) 和 晶格失配 能夠把應(yīng)力引進(jìn)薄膜，或者由于金屬薄膜與襯底發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，在薄膜和襯底之間形成的金屬化合物同薄膜緊密結(jié)合，但有輕微的晶格失配也能把應(yīng)力引進(jìn)薄膜。 ? 為增加附著力而沉積在中間的 過渡層薄膜 稱為 膠粘層 （ glue），合理地選擇膠粘層在薄膜的實(shí)際應(yīng)用是極為重要的。 ? 氧化物 具有特殊的作用。 ? 金屬是 高表面能 材料，而氧化物是 低表面能 材料。此時(shí)，薄膜和基片之 間相互作用的 靜電力 F為： 022 ???F式中， ? 為界面上出現(xiàn)的電荷密度； 0? 為真空中的介電常數(shù)。這種力是永久偶極子、感應(yīng)偶極子之間的作用力以及其他色散力的總稱。 ? 基片和薄膜屬于不同種物質(zhì)，附著現(xiàn)象所考慮的對(duì)象是二者間的 邊界 和 界面。 （ 2） 薄膜和基片的粘附性 ? 薄膜是在基片之上生成的，基片和薄膜之間就會(huì)存在著一定的相互作用，這種相互作用通常的表現(xiàn)形式是 附著 （ adhesion）。 ? 在
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