【正文】 （ 5） 設(shè)備簡(jiǎn)單 ， 工藝靈活 ， 制品純度高 LOGO 薄膜的形成機(jī)理 溶液水解鍍膜法 將某些 IV族 、 III族和 V族元素合成的烴氧基化合物 ，以及一些類如氯化物 、 硝酸鹽和乙酸鹽的無(wú)機(jī)鹽作為鍍膜物質(zhì) ， 將其溶于某些有機(jī)溶液形成鍍液 ， 經(jīng)水解后在鍍件表面形成膠體膜 ， 再經(jīng)脫水獲得該元素的氧化物薄膜 。 LOGO Materials Physics 溶膠凝膠法 （ 2） 高集成的材料制備技術(shù) ?可將玻璃 、 陶瓷 、 纖維 、 薄膜 、 超微粉體等眾多獨(dú)立的材料制備納入一個(gè)統(tǒng)一的工藝系統(tǒng)中 ， 從一種原料出發(fā) ， 可制備出不同的形式的產(chǎn)品 ， 從而使該工藝具有很強(qiáng)的實(shí)用性 、 高度的靈活性和廣泛的適用性 ， 彰顯產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)風(fēng)范 。 由于熱處理伴隨著的較大的體積收縮和各種氣體 （ 如 CO H2O、 ROH）的釋放 ， 所以升溫速率不宜過(guò)快 。 LOGO Materials Physics 溶膠凝膠法 干凝膠的熱處理 ?熱處理的目的是消除干凝膠中的氣孔 ， 使制品的相組成和顯微結(jié)構(gòu)滿足產(chǎn)品的性能要求 。 防止凝膠在干燥過(guò)程中開(kāi)裂是 SolGel工藝中至關(guān)重要而較為困難的一環(huán) ， 特別是對(duì)尺寸較大的塊體材料 。 LOGO Materials Physics 溶膠凝膠法 ?溶膠向凝膠的轉(zhuǎn)變過(guò)程可簡(jiǎn)述為：縮聚反應(yīng)形成的聚合物或粒子聚集體長(zhǎng)大為小粒子簇 （ cluster） ，后者逐漸相互連接成為一個(gè)橫跨整體的三維粒子簇連續(xù)固體網(wǎng)絡(luò) 。 LOGO Materials Physics 溶膠凝膠法 溶膠的制備 ? SolGel法中 ， 最終產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)在溶膠形成過(guò)程中即已初步形成 ， 后續(xù)工藝均與溶膠的性質(zhì)直接相關(guān) ，因此溶膠制備的質(zhì)量是十分重要的 。 LOGO Materials Physics 溶膠凝膠法 方法 特 點(diǎn) 前驅(qū)物 凝膠的化學(xué)特征 適用 傳統(tǒng) 膠體法 通過(guò)調(diào)節(jié) pH值或加入電解質(zhì)來(lái)中和顆粒表現(xiàn)電荷，通過(guò)溶劑蒸發(fā)促使顆粒形成凝膠 無(wú)機(jī)化合物 1．凝膠網(wǎng)絡(luò)由濃稠顆粒通過(guò)范德化力建立 粉體 薄膜 2．凝膠中固相成分含量高 3．凝膠強(qiáng)度低，通常不透明 水解 聚合法 通常前驅(qū)物的水解和聚合形成溶膠和凝腕 金屬醇鹽 1． 凝膠網(wǎng)絡(luò)由前驅(qū)物產(chǎn)生的無(wú)機(jī)聚合物建立 薄膜 塊體 纖維 粉體 2． 凝膠與溶膠體積相當(dāng) 3． 可由時(shí)間參數(shù)清楚地反映凝膠的形成過(guò)程 4． 凝膠是透明的 LOGO Materials Physics 溶膠凝膠法 方法 特 點(diǎn) 前驅(qū)物 凝膠的化學(xué)特征 適用 絡(luò)合 物法 由絡(luò)合反應(yīng)形成具有較大或復(fù)雜配體的絡(luò)合物 金屬醇鹽 、 硝酸鹽或乙酸鹽 1．凝膠網(wǎng)絡(luò)由絡(luò)合物通過(guò)氫鍵建立 粉體 薄膜 纖維 2．凝膠在水中能液化 3． 凝膠是透明的 LOGO Materials Physics 溶膠凝膠法 水解聚合法的工藝原理 LOGO Materials Physics 溶膠凝膠法 均相溶液的制備 ?SolGel法的第一步是制取包含醇鹽和水的均相溶液 ， 以確保醇鹽的水解反應(yīng)在分子級(jí)水平上進(jìn)行 。 LOGO Materials Physics 溶膠凝膠法 溶膠 凝膠合成的工藝方法 ?按溶膠、凝膠的形成方式可分為傳統(tǒng)膠體法、水解聚合法和絡(luò)合物法三種 . 前驅(qū)物溶液 水解溶液 凝 膠 絡(luò)合物溶膠 細(xì)密荷電顆粒溶膠 化學(xué)添加劑 絡(luò)合劑 水 催化劑 聚合 調(diào)節(jié) pH值 ， 添加電解質(zhì) ， 溶劑蒸發(fā) 低壓蒸發(fā) LOGO Materials Physics 溶膠凝膠法 ?早期采用傳統(tǒng)膠體法成功地制備出核燃料 ， 該法制備粉體方面表現(xiàn)出了一定優(yōu)勢(shì) 。 ? 原理 當(dāng)電位較負(fù)的基體金屬 A浸入到電位較正的金屬離子B2+溶液中時(shí) ， 由于存在一定的電動(dòng)勢(shì)而形成微電池 ， 在A表面上 ， 發(fā)生金屬 B析出 。 LOGO Materials Physics 化學(xué)反應(yīng)沉積鍍膜法 置換沉積鍍膜 置換反應(yīng) 本質(zhì)上是一種在界面上固液兩相間金屬原子和離子相互交換的過(guò)程 。 化學(xué)鍍銀主要用于電子部件的焊接點(diǎn) 、 印制線路板 ， 以提高制品的耐蝕性和導(dǎo)電性能 。 (3)成品率高 ， 成本低 ， 溶液可循環(huán)使用 ， 副反應(yīng)少 。 ? 原理 (1) 表面的自催化作用 ? ? Mee2Me 2 ???? ???? 表面上的催化來(lái)自還原劑 LOGO Materials Physics 化學(xué)反應(yīng)沉積鍍膜法 化學(xué)鍍 ? 通常稱為無(wú)電源電鍍 ， 是利用還原劑從所鍍物質(zhì)的溶液中以化學(xué)還原作用 ， 在鍍件的固液兩相界面上析出和沉積得到鍍層的技術(shù) 。 LOGO Materials Physics 化學(xué)氣相沉積 LOGO Materials Physics 化學(xué)氣相沉積 LOGO Materials Physics 化學(xué)氣相沉積 LOGO Materials Physics 化學(xué)氣相沉積 LOGO Materials Physics 化學(xué)氣相沉積 LOGO Materials Physics 化學(xué)氣相沉積 LOGO Materials Physics 化學(xué)氣相沉積 LOGO Materials Physics 化學(xué)氣相沉積 LOGO 1 薄膜材料的制備 薄膜的形成機(jī)理 物理氣相沉積 化學(xué)氣相沉積 化學(xué)溶液鍍膜法 液相外延制膜法 膜厚的測(cè)量與監(jiān)控 Materials Physics LOGO Materials Physics ? 化學(xué)溶液鍍膜法 在溶液中利用化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)原理在集體材料表面上沉積成膜的一種技術(shù)。 而對(duì)于同一反應(yīng)體系 ， 不同的沉積溫度將決定沉積材料是單晶 、多晶 、 無(wú)定形物 ， 甚至不發(fā)生沉積 。 LOGO Materials Physics 化學(xué)氣相沉積 ?在既無(wú)合適的氣態(tài)源又無(wú)具有較高蒸氣壓的液態(tài)源的情況下 ， 就只得采用固體或低蒸氣壓的液體為源物質(zhì)了 ， 通常是選擇合適的氣態(tài)物質(zhì)與之發(fā)生氣 固或氣 液反應(yīng) ， 形成適當(dāng)?shù)臍鈶B(tài)組分向沉積區(qū)輸送 。 LOGO Materials Physics 化學(xué)氣相沉積 三 、 CVD工藝的特點(diǎn)和應(yīng)用 （ 1）源物質(zhì)的確定 ? CVD最理想的源物質(zhì)是氣態(tài)源物質(zhì) ， 其流量調(diào)節(jié)方便測(cè)量準(zhǔn)確 ， 又無(wú)需控制其溫度 ， 可使沉積系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化 。 ? 除上述六類反應(yīng)外 ， 另外還有加水分解反應(yīng) ， 與氨反應(yīng) ， 等離子體激發(fā)反應(yīng) ， 光激發(fā)反應(yīng)以及激光激發(fā)反應(yīng)等 。 42 2121 S i ISiS i I ?? LOGO Materials Physics 化學(xué)氣相沉積 （ 6） 氧化反應(yīng) ? 氧化反應(yīng)主要用于在基片上制備氧化物薄膜 。 典型的反應(yīng)是鎢的氟化物與硅 。 因而 ，反應(yīng)溫度 、 氫與反應(yīng)氣體的濃度比 、 壓力等都是很重要的反應(yīng)參數(shù) 。 ?現(xiàn)在熱分解法制備薄膜的典型應(yīng)用是半導(dǎo)體中的外延薄膜制備 、 多晶硅薄膜制備等 。 與放電氣體成比例的蒸發(fā)分子 ， 由于強(qiáng)電場(chǎng)的作用而激發(fā)電離 ， 離子加速后打到基片上 ， 而大部分中性蒸發(fā)分子不能加速而直接到達(dá)基片上 。 濺射與蒸發(fā)的異同點(diǎn) 同：在真空中進(jìn)行 異：蒸發(fā)制膜是將材料加熱汽化 濺射制膜是用離子轟擊靶材 ， 將其原子打出 。 當(dāng)制備三元混晶半導(dǎo)體化合物薄膜時(shí) ， 在加一蒸發(fā)源 ， 就形成了四溫度法 。 這種方法在制作高熔點(diǎn)化合物薄膜時(shí)經(jīng)常被采用 。 AB0BBB0AAABAMMpxpxRR???先進(jìn)材料制備技術(shù) LOGO 真空蒸發(fā)鍍膜 (2) 閃蒸蒸鍍法 把合金做成粉末或微細(xì)顆粒 ， 在高溫加熱器或坩鍋蒸發(fā)源中 ， 使一個(gè)一個(gè)的顆粒瞬間完全蒸發(fā) 先進(jìn)材料制備技術(shù) LOGO 真空蒸發(fā)鍍膜 (3) 雙蒸發(fā)蒸鍍法 把兩種元素分別裝入各自的蒸發(fā)源中 ， 然后獨(dú)立地控制個(gè)蒸發(fā)源的蒸發(fā)過(guò)程 。 先進(jìn)材料制備技術(shù) LOGO 真空蒸發(fā)鍍膜 (2) 電子束加熱法的優(yōu)點(diǎn)： 可以直接對(duì)蒸發(fā)材料加熱； 可避免材料與容器