【正文】 在物質(zhì)的蒸發(fā)過程中，蒸發(fā)原子的運(yùn)動(dòng)具有明顯的 方向性 。 PVD種類： 真空蒸發(fā)鍍膜 (蒸發(fā)鍍膜、蒸鍍 ) 真空濺射鍍膜 (濺射鍍膜、濺射 ) 離子鍍膜 (離子鍍 ) 分子束外延 (MBE) 最常見的 PVD方法 蒸發(fā)法 ： 濺射法 ： 較高的沉積速度； 相對(duì)較高的真空度，導(dǎo)致較高的薄膜質(zhì)量。 氣相原子或分子的形成過程主要為物理過程。 氣體捕集泵 : 使氣體分子短期或永久吸附、凝結(jié)在泵內(nèi)表面的真空泵，如分子篩吸附泵、鈦升華泵、濺射離子泵、低溫 泵和吸氣劑泵。 ? 重要意義 ： 1. 固體表面能徹底 “ 消除 ” 氣體分子 原有 方向（按余弦定律散射）； 2. 氣體分子在固體表面要停留一定的時(shí)間（氣體分子能與固體進(jìn)行能量交換和動(dòng)量交換的先決條件－ “ 濺射 ” ）。 平均自由程： ? 定義：每個(gè)分子在連續(xù)兩次碰撞之間的路程稱為 “ 自由程 ” ；其統(tǒng)計(jì)平均值稱為 “ 平均自由程 ” （ λ）。 ? 1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（ 1atm） =760mmHg=760 Torr ? 1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 = 105 Pa ? 1Torr= ? 1bar= 105 Pa ≈1atm ? 1kgf/cm2= 真空度量單位： 常用真空單位及換算： 單位 Pa Torr bar atm 1Pa 1 103 1 105 106 1Torr 1 103 102 1bar 1 105 102 1 101 1atm 105 760 1 真空區(qū)域的劃分： 目前尚無統(tǒng)一規(guī)定，常見的劃分為： ? 粗真空： 105102Pa，變化不大；壓力差 ? 低真空： 102101Pa，粘稠滯流狀態(tài)過渡為分子狀態(tài)；氣體放電、真空熱處理和真空脫水 ? 高真空： 101106Pa，分子間碰撞基本不發(fā)生；鍍膜工作壓強(qiáng) ? 超高真空： 1061010Pa，分子間碰撞極少；純凈的氣體和固體表面 ? 極高真空： 1010Pa，分子間不發(fā)生碰撞；科學(xué)研究用 稀薄氣體的基本性質(zhì) ?稀薄氣體：與 理想氣體 差異很小，可直接應(yīng)用理想氣體的狀態(tài)方程。 ?真空度和壓強(qiáng)： 壓強(qiáng)越 低 意味著單位體積中氣體分子數(shù)愈少，真空度愈 高 ；反之真空度越 低 則壓強(qiáng)愈 高 。 ? （稀?。怏w狀態(tài)方程： P=nkT n= 1022P/T (個(gè) /cm3) 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（ T=， P= 105 Pa ）下 , n= 1019個(gè) /cm3 T=293K, P= 1011 Pa 下 , n=4 103個(gè) /cm3 真空是相對(duì)的，絕對(duì)的真空是不存在的。 ?自然真空：氣壓隨海拔高度增加而減小，存在于宇宙空間。 真空在薄膜技術(shù)中的作用 : ? 減少雜質(zhì) ? 減少散射 ? 有利于蒸發(fā)等進(jìn)行 真空的基本知識(shí) ?真空： 低于一個(gè)大氣壓的氣體空間（氣體狀態(tài)）。 ?基本內(nèi)容： 真空物理、真空的獲得、真空的測(cè)量和檢漏、真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算等。 現(xiàn)在幾乎可以在任何基體上沉積任何物質(zhì)的薄膜。 ? 機(jī)械功能膜：耐磨、減磨、抗腐蝕 …… 厚度 ：（一般） 1－ 10μm ? 物理功能膜：光、電、聲、磁、熱 厚度： （一般） ＜ 1μm 其他分類方法： 單質(zhì)和化合物膜、有機(jī)和無機(jī)膜、金屬和非金屬膜、 晶態(tài)和非晶態(tài)膜、單晶和多晶膜、 …… 二、薄膜技術(shù) (材料 )的作用 ? 產(chǎn)生新的功能特性：半導(dǎo)體材料、集成電路等 ? 進(jìn)行微細(xì)加工：微電子、精密光學(xué)儀器等 ? 優(yōu)化表面性能：機(jī)械加工、裝飾等 ? 新材料制備：納米材料、陶瓷材料等 HRC HV 材料 880 860 SKH59 840 820 SKH4 SKH10 64 800 SKH55 SKH57 SKH3 780 SKH51 SKH2 61 720 700 SKS SKD11 SUS440C SOH62 SOH60 670 660 SOH58 630 620 SOH56 600 590 SUS420J2 520 510 SUS301 SUS304 SUS310 材料 硬 度 （HV） 色 彩 TiN 2500 金色 TiCN 2700 金茶色 ZrN 3000 淡金色 HfN 2800 淡 綠 金色 CrN 2022 銀色 TiAlN 2600 黒色 常用薄膜性 質(zhì) 常用薄膜材料?工具 鋼 ?模具 鋼 的硬度 三、薄膜技術(shù)的發(fā)展 ? 1650年：庫克和牛頓觀察到了液體表面上的薄膜產(chǎn)生的相干彩色花紋，各種制備方法和手段相繼誕生。 有別于 ：塑料薄膜、箔、復(fù)合層（離子注入）等。 劃分是非嚴(yán)格的習(xí)慣分法 。 參考書 ： 楊邦朝、王文生，薄膜物理與技術(shù)，電子科技大學(xué)出版社， 1994 前言 一、薄膜材料的定義及分類 二、薄膜技術(shù) (材料 )的作用 三、薄膜技術(shù)的發(fā)展 四、薄膜材料的制備方法 五、真空基礎(chǔ) 一、薄膜材料的定義及分類 定義 ? 膜（材料）：其一維線性尺度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他二維尺度的固體或液體（材料）。10 氣相沉積技術(shù) 教學(xué)目的和要求 學(xué)習(xí)蒸發(fā)鍍膜、濺射鍍膜、離子鍍膜、化學(xué)氣相沉積等氣相沉積技術(shù)的基本原理、主要特點(diǎn)、常見方法 (技術(shù)種類 )，薄膜的形成過程等。 重點(diǎn)掌握各種氣相沉積技術(shù)的基本原理、主要特點(diǎn)。 （二維材料） ? 厚膜：厚度＞ 1μm ? 薄膜：厚度＜ 1μm（ 10μm ） （納米薄膜） 本課程的“薄膜材料”為：固體基片（基底、襯底）上的 固體薄膜。 ? 薄膜材料：一開始就由原子、分子、離子的沉積過程所形成的二維材料，其厚度一般為 1nm－ 10μm。 分類 分類的方法很多。 ? 1850年：電鍍 ? 1852年：輝光放電、濺射 ? 19世紀(jì)末：蒸發(fā)鍍 （真空技術(shù)的發(fā)展，大大提高了重復(fù)性，推動(dòng)了薄膜技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用） ? 20世紀(jì) 50年代：（電子工業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)）薄膜技術(shù)快速發(fā)展 重復(fù)性差 目前，向綜合型、智能型、環(huán)境友好型、節(jié)能長(zhǎng)壽及納米化等方向發(fā)展。 四、薄膜材料的制備方法 （薄膜技術(shù)分類）（主要和常見的） 濕法（溶液鍍膜法） 電鍍 化學(xué)鍍 陽極氧化法 LB法 干法 PVD法 蒸發(fā) 濺射 離子鍍 鍍膜 CVD法 CVD 低壓 CVD 等離子 CVD 五、真空技術(shù)基礎(chǔ) ?真空技術(shù)是一門獨(dú)立的前沿學(xué)科。 ?真空技術(shù)的應(yīng)用： 薄膜技術(shù)、 電子技術(shù)、材料科學(xué)、航空航天技術(shù)、加速器、表面物理、醫(yī)學(xué)、化工、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、日常生活等各個(gè)領(lǐng)域。 1643年，意大利物理學(xué)家托里拆利 ()首創(chuàng)著名的大氣壓實(shí)驗(yàn)，獲得真空。 ?人為真空： 用真空泵抽掉容器中的氣體。 n= 1022P/T (個(gè) /cm3) ? 太陽系： n=102個(gè) /m3 ? 恒星空間： n=101個(gè) /m3 (溫度： 0－ 107K) ?真空度的度量： 壓強(qiáng) 、氣體分子密度、氣體分子的平均自由程、形成一個(gè)分子層所需的時(shí)間等。 壓強(qiáng)是真空的 法定 度量單位。 ?可推導(dǎo)出 特殊情況 下的理想氣體定律： 波義爾定律： PV=C （ m、 T不變） 蓋 .呂薩克定律： V=CT （ m、 P不變） 查理定律： P=CT （ m、 V不變） 理想氣體的微觀模型（假設(shè)）： ? 分子本身的線度比分子間的間距小得多而可忽略； ? 除碰撞的瞬間外，分子之間以及分子與容器壁之間的相互作用力可忽略； ? 分子的運(yùn)動(dòng)滿足經(jīng)典力學(xué)，分子之間以及分子與容器壁之間碰撞都是彈性碰撞。 ? 氣體種類和溫度不變時(shí)： λP＝常數(shù) ? 25℃ 的空氣： λ ≈（ cm） 余弦散射定律（克努曾定律）： ? 碰撞于固體表面的分子， 其飛離表面的方向與原入射方向無關(guān)，并按與表面法線方向所成角度的余弦進(jìn)行分布。 真空的獲得及測(cè)量 ?真空系統(tǒng)： 真空室 真空泵 真空計(jì) 管道和閥門 附屬設(shè)備 真空獲得 (抽真空 )： (真空泵 ) ?常用真空泵：機(jī)械泵、擴(kuò)散泵、