真空薄膜技术与薄膜材料的应用及学习薄膜技术意义
——张龙 090243138
材料物理
摘要：本文要紧讲述薄膜材料的一些差不多特点和在能源，军事以及其它方面的一些应用，并列举部分应用比较广泛的薄膜材料及现今前沿的薄膜材料和薄膜技术如光学薄膜中的太阳能薄膜，眼镜镀膜，抗反射膜及其他的一些耐腐蚀薄膜和电容薄膜，并阐述学习薄膜技术的意义。
关键词：薄膜；应用；进展；意义
Abstract：This article focuses on some basic characteristics of thin film material and the application of in the energy, military and some other aspects. Then it gives part of broader application of the thin film material and the edge of the film materials and thin film technologies such as optical thin films in solar thin film, optical coating, anti reflective film and other corrosion resistant film and film capacitors. At last it gives the significance of the thin film technology and expounds.
Keywords：Thin Film； Application； Development； Meaning
引言：真空薄膜技术进展至今已有200年的历史。在一代代探究者的艰辛研究下各种材料的薄膜化差不多成为一种普遍趋势，以至于将薄膜材料及薄膜技术看成21世纪科学与技术领域的重要进展方向之一。
正文：
真空薄膜技术进展至今已有200年的历史。在19世纪能够讲一直是处于探究和预研时期。通过一代代探究者的艰辛研究，时至今日大量具有各种不同功能的薄膜得到了广泛的应用，薄膜作为一种重要的材料在材料领域占据着越来越重要的地位，各种
材料的薄膜化差不多成为一种普遍趋势。其中包括纳米薄膜、量子线、量子点等低维材料，高K值和低K值介质薄膜材料，大规模集成电路用Cu布线材料，巨磁电阻、厐磁电阻等磁致电阻薄膜材料，大禁带宽度的“硬电子学”半导体薄膜材料，发蓝光的光电半导体材料，高透明性低电阻率的透明导电材料，以金刚石薄膜为代表的各类超硬薄膜材料等。这些新型薄膜材料的出现，为探究材料在纳米尺度内的新现象、新规律，开发材料的新特性、新功能，提高超大规模集成电路的集成度，提高信息存储记录密度，扩大半导体材料的应用范围，提高电子元器件的可靠性，提高材料的耐磨抗蚀性等，提供了物质基础。以至于将薄膜材料及薄膜技术看成21世纪科学与技术领域的重要进展方向之一。
薄膜技术与薄膜材料之因此受到人们的关注，要紧基于下面几个理由：
（1）薄膜材料是典型的二维材料，即在两个尺度上较大，而在第三个尺度上专门小。
（2）作为二维材料，薄膜材料的最要紧特点是所谓尺寸特点，利用那个特点能够实现各种元器件的微型化、集成化。
（3）由于尺寸小，薄膜材料中表面和界面所占的相对比例较大，表面所表现的有关性质极为突出，存在一系列与表面界面有关的物理效应。
（4）在表面，原子周期性中断，产生的表面能级、表面态数目与表面原子数有同一量级，关于半导体等载流子少的物质将
产生较大阻碍。
（5）表面磁性原子的相邻原子数减少，引起表面原子磁矩增大。
（6）薄膜材料各向异性等等。
薄膜材料种类繁多,应用广泛,目前常用的有：超导薄膜、导电薄膜、电阻薄膜、半导体薄膜、介质薄膜、绝缘薄膜、钝化与爱护薄膜、压电薄膜、铁电薄膜、光电薄膜、磁电薄膜、磁光薄膜等。薄膜及微细加工技术的应用范围极为广泛，从大规模集成电路、电子元器件、平板显示器、信息记录与存储、MEMS、传感器、太阳能电池，到材料的表面改性等，涉及高新技术产业的各个领域。
薄膜材料的应用
薄膜技术与薄膜材料依照用途能够分为民用和军用两大类。首先我们先来介绍专门受人们注目的要紧有一下几种薄膜：
一、光学薄膜
光学薄膜是一种为改变光学零件表面光学特性而镀在光学零件表面上的一层或多层膜。能够是金属膜、介质膜或这两类膜的组合。
它可分为增透膜、高反膜、滤光膜、分光膜、偏振与消偏振膜等。
减反射膜是应用最广、产量最大的一种光学薄膜，因此，它至今仍是光学薄膜技术中重要的研究课题，研究的重点是查找新材料，设计新膜系,改进淀积工艺,使之用最少的层数，最简单、最稳定的工艺，获得尽可能高的成品率，达到最理想的效果。
其中的原理膜有两个界面就有两个矢量，每个矢量表示一个界面上的振幅反射系数。假如膜层的折射率低于基片的折射率，则在每个界面上的反射系数都为负值，这表明相位变化为180°（若反射光存在于折射率比相邻媒质更低的媒质内，则相移为180°;若该媒质的折射率高于相邻媒质的折射率，则相移为零。）
当膜层的相位厚度为90°时，即膜层的光学厚度为某一波长的四分之一时，则两个矢量的方向完全相反，合矢量便有最小值。假如矢量的模相等，则对该波长而言，两个矢量将完全抵消，因此出现了零反射率。
图一减反射膜光路图
1.镀膜眼镜
我们日常所戴的眼镜上就镀了一层光学薄膜，光线通过镜片的前后表面时，不但会产生折射，还会产生反射。这种在镜片前表面产生的反射光会使不人看戴镜者眼睛时，看到的却是镜片表面一片白光。拍照时，这种反光还会严峻阻碍戴镜者的美观。此外，眼镜片屈光力会使所视物体在戴镜者的远点形成一个清晰的像，也能够解释为所视物的光线通过镜片发生偏折并聚拢于视网膜上，形成像点，由于屈光镜片的前后表面的曲率不同，同时存在一定量的反射光，它们之间会产生内反射光。内反射光会在远点球面附近产生虚像，也确实是在视网膜的像点附近产生虚像点。这些虚像点会阻碍视物的清晰度和舒适性。眼镜镀膜后，就可在镜片表面镀上具有一定厚度和层数的光学薄膜，镀膜后的镜片，可爱护镜片表面不受腐蚀和磨损，提高透光率和清晰度。使镜片可在摄影、拍照时减少镜片反光，同时使镜片有锐目色彩。
有两种镀膜镜片：①反射式滤光镜片。在镜片表面镀金、银、硫化锌等。镀膜能反射可见光、红外线及r射线，对眼起爱护作用。②抗反射增透镜片。镜片镀氟化镁、二氧化硅、氟化铝等，可减少镜面反射，提高镜片的透过率。外观美，有助于摄影拍照。镀膜眼镜的优点：
（1）视物清晰，减少镜面反射光，增加了光线透过率。
（2）镀膜眼镜能防止紫外线、红外线、X线对视力的损害。配戴镀膜眼镜观力不易疲劳。对荧光屏前工作人员的视力可受到爱护。
（3）镀膜眼镜能够降低镜片表面的反射光，解决戴眼镜在强光下照像的难题，增加美感。
（4）镜片能经受各种不良环境，高温、雨淋、海水浸泡也可不能脱落。
镜面镀膜有三层：
外层防污膜是防灰尘和油渍；
中层防反射膜，是提高镜片光线通过率
内层加硬膜是防止镜片磨损、刮花。
图二眼镜片表面施加一层超薄膜
2. 太阳能薄膜技术
1973年世界爆发了第一次能源危机，使人们清醒地认识到地球上化石能源储藏及供给的有限性，客观上要求人们必须查找其它可替代的能源技术，改变现有的以使用单一化石能源为基础的能源供给结构。为此，以美国为首的西方发达国家纷纷投入大量人力、物力和财力支持太阳电池的研究和进展，同时在以亟待解决的与化石能源燃烧有关的大气污染、温室效应等环境问题的促使下，在全世界范围内掀起了开发利用太阳能的热潮，也由此拉开了太阳电池发电的序幕。
薄膜太阳电池能够使用在价格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨，金属片等不同材料当基板来制造，形成可产生电压的薄膜厚度仅需数um，目前转换效率最高以可达13%。薄膜电池太阳电池除了平面之外，也因为具有可挠性能够制作成非平面构造其应用范围大，可与建筑物结合或是变成建筑体的一部份，应用特不广
泛。太阳能电池有以下几类：
硅基太阳能电池(单晶/多晶/非晶)(24.7%)
化合物太阳能电池(砷化镓/硫化镉/碲化镉/铜铟硒等)
有机薄膜太阳能电池 (酞青类化合物/导电聚合物等)
纳米薄膜太阳能电池(纳米TiO2)
硅材料是目前太阳电池的主导材料，在成品太阳电池成本份额中，硅材料占了将近40%，而非晶硅太阳能电池的厚度不到1μm，不足晶体硅太阳电池厚度的1/100，这就大大降低了。又由于非晶硅太阳电池的制造温度专门低(～200℃)、易于实现大面积等优点，使其在薄膜太阳电池中占据首要地位。
图三大规模薄膜硅太阳能电池
近年来,业界对以薄膜取代硅晶制造太阳能电池在技术上已有足够的把握。日本产业技术综合研究所于去年2月差不多研制出目前世界上太阳能转换率最高的有机薄膜太阳能电池，其转换率已达到现有有机薄膜太阳能电池的4倍。此前的有机薄膜太阳能电池是把两层有机半导体的薄膜接合在一起，其太阳能到电能的转换率约为1%。新型有机薄膜太阳能电池在原有的两层构造中间加入一种混合薄膜，变成三层构造，如此就增加了产生电能的分子之间的接触面积，从而大大提高了太阳能转换率。从而有了更加宽敞的应用前景。
3. 抗反射膜
光学薄膜与国防科技的关系也颇为紧密。事实上光学薄膜因此会这么样的蓬勃进展是由于它在军事上有不可缺少的需要而被开发出来的。首先是抗反射膜的应用。
抗反射膜所谓抗反射膜是在光学组件表面镀上一层或数层的光学薄膜，造成一些界面，使得经由各个界面反射回来的光波与光波之间产生破坏性的干涉，而终至见不到反射光。军事上用到抗反射膜的地点专门多，只要有同意光信号 (不论可见光或红外光) 或发射光信号的地点一定要做抗反射膜处理。最常见到的譬如 :爱护窗、目镜、物镜及任何透镜的两面都会镀上抗反射膜。镀抗反射膜的用意有二，其一是借着减少反射而增加整个光学系统的透射率。当基板的折射率愈大及片数愈多时，透射率就会愈
低，以锗（Ge）来讲，其折射率为4，若系统中有两片锗基板而不镀抗反射膜时透射率就会小于22%，也确实是讲至少78%的能量会散失掉。硅 (Si)的折射率为3.4，能量的损耗也专门严峻，而锗锗及硅是军事上专门重要的材料，可见抗反射膜在军事上是不可缺少的。镀抗反射膜的缘故之二是能够使光学系统所成的影像的明晰度增高，这是因为若没有镀抗反射膜则基板的反射光束来回于系统中会使影像的背景变差，对比度降低。影像近旁会有个相似的影像存在，俗称鬼影。
图四红外光滤光膜热成像
抗反射膜的应用增加了光学组件的透射率，使双筒望远镜能看得更清晰，使进入侦器的光信号强度增加。这在红外线光学系统中表现得更为明显。其次是金属反射膜的应用。它使反射式望远镜变得特不易行有用。它在改变光的路径，如潜望镜，它使在隐藏中观测敌情变成特不简单。第二次世界大战后，由于飞弹的
开发，各种光网及红外光滤光膜的研制变得特不重要，不但薄膜设计上有了专门大的进展，薄膜材料的开发上也有专门大的进步。待雷射发明后，军事上对光学薄膜的需求更是有增无减，而且质量要求更高，种类也更多。也能够讲，光学薄膜再次助长了武器的功力。
二.、耐腐蚀薄膜
除却光学薄膜外，又由于耐腐蚀薄膜的广泛应用使其在防腐工艺上有着极其重要的作用。
——高速电弧喷涂长效防腐技术。电弧喷涂技术应用最为广泛的领域是长效防腐层的制备，电弧喷涂锌、铝及锌铝合金涂层具有优良的防海水、海洋大气、盐雾以及土壤的腐蚀能力，加入稀土能够有效地改善涂层的物理化学性能，提高涂层的耐腐蚀性能。
——纳米电刷镀防腐耐磨涂层技术。维修表面工程研究中心成功地将纳米材料与电刷镀技术相结合，开发了纳米复合电刷镀技术。它是在常规电刷镀镀液中加入一种或几种纳米颗粒，通过高能机械化学法使纳米颗粒均匀分散并稳定悬浮，刷镀过程中纳米颗粒与基质金属镍发生共沉积，从而得到弥散分布着硬质纳米颗粒的复合刷镀层，提高了基体材料的防腐性能。该技术能够对腐蚀的飞机蒙皮进行快速修复。
薄膜材料的应用与发展 薄膜材料的发展以及应用，薄膜材料的分类，如金刚石薄膜、铁电薄膜、氮化碳薄膜、半导体薄膜复合材料、超晶格薄膜材料、多层薄膜材料等。各类薄膜在生产与生活中的运用以及展望。 1 膜材料的发展 在科学发展日新月异的今天，大量具有各种不同功能的薄膜得到了广泛的应用，薄膜作为一种重要的材料在材料领域占据着越来越重要的地位。 自然届中大地、海洋与大气之间存在表面，一切有形的实体都为表面所包裹，这是宏观表面。生物体还存在许多肉眼看不见的微观表面，如细胞膜和生物膜。生物体生命现象的重要过程就是在这些表面上进行的。细胞膜是由两层两亲分子--脂双层膜构成，它好似栅栏，将一些分子拦在细胞内，小分子如氧气、二氧化碳等，可以毫不费力从膜中穿过。膜脂双层分子层中间还夹杂着蛋白质，有的像船，可以载分子，有的像泵，可以把分子泵到膜外。细胞膜具有选择性，不同的离子须走不同的通道才行，比如有K＋通道、Cl－通道等等。细胞膜的这些结构和功能带来了生命，带来了神奇。 2 膜材料的应用 人们在惊叹细胞膜奇妙功能的同时，也在试图模仿它，仿生一直以来就是材料设计的重要手段，这就是薄膜材料。它的一个很重要的应用就是海水的淡化。虽然地球上70％的面积被水覆盖着，但是人们赖以生存的淡水只占总水量的2.5％～3％，随着人口增长和工业发展，当今世界几乎处于水荒之中。因此将浩瀚的海水转为可以饮用的淡水迫在眉睫。淡化海水的技术主要有反渗透法和蒸馏法,反渗透法用到的是具有选择性的高分子渗透膜,在膜的一边给海水施加高压,使水分子透过渗透膜,达到膜的另一边,而把各种盐类离子留下来,就得到了淡水。反渗透法的关键就是渗透膜的性能,目前常用有醋酸纤维素类、聚酰胺类、聚苯砜对苯二甲酰胺类等膜材料.这种淡化过程比起蒸法法,是一种清洁高效的绿色方法。 利用膜两边的浓度差不仅可以淡化海水,还可以提取多种有机物质。工业生产中，可用膜法过滤含酚、苯胺、有机磺酸盐等工业废水，膜法过滤大大节约了成本,有利于我们的生存环境。 膜的应用还体现在表面化学上面。在日常生活中,我们会发现在树叶表面,水滴总是呈圆形,是因为水不能在叶面铺展。喷洒农药时,如果在农药中加入少量的润湿剂(一种表面活性剂),农药就能够在叶面铺展,提高杀虫效果,降低农药用量。 更重要的，研究人员还将膜材料用于血液透析，透析膜的主要功能是移除体内多余水份和清除尿毒症毒素，大大降低了肾功能衰竭患者的病死率[1] 3 膜材料的分类 近年来,随着成膜技术的飞速发展,各种材料的薄膜化已经成为一种普遍趋势。 薄膜材料种类繁多,应用广泛,目前常用的有：超导薄膜、导电薄膜、电阻薄膜、半导体薄膜、介质薄膜、绝缘薄膜、钝化与保护薄膜、压电薄膜、铁电薄膜、光电薄膜、磁电薄膜、磁光薄膜等。目前很受人们注目的主要有一下几种薄膜。 3.1金刚石薄膜 金刚石薄膜的禁带宽，电阻率和热导率大，载流子迁移率高，介电常数小，击穿电压高，是一种性能优异的电子薄膜功能材料，应用前景十分广阔。 近年来,随着科技的发展,人们发展了多种金刚石薄膜的制备方法,比如离子束沉积法、磁控溅射法、热致化学气相沉积法、等离子化学气相沉积法等.成功获得了生长速度快、具有较高质量的膜,从而使金刚石膜具备了商业应用的可能。
1.为了研究真空和实际使用方便，根据各压强范围内不同的物理特点，把真空划分为 粗真空，低真空，高真空，超高真空四个区域。 2.在高真空真空条件下，分子的平均自由程可以与容器尺寸相比拟。 3.列举三种气体传输泵旋转式机械真空泵，油扩散泵和复合分子泵。 4.真空计种类很多，通常按测量原理可分为绝对真空计和相对真空计。 5.气体的吸附现象可分为物理吸附和化学吸附。 6.化学气相反应沉积的反应器的设计类型可分为常压式，低压式，热壁 式和冷壁式。 7.电镀方法只适用于在导电的基片上沉积金属和合金，薄膜材料在电解液中是以 正离子的形式存在。制备有序单分子膜的方法是LB技术。 8.不加任何电场，直接通过化学反应而实现薄膜沉积的方法叫化学镀。 9.物理气相沉积过程的三个阶段：从材料源中发射出粒子，粒子运输到基片和粒子 在基片上凝聚、成核、长大、成膜。 10.溅射过程中所选择的工作区域是异常辉光放电，基板常处于负辉光区，阴极 和基板之间的距离至少应是克鲁克斯暗区宽度的3-4倍。 11.磁控溅射具有两大特点是可以在较低压强下得到较高的沉积率和可以在较低 基片温度下获得高质量薄膜。 12.在离子镀成膜过程中，同时存在吸附和脱附作用，只有当前者超 过后者时，才能发生薄膜的沉积。 13.薄膜的形成过程一般分为：凝结过程、核形成与生长过程、岛形成与 结合生长过程。 14.原子聚集理论中最小稳定核的结合能是以原子对结合能为最小单位不连续变化 的。 15.薄膜成核生长阶段的高聚集来源于：高的沉积温度、气相原子的高的动能、 气相入射的角度增加。这些结论假设凝聚系数为常数，基片具有原子级别的平滑度。 16.薄膜生长的三种模式有岛状、层状、层状-岛状。 17.在薄膜中存在的四种典型的缺陷为：点缺陷、位错、晶界和 层错。 18.列举四种薄膜组分分析的方法：X射线衍射法、电子衍射法、扫描电子 显微镜分析法和俄歇电子能谱法。 19.红外吸收是由引起偶极矩变化的分子振动产生的，而拉曼散射则是由引起极化率 变化的分子振动产生的。由于作用的方式不同，对于具有对称中心的分子振动，红外吸收不敏感，拉曼散射敏感；相反，对于具有反对称中心的分子振动，红外吸收敏感而拉曼散射不敏感。对于对称性高的分子振动，拉曼散射敏感。 20.拉曼光谱和红外吸收光谱是测量薄膜样品中分子振动的振动谱，前者 是散射光谱，而后者是吸收光谱。 21.表征溅射特性的主要参数有溅射阈值、溅射产额、溅射粒子的速度和能 量等。 什么叫真空？写出真空区域的划分及对应的真空度。 真空，一种不存在任何物质的空间状态，是一种物理现象。粗真空 105～102Pa 粘滞流，分子间碰撞为主低真空 102～10-1 Pa 过渡流高真空 102～10-1 Pa分子流，气体分子与器壁碰撞为主超高真空 10-5～10-8 Pa气体在固体表面吸附滞留为主极高真空 10-8 Pa 以下
薄膜材料简介 薄膜具有良好的韧性、防潮性和热封性能，使用非常广泛；PVDC薄膜适合包装食品，并能长时间保鲜；而水溶性PV A薄膜不必开封直接投入水中即可使用；PC薄膜无味、无毒，有类似玻璃纸的透明度和光泽，可在高温高压下蒸煮杀菌。本文将主要介绍几种塑料薄膜的性能及其使用。 从商品生产到销售，再到使用，包装件要经过储存、装卸、运输、货架陈列以及在消费者手中存放，这个过程中即可能遇到严寒、酷暑、干燥、潮湿等恶劣的自然气候条件，也要遭受振动、冲击和挤压等各种机械破坏，甚至还有微生物和虫类的侵害。要保证商品的质量，主要依靠包装材料来保护，所以包装材料非常重要。 塑料薄膜是最主要的软包装材料之一，塑料薄膜的种类繁多，特性各异，根据薄膜的不同特性，其用处也不同，下面介绍几种常见的塑料薄膜： 聚乙烯薄膜 PE薄膜使用大量最大的塑料包装薄膜，约占塑料薄膜总耗用量的40%以上。PE薄膜虽然在外观、强度等方面并不十分理想，但它具有良好的韧性、防潮性和热封性能，且加工成型方便，价格便宜，所以使用非常广泛。 1、低密度聚乙烯薄膜。LDPE薄膜主要采用挤出吹塑法和T模法生产的LDPE薄膜是一种柔韧而透明的薄膜，无毒、无嗅，厚度一
般在0.02～0.1?L之间。具有良好的耐水性、防潮性、耐旱性和化学稳定性。大量用于食品、药品、日用品及金属制品的一般防潮包装和冷冻食品的包装。但对于吸湿性大，防潮性要求较高的物品，则需要采用防潮性更好的薄膜和复合薄膜包装。LDPE薄膜的透气率大、无保香性且耐油性差，不能用于易氧化食品、风味食品和含油食品的包装。但透气性好使它能用于水果、蔬菜等新鲜物品的保鲜包装。LDPE 薄膜的热粘合性和低温热封性好，因此常用作复合薄膜的粘合层和热封层等，但由于其耐热性差，故不能用作蒸煮袋的热封层。 2、高密度聚乙烯薄膜。HDPE薄膜是一种韧性的半透明薄膜，其外观为乳白色，表面光泽度较差。HDPE薄膜的抗张强度、防潮性、耐热性、耐油性和化学稳定性均优于LDPE薄膜，也可以热封合，但透明性不如LDPE。HDPE可制成厚度为0.01?L的为薄薄膜，其外观和薄绢纸很相似，手感舒服，又称拟纸膜。它具有良好的强度、韧性和开口性，为增强拟纸感和降低成本，可加入少量的轻质碳酸钙。HDPE拟纸膜主要用于制作各种购物袋、垃圾袋，水果包装袋和各种食品包装袋等。因其气密性差，不具有保香性，因此包装食品的贮藏期不长。另外，HDPE薄膜因耐热性好，可用作蒸煮袋的热封层。 3、线型低密度聚乙烯薄膜。LLDPE薄膜是近来发展的聚乙烯薄膜新品种,和LDPE薄膜相比，LLDPE薄膜具有更高的抗拉、抗冲击强度，乃撕裂强度和耐穿刺性。在和LDPE薄膜具有同等强度和使用性能的情况下，LLDPE薄膜的厚度可减至LDPE薄膜的20～25%，因而使成本大幅度降低。即使用作重包装袋其厚度也只需0.1?L就能
薄膜技术在能源材料中的应用——薄膜太 阳能电池 一概述 能源和环境是二十一世纪面临的两个重大问题，据专家估算，以现在的能源消耗速度，可开采的石油资源将在几十年后耗尽，煤炭资源也只能供应人类使用约200年。太阳能电池作为可再生无污染能源，能很好地同时解决能源和环境两大难题，具有很广阔的发展前景。照射到地球上的太阳能非常巨大，大约40 min照射到地球上的太阳能就足以满足全球人类一年的能量需求。因此，制备低成本高光电转换效率的太阳能电池不仅具有广阔的前景，而且也是时代所需。 太阳能电池行业是21世纪的朝阳行业，发展前景十分广阔。在电池行业中，最没有污染、市场空间最大的应该是太阳能电池，太阳能电池的研究与开发越来越受到世界各国的广泛重视。 太阳能电池种类繁多，主要有硅太阳能电池、聚光太阳能电池、无机化合物薄膜太阳能电池、有机薄膜太阳能电池、纳米晶薄膜太阳能电池和叠层太阳能电池等几大类[1]。 二薄膜太阳能电池。 1、薄膜硅太阳能电池 薄膜硅太阳能电池(硅膜厚约50μm)的出现，相对晶体硅太阳能电池，所用的硅材料大幅度减少，很大程度上降低了晶体硅太阳能电池的成本。薄膜硅太阳能电池主要有非晶硅(a—Si)、微晶硅(μc—Si)和多晶硅(p-Si)薄膜太阳能电池，前两者有光致衰退效应，其中μc—Si薄膜太阳能电池光致衰退效应相对较弱但μc-Si薄膜沉积速率低(仅1.2 nm/s) ，光致衰退效应致使其性能不稳定，发展受到一定的限制，而后者则无光致衰退效应问题，因此是硅系太阳能电池
的发展方向[1]。 太阳能电池是制约太阳能发电产业发展的瓶颈技术之一。目前主要的研究工作集中在新材料、新工艺、新设计等方面，其目的是为了提高电池转换效率和降低电池制造成本。制造太阳能电池的材料主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅以及其他新型化合物半导体材料，其中非晶硅属直接转换型半导体，光吸收率大，易于制成厚度0．5微米以下、面积l平方米以上的薄膜，并且容易与其他 原子结合制成对近红外高吸收的非晶硅锗集层光电池，这是目前的主攻方向之一；另一种是非晶硅和多晶硅混合薄膜材料，它转换率高、用材省，是新世纪最有前途的薄膜电池之一。 2、无机化合物薄膜太阳能电池 选用的无机化合物主要有CdTe，CdS，GaAs，CulnSe2(CIS)等，其中CdTe的禁带宽度为1．45 eV(最佳产生光伏响应的禁带宽度为1．5 eV)，是一个理想的半导体材料，截止2004年，CdTe电池光电转化效率最高为16．5％；CdS的禁带宽度约为2．42 eV，是一种良好的太阳能电池窗口层材料，可与CdTe、SnS和CIS等形成异质结太阳能电池；GaAs的禁带宽度为1．43 eV，光吸收系数很高，GaAs单结太阳电池的理论光电转化效率为27％，目前GaA/Ge单结太阳电池最高光电转换效率超过20％，生产水平的光电转换效率已经达到19～20％，其与GalnP组成的双节、三节和多节太阳能电池有很大的发展前景；CIS薄膜太阳能电池实验室最高光电转化效率已达19．5％，在聚光条件下(14个太阳光强)，光电转化效率达到21．5％，组件产品的光电转化效率已经超过13％；CIS 薄膜用Ga部分取代In，就形成Culn1-x Ga x Se2 (简称CIGS)四元化合物，其薄膜的禁带宽度在1．04～1．7 eV范围内可调，这为太阳能电池最佳禁带宽度的优化提供了机会，同时开发了两种新的材料，用Ga完全取代In形成CuGaSe2，用S完全取代Se形成CulnS2，以备In、Se资源不足时可以采用。但是，Cd和As是有毒元素，In和Se是稀有元素，严重地制约着无机化合物薄膜太阳能电池的大规模生
膜材料发展前景与展望 一、国内外经济对膜产业的重大需求 近几十年发展起来的膜技术是以具有选择透过性的膜材料作为核心，在膜两侧推动力下，实现混合物分离、提纯、浓缩的分离技术。与过滤、精馏、萃取、蒸发等传统分离技术相比，膜技术具有能耗低、分离效率高、设备简单、无相变、无污染等优点，因此被称为新型高效分离技术。作为一种高新技术，膜技术并不是高不可攀的，实际上，它就在我们身边。比如，随处可购买到的纯净饮用水绝大部分采用膜技术净化得到；为保持乳品的营养价值及水果的风味，牛奶、酸奶、奶酪等也可以采用膜技术进行除菌、浓缩及杂质去除。 在21世纪的多数工业中，膜技术将扮演重要角色，在水资源、能源、环境、传统产业改造等领域发挥重大作用。 在缓解水资源短缺方面，预计到2050年，我国缺水总量将达4000亿m3，因缺水而导致的工业总产值损失大约2000亿元，农业总产值损失大约1500亿元。膜法海水淡化技术、膜法水质净化技术、膜及其集成技术将成为解决我国北方资源性缺水、南方水质性缺水和城市缺水的有效手段。 在化工与石油化工领域，分离过程能耗占到了总能耗的70％左右，分离效率低还导致了严重的环境污染问题。膜分离技术可以高效低能耗地实现高精度分离，是过程工业节能降耗的共性技术之一。譬如，膜法精密过滤代替蒸发，可节能40％以上，减少溶剂消耗量30%以上；膜法渗透汽化技术代替精馏，进行有机物脱水，可节能50％
以上；膜技术是过程工业减排的关键支撑技术，采用膜法处理油田回注水、焦化废水等，可实现工业废水循环利用，减少废水排放量；采用膜法可以实现废酸、废碱资源化利用，实现废液零排放。 此外，膜技术还是改造传统产业、推进相关行业技术进步的高新技术，可以说，膜技术的发展得到了全球范围的高度重视，美国、日本、欧洲等多国政府将膜技术作为21世纪高新技术进行研究与开发，制定了相应的研究开发计划，促进了膜技术和产业的强劲发展。我国政府对膜技术的研究和开发同样十分重视，自“六五”以来，已连续六个五年计划都把膜技术作为重点项目进行支持。2010年出台《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》将高性能膜材料列入战略性新兴产业，为膜技术和膜产业的自身发展，膜应用市场的培育带来了前所未有的机遇。 经过5O多年的发展．中国膜产业逐渐走向成熟。特别是近20年来，中国膜产业高速增长，总产值从1993年2亿元人民币上升到20O8年200亿元(膜行业总产值是指膜制品、膜组件、膜附属设备及相关工程的总值，膜制品与膜组件是整个行业的核心)。 在21世纪的许多工业中，都将膜技术的重要性提升到了战略高度。2009年我国膜产业总产值约240亿元，2010年约300亿元。按照目前年均30%的增幅，未来5年我国膜产业有望突破1000亿元。可以预见，膜技术将迎来产值大幅增加的黄金十年，它所带动的相关产业产值总量更是不可估量。膜技术将在水资源、能源、环境、传统产业改造等领域发挥重大作用。
第三章薄膜制造技术 光学薄膜可以采用物理汽相沉积（PVD)和化学液相沉积（CLD)两种工艺来获得。CLD工艺简单，制造成本低，但膜层厚度不能精确控制，膜层强度差，较难获得多层膜，废水废气对环境造成污染，已很少使用。 PVD需要使用真空镀膜机，制造成本高，但膜层厚度能够精确控制，膜层强度好，目前已广泛使用。 PVD分为热蒸发、溅射、离子镀、及离子辅助镀等。 制作薄膜所必需的有关真空设备的基础知识 用物理方法制作薄膜，概括起来就是给制作薄膜的物质加上热能或动量，使它分解为原子、分子或少数几 个原子、分子的集合体（从广义来说，就是使其蒸发），并使它们在其他位置重新结合或凝聚。 在这个过程中，如果大气与蒸发中的物质同时存在，那就会产生如下一些问题： ①蒸发物质的直线前进受妨碍而形成雾状微粒，难以制得均匀平整的薄膜； ②空气分子进入薄膜而形成杂质； ③空气中的活性分子与薄膜形成化合物； ④蒸发用的加热器及蒸发物质等与空气分子发生反应形成 化合物，从而不能进行正常的蒸发等等。 因此，必须把空气分子从制作薄膜的设备中排除出去，这个 过程称为抽气。空气压力低于一个大气压的状态称为真空， 而把产生真空的装置叫做真空泵，抽成真空的容器叫做真空 室，把包括真空泵和真空室在内的设备叫做真空设备。制作 薄膜最重要的装备是真空设备． 真空设备大致可分为两类：高真空设备和超高真空设备。二 者真空度不同，这两种真空设备的抽气系统基本上是相同 的，但所用的真空泵和真空阀不同，而且用于真空室和抽气 系统的材料也不同，下图是典型的高真空设备的原理图，制 作薄膜所用的高真空设备大多都属于这一类。 下图是超高真空设备的原理图，在原理上，它与高真空设备 没有什么不同，但是，为了稍稍改善抽气时空气的流动性， 超高真空设备不太使用管子，多数将超高真空用的真空泵直 接与真空室连接，一般还要装上辅助真空泵（如钛吸气泵） 来辅助超高真空泵。 3.1 高真空镀膜机 1.真空系统 现代的光学薄膜制备都是在真空下获得的。普通所说的 真空镀膜，基本都是在高真空中进行的。 先进行(1)然后进行(2)。因为所有的（超）高真空泵只有在真空室的压力降低到一定程度时才能进行工作， 而且在高真空泵（如油扩散泵）中，要把空气之类的分子排出，就必须使排气口的气体压力降低到一定程 度。 小型镀膜机的真空系统 低真空机械泵+高真空油扩散泵+低温冷阱
简述薄膜材料的特征举例说明薄膜材料 的用途不少于4例 【篇一：简述薄膜材料的特征,举例说明薄膜材料的用途 (不少于4例)】 第四章薄膜材料与工艺 1、电子封装中至关重要的膜材料及膜技术 1.1 薄膜和厚膜 1.2 1.3成膜方法 1.4 电路图形的形成方法 1.5 膜材 料 2、薄膜材料2.1 导体薄膜材料 2.2 电阻薄膜材料 2.3 介质薄膜材 料 2.4 功能薄膜材料 1、电子封装工程中至关重要的膜材料及膜技术 薄膜和厚膜电子封装过程中膜材料与膜技术的出现及发展，源于与 电器、电子装臵设备向高性能、多功能、高速度方向发展及信息处 理能力的急速提高系统的大规模、大容量及大型化要求构成系统的 装臵、部件、材料等轻、薄、短、小化晶体管普及之前真空电子管 的板极、栅极、灯丝等为块体材料，电子管插在管座上由导管连接，当时并无膜可言 20世纪60年代，出现薄膜制备技术在纸、塑料、 陶瓷上涂刷乃至真空蒸镀、溅射金属膜，用以形成小型元器件及电 路等进入晶体管时代从半导体元件、微小型电路到大规模集成电路，膜技术便成为整套工艺中的核心与关键。 1、电子封装工程中至关重要的膜材料及膜技术薄膜和厚膜与三维块 体材料比较：一般地，膜厚度很小，可看作二维膜又有薄膜和厚膜 之分经典分类：制作方法分类：块体材料制作的（如经轧制、锤打、碾压等）——厚膜膜的构成物一层层堆积而成——薄膜。 Ａｌ特点Ｓｉ基ＩＣ常用导体材料与作为ＩＣ保护膜的ＳｉＯ间的 附着力大对于ｐ型及ｎ型Ｓｉ都可以形成欧姆接触可进行引线键合 电气特性及物理特性等也比较合适价格便宜作为ＩＣ用的导体普遍 采用随环境、气氛温度上升，Ａｌ与Ａｕ发生相互作用，生成金属 间化合物，致使接触电阻增加，进而发生接触不良当Ａｌ中通过高 密度电流时，向正极方向会发生Ａｌ的迁移，即所谓电迁移在５０ ０以上，Ａｌ会浸入下部的介电体中在ＭＯＳ元件中难以使用尽管 Ａｌ的电阻率低，与Ａｕ不相上下，但由于与水蒸气及氧等发生反应，其电阻值会慢慢升高。 al与au会形成化合物al端子与au线系统在300下放置2～3ｈ， 或者使气氛温度升高到大约４５０，其间的相互作用会迅速发生， 致使键合部位的电阻升高此时，上、下层直接接触，au、al之间形
第六章 薄膜材料及其应用（1） 主要内容 一、超硬薄膜 二、智能薄膜 三、纳米薄膜 四、三族元素氮化物薄膜 五、巨磁和庞磁薄膜 六、铁电薄膜 七、红外敏感薄膜 八、人工周期调制材料 一、超硬薄膜 材料的硬度不仅取决于材料的宏观性质（弹性和塑性），而且 也取决于材料的微观性质（原子间的相互作用力）。合成超硬材料对于了解原子间相互作用的微观特性与宏观特性间的基本关系，以及纯技术的应用都十分重要。 超硬材料（包括已有超硬材料和理论预言超硬材料）可以分为三类： 1. 由周期表中第2、3周期的轻元素所形成的共价和离子-共价化合物； 2. 特殊共价固体，包括各种结晶和无序的碳材料； 3. 与轻元素形成的部分过渡金属化合物，如：硼化物、碳化物、氮化物和氧化物。 超硬材料的特点 1. 超硬材料在正常条件下大多是亚稳相； 2. 绝大多数超硬材料都是共价型或离子型固体； 3. 过渡金属化合物超硬材料具有共价键和金属键； 4. 超硬材料在元素周期表中都由位于中间位置的主族元素组成，这些元素具有最小离子、共价或金属半径，且固态中的原子间具有最大的结合能； 5. 元素中电子壳层的周期填充使固体中的原子半径或分子体积呈规律性变化； 6. 元素固相在变化时，如具有最小摩尔体积，则具有最大的体弹性模量、最大的结合能和最高的熔点。满足Aleksandrov 关系： k 为体弹性模量，Vm 为摩尔体积，Ec 为结合能 对单一元素的固体， 绝大多数在1-4； （一）由原子序数较小的元素形成的超硬化合物 这些超硬材料由位于第2、3周期中的元素如：铍、硼、碳、氮、氧、铝、硅、磷 的化合物组成。它们能形成三维刚性点阵、原子间具有较强的共价键。典型的离子-共价化合物例子是氧化物，如：刚玉Al2O3，超石英（SiO2的高压相）。 这些超硬化合物主要有：BeO 、B6O 、P2O5、Al-B-O 系统、CNx 、SiC 、Be2C 、Si3N4及其它硼碳化合物、硼磷化物、硼硅化物等。 （二）碳材料 由于C 原子间存在不同类型的化学键合，所以C 存在大量的同素异构体和无序相。如 sp3 C 杂化键合形成的金刚石，是最硬的的已知材料。所以可将碳划到特殊材料。 单晶金刚石的维氏硬度达70-140GPa 。另一sp3 C 杂化键合形成的六方金刚石具有与金刚石类似的力学性质。近年来，利用各种沉积技术，制备了高sp3 键合度的非晶碳膜，也称类金刚石薄膜。它的显微硬度达到70GPa 。足球烯C60是有C 的sp2 原子键合形成m c V E k ∝160.5/E kV c m -≡
科技大学 薄膜材料与技术小论文 题目：太阳能电池中的薄膜材料 课程名称：薄膜材料与技术 学院：材料科学与工程学院 班级： 学生： 学生学号： 评分： 日期：
摘要 薄膜材料在提高太阳能电池的转换效率方面有着很大的作用。随着薄膜材料种类和制备工艺的发展，现在已经有很多种基于不同薄膜材料和工艺的太阳能电池，包括硅基薄膜太阳能电池、化合物半导体薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池等等。 关键词 太阳能电池薄膜材料染料敏化应用 一、太阳能电池简介 太阳能在地球上分布非常广泛，储量巨大、稳定、持久、清洁无污染。太阳每秒向外太空辐射的能量约为3.8x1020兆瓦，而每年投射到地面上的太阳能约为1.05x1018千瓦时，相当于1.3x1015吨标准煤。按照目前太阳质量的消耗速率计，太阳部的热核反应足以维持6x1010年，因此，可以说太阳能是取之不尽，用之不竭的。[1] 太阳能电池是将太阳能转换为电能的一种装置，是太阳能光伏发电的基础，是利用光生伏打效应将光能转变为电能的器件。[2]目前，太阳能电池的种类很多，按照晶体结构可分为单晶、多晶、非晶及纳米晶系太阳能电池；按照结型分为PN结、MS结、MIS结太阳能电池；按照材料种类可分为晶硅太阳能电池、硅基薄膜太阳能电池、化合物半导体薄膜太阳能电池和光电化学太阳能电池等。二、薄膜材料在太阳能电池中的应用 多元化合物薄膜太阳能电池（即硅基薄膜太阳能电池）是第二代太阳能电池，
包括碲化铬（CdTe）、铜铟硒（CIS）、砷化镓（GaAs）、铜铟镓硒（CIGS）等。这类电池的转化效率较高，达到18-20%，其成本较单晶硅低，易于大规模生产。但是，它含有的镉元素有毒且会污染环境，铟和硒等又均属于稀有元素，原料来源受限。以有机化合物和纳米技术为基础的新型薄膜太阳能电池是第三代太阳能电池，包括染料敏化太阳能电池、有机聚合物太阳能电池等。这类太阳能电池具有工艺简单、成本较低、材料来源广泛、理论光电转换效率较高等优势，因此受到了广泛的关注，是太阳能电池的又一发展方向。但是，它仍然存在一些问题，如转换效率仍不够高、材料的长期耐久性问题、大面积工艺技术等。 2.1硅基薄膜太阳能电池 2.1.1多结叠层硅基薄膜太阳能电池 它是一种结构新颖的硅基薄膜太阳能电池，以纳米晶柱薄膜为核心技术。将不同光学带隙的纳米晶柱薄膜组成叠层薄膜电池，不但扩展了太谱响应的围，而且比a-Si：H（氢化非晶硅）和u c-Si：H有更高的光电转换效率。研究表明，由三个子电池硅构成的硅基薄膜太阳能电池采用陷光结构和最佳光学带隙匹配和厚度匹配，其效率可达到22.7%。更多结的叠层电池不但会增加生产成本，而且进一步提高光电转换效率将变得困难。[3]转换效率的制约因素主要来自于光生载流子的复合，包括膜层界面复合、掺杂层杂质电离复合、晶粒间界复合等。 膜层界面复合是指组合电池中共有十余层界面，存在着很高的界面态密度，它们对光生载流子起复合中心的作用。发生复合的光生载流子对光电转换没有贡献。因此，叠层越多，复合率越高；掺杂层杂质电离复合是指掺杂层是光激发的“死区”，此处光生载流子复合率很高；晶粒间界复合是指晶界原子相对无序排列，其悬挂键如果不被氢原子饱和，也将成为光生载流子的复合中心。
现代分析技术的应用 1 引言 表面工程是在传统表面技术的基础上，综合应用材料科学、冶金学、机械学、电子学、物理学、化学、摩擦学等学科的原理、方法及最新成就发展起来的一门新兴学科。表面工程通过研究材料表面与界面的特征、性能、改性过程和相应方法，利用各种物理、化学或机械的工艺过程改变基材表面状态、化学成分、组织结构或形成特殊的表面覆层，优化材料表面，以获得原基材表面所不具备的某些性能，达到特定使用条件对产品表面性能的要求，获得高装饰性、耐腐蚀、抗高温氧化、减摩、耐磨、抗疲劳性及光、电、磁等多种表面特殊功能。它最突出的技术特点是勿需整体改变材质而能获得原基材所不具备的某些特性，获得如超细晶粒、非晶态、超饱和固溶体、多重结构、多相弥散结构等薄膜材料。它的另一技术特点是选材广，具有极大的灵活性，通过不同的处理工艺，可在金属、有机、无机材料表面制备出单金属、合金、陶瓷、有机高分子材料、类金刚石、金刚石、非晶态等多种薄膜层。近年来，表面工程的研究得到迅速发展，不仅取得了丰硕的科研成果，而且随着在制造业中的应用日益广泛，也获得了良好的经济效益。 薄膜材料的性能主要由材料成分、显微组织、相结构和界面状态所决定，而其成分、显微组织、相结构和界面状态又与表面处理技术和工艺有关。因此，分析薄膜材料的成分、显微组织、相结构和界面状况，并研究其与薄膜的性能、处理工艺之间的关系，是提高工艺水平、保证薄膜层质量的重要途径。近年来，表面和界面的电子显微分析技术的长足发展，为研究薄膜材料的微观状态提供了众多的分析测试手段，本文简要地讨论几种表面分析技术的特点及其在薄膜材料成分、形貌和晶体结构研究中的应用，供薄膜材料研究工作者参考。 2 薄膜材料的成分分析 由于下述原因，在一般情况下很难采用化学分析的方法实现对薄膜材料成分的分析。①薄膜材料的质量很小，取样很困难；②化学分析法得到的结果是一个平均值，无法解释薄膜材料的成分、工艺和性能之间的相互关系。这是因为薄膜材料的成分往往是微区不均匀分布，所以必须选用微区成分分析方法对薄膜材料进行微区成分分析。 2.1 电子探针X射线显微分析 电子探针X射线显微分析（EPMA, Electron Probe Microanalyser）是目前比较理想的一种微区成分分析手段。 电子探针仪利用高能电子与固体物质相互作用的原理，通过能量足够高的一束细聚焦电子束轰击样品表面，在一个有限的深度和侧向扩展的微区体积内，激发产生特征X射线信号，它们的波长（或能量）和强度是表征该微区内所含元素及其浓度的重要信息，采用适当的谱仪和检测、计数系统可达到成分分析的目的。 电子探针X射线显微分析，可分析原子序数为4～92的元素。对于轻元素的分析，需要特殊条件和技术。对于原子序数大于10的元素来说，定量分析的相对精度大约为1%。它所分析的区域很小，一般可从1立方微米到几十立方微米，分析范围的大小可人为调节，被测元素的绝对感量可达10的－10次方克，这是其它分析方法难以实现的。电子探针分析有三种方式：①选定样品表面微区，作定点的全谱扫描，进行定量或半定量分析，包括对其所含元素浓度进行定量分析；②电子束可沿样品表面选定的直线轨迹作所含元素浓度的线扫描分析；③电子束在样品表面作面扫描，以特定元素的X射线信号调制阴极射线管荧光屏亮度，给出元素浓度
薄膜技术发展历程(一)：镀膜发展史 化学镀膜最早用于在光学元件表面制备保护膜。随后，1817年，Fraunhofe在德国用浓硫酸或硝酸侵蚀玻璃，偶然第一次获得减反射膜，1835年以前有人用化学湿选法淀积了银镜膜它们是最先在世界上制备的光学薄膜。后来，人们在化学溶液和蒸气中镀制各种光学薄膜。50年代，除大快窗玻璃增透膜的一些应用外，化学溶液镀膜法逐步被真空 镀膜取代。 真空蒸发和溅射这两种真空物理镀膜工艺，是迄今在工业撒谎能够制备光学薄膜的两种最主要的工艺。它们大规模地应用，实际上是在1930年出现了油扩散泵---机械泵抽气系统之后。 1935年，有人研制出真空蒸发淀积的单层减反射膜。但它的最先应用是1945年以后镀制在眼镜片上。1938年，美国和欧洲研制出双层减反射膜，但到1949年才制造出优质的产品。1965年，研制出宽带三层减反射系统。在反射膜方面，美国通用电气公司1937年制造出第一盏镀铝灯。德国同年制成第一面医学上用的抗磨蚀硬铑膜。在滤光片方面，德国1939年试验淀积出金属—介质薄膜Fabry---Perot型干涉滤光片。 在溅射镀膜领域，大约于1858年，英国和德国的研究者先后于实验室中发现了溅射现象。该技术经历了缓慢的发展过程。1955年，Wehner 提出高频溅射技术后，溅射镀膜发展迅速，成为了一种重要的光学薄膜工艺。现有两极溅射、三极溅射、反应溅射、磁控溅射和双离子溅射等 淀积工艺。 自50年代以来，光学薄膜主要在镀膜工艺和计算机辅助设计两个
方面发展迅速。在镀膜方面，研究和应用了一系列离子基新技术。1953年，德国的Auwarter申请了用反应蒸发镀光学薄膜的专利，并提出用离子化的气体增加化学反应性的建议。1964年，Mattox在前人研究工作的基础上推出离子镀系统。那时的离子系统在10Pa压力和2KV的放电电压下工作，用于在金属上镀耐磨和装饰等用途的镀层，不适合镀光学薄膜。后来，研究采用了高频离子镀在玻璃等绝缘材料上淀积光学薄膜。70年代以来，研究和应用了离子辅助淀积、反应离子镀和等离子化学气相等一系列新技术。它们由于使用了带能离子，而提供了充分的活化能，增加了表面的反应速度。提高了吸附原子的迁移性，避免形成柱状显微结构，从而不同程度地改善了光学薄膜的性能，是光学薄膜制造 工艺的研究和发展方向。 实际上，真空镀膜的发展历程要远远复杂的多。我们来看一个这个 有两百年历史的科技历程： 19世纪 真空镀膜已有200年的历史。在19世纪可以说一直是处于探索和预研阶段。探索者的艰辛在此期间得到充分体现。1805年, 开始研究接触角与表面能的关系(Young)。1817年, 透镜上形成减反射膜(Fraunhofer)。1839年, 开始研究电弧蒸发(Hare)。1852年, 开始研究真空溅射镀膜(Grove;Pulker)。1857年, 在氮气中蒸发金属丝形成薄膜(Faraday;Conn)。 1874年, 报道制成等离子体聚合物(Dewilde;Thenard)。1877年,薄膜的真空溅射沉积研究成功(Wright)。1880年, 碳氢化合物气相热解(Sawyer;Mann)。1887年, 薄膜的真空蒸
现代分析技术在薄膜材料研究中的应 用 使用离子探针显微分析可进行如下分析: ①同位素分析 ; ②轻元素 高灵敏度分析 ; ③极薄表面 (约 10~1000Å) 的分析 ; ④在给 定适当条件后，可作包括纵向的三维分析。 使用离子探针作薄膜组分的定性或定量分析时，为消除样品表面污染和吸附的影响，应加大一次离子束进行刻蚀，然后再缩小离子束斑直径进行分析。在作纵向分析时，应考虑纵向分辨率、浓度测定、灵敏度和三维观察等各因素，必须严格控制测量条件。 离子探针显微分析仪探测离子扫描像的能力较高，所以当某些元素分布采用EPMA 的特征X 射线像所得衬度不好或难以探测时，采用离子探针显微分析法可获得满意的结果。 2.3X 射线光电子能谱分析 X射线光电子能谱分析(XPS，X-rayPhotoelectronSpectroscopy) 是利用X 射线源产生很强的X 射线轰击样品，从样品中激发出电子，并将其引入能量分析器，探测经过能量分析的电子，作出X 射线对能量的分布图―― X射线光电子能谱。它可以用于区分非金属原子的化学状态和金属的氧化状态，所以又叫做" 化学分析光电子能谱法(ESCA，ElectronSpectroscopyforChemicalAnalysis) 。 利用XPS可以进行除氢以外全部元素的定性、定量和化学状态分析，其探测深度依赖于电子平均自由程，对于金属及其氧化物，探测深度为5~25Å 。XPS的绝对灵敏度很高，是一种超微量分析技术，分析时所需样品很少，一般10的-8 次方克左右即可，因此XPS是薄膜材料最有效的分析手段之一。 2.4俄歇电子能谱分析 俄歇电子能谱分析（AES，AugerElectronSpectroscopy）是利用入射电子束使原子内层能级电离，产生无辐射俄歇跃迁，俄歇电子逃逸到真空中，用电子能谱仪在真空中对其进行探测的一种分析方法。在薄膜材料化学成份的分析方面，俄歇电子能谱是应
LB 膜材料及其应用 欧阳健明 (暨南大学化学系,暨南大学生物矿化工程与结石防治研究中心,广东广州510632) 摘 要:综述了近几年国内外组装Lang muir-Blo dg ett 膜的材料,包括功能两亲配合物,生物化合物,两亲染料,卟啉和酞菁,富勒烯,两亲导电化合物及聚合物等的研究进展,并讨论了其在新型光电子材料、模拟生物膜功能和制备分子电子器件等方面的主要应用。关键词:LB 膜;成膜材料;生物分子 中图分类号:O 631;O 641.242 文献标识码:A 文章编号:0367-6358(2001)06-0330-04 收稿日期:2000-05-29;修稿日期:2001-04-15 基金项目:国家自然科学基金重点项目(20031010)和教育部重点科学技术项目(1998-121)资助课题作者简介:欧阳健明,教授,博士。从事生物无机化学和有序分子膜应用研究。 Langmuir-Blodg et Films M aterials and T heir A pplications OUYANG Jian-min (De p ar tment of Chemistry ,Center of B iomineraliz ation Eng ineer ing and Calcili R esear ch , Jinan Univ ersity ,Guangd ong Guangz hou ,510632,China ) Abstract :Sum marizes the progr ess on Lang muir -Blodgett film materials,including functional com plex es, bio logical co mpo unds ,amphiphilic dyes ,por phyrins and phthalo cyanines ,fullerenes ,conductive com-pounds,and po lymers.T heir applications w ere discussed in new -type photo electro n materials,simulation in bio logical membrane,and in fabr icatio n of mo lecular electronic devices.Key words :lang muir -blo dgett films ;film materials ;biolog ical m olecules Lang muir-Blo dgeft(LB)膜因具有如下特点而倍受人们的重视:1)超薄且厚度准确控制,这种纳米级的薄膜满足现代电子学器件和光学器件的尺寸要求;2)膜中分子排列高度有序且各向异性,使之可根据需要设计、实现分子水平上的组装;3)制膜条件温和,操作简单。因而,LB 膜在发展新型光电子材料,模拟生物膜的功能和制备分子电子器件等方面表现出广阔的应用前景[1] 。近年来,LB 膜技术有了相当大的发展,由LB 膜功能体系所实现的分子尺度上的装配已经成为高新科学技术发展中的一个热点。由于LB 膜的性质、结构和组装等与成膜材料密切相关,本文对目前所研究的成膜材料及其主要应用进行综述。1 研究现状 1.1 功能两亲配合物 能形成LB 膜的材料大都是表面活性剂分子, 即两亲分子。最典型和最简单的成膜物质是脂肪酸,其亲水头基为COOH ,尾链为(CH 2)16CH 3。一种好的成膜材料,其亲/疏水比要适中。当亲水性太强时,材料可能会溶于亚相水溶液中;而疏水性太强则导致其在水面上扩展不开,形成油珠悬浮于水面上。 现代LB 膜研究的重要目的之一是制备功能化和器件化的LB 膜,因而,将具有特殊光、电、磁、热等性质的过渡金属配合物组装到LB 膜中将产生具有预期厚度和预期分子排列的功能超薄膜[1]。近年来,大量功能化的两亲配合物和两亲聚合物材料被合成,并对它们之间在结构上进行了巧妙的组合与互补。其中一类是用LB 膜作电致发光(EL )器件的发光层[2]。图1为作者等[3]用二[N -十六烷基-8-羟基-2-喹啉甲酰胺]合镉[Cd (HQ )2]的LB 膜作发光层所制备的EL 器件的亮度曲线,LB 膜的层数和沉积压均会影响器件的电致发光。
薄膜材料制备原理、技术及应用知识点1 一、名词解释 1. 气体分子的平均自由程:自由程是指一个分子与其它分子相继两次碰撞之间，经过的直线路程。对个别分子而言，自由程时长时短，但大量分子的自由程具有确定的统计规律。气体分子相继两次碰撞间所走路程的平均值。 2. 物理气相沉积（PVD）：物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。发展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。 3. 化学气相沉积（CVD）：化学气相沉积(Chemical vapor deposition，简称CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。它本质上属于原子范畴的气态传质过程。 4. 等离子体鞘层电位：等离子区与物体表面的电位差值ΔV p即所谓的鞘层电位。 在等离子体中放入一个金属板，由于电子和离子做热运动，而电子比离子的质量小，热速度就比离子大，先到达金属板，这样金属板带上负电，板附近有一层离子，于是形成了一个小局域电场，该电场加速了离子，减速电子，最终稳定了以后，就形成了鞘层结构，该金属板稳定后具有一个电势，称为悬浮电位。 5. 溅射产额：即单位入射离子轰击靶极溅出原子的平均数，与入射离子的能量有关。 6. 自偏压效应：在射频电场起作用的同时，靶材会自动地处于一个负电位下，导致气体离子对其产生自发的轰击和溅射。 7. 磁控溅射：在二极溅射中增加一个平行于靶表面的封闭磁场，借助于靶表面上形成的正交电磁场，把二次电子束缚在靶表面特定区域来增强电离效率，增加离子密度和能量，从而实现高速率溅射的过程。 8. 离子镀：在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物部分离化，产生离子轰击效应，最终将蒸发物或反应物沉积在基片上。结合蒸发与溅射两种薄膜沉积技术而发展的一种PVD方法。 9. 离化率：被离化的原子数与被蒸发气化的原子数之比称为离化率.一般离化装置的离化率仅为百分之几,离化率较高的空心阴极法也仅为20～40% 10. 等离子体辅助化学气相沉积（PECVD）技术：是一种用等离子体激活反应气体,促进在基体表面或近表面空间进行化学反应,生成固态膜的技术。等离子体化学气相沉积技术的基本原理是在高频或直流电场作用下，源气体电离形成等离子体，利用低温等离子体作为能量源，通入适量的反应气体，利用等离子体放电，使反应气体激活并实现化学气相沉积的技术。 11. 外延生长：在单晶衬底（基片）上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶层，犹如原来的晶体向外延伸了一段，故称外延生长。 12. 薄膜附着力:薄膜对衬底的黏着能力的大小，即薄膜与衬底在化学键合力或物理咬合力作用下的结合强度。 二、填空： 1、当环境中元素的分压降低到了其平衡蒸气压之下时，元素发生净蒸发。反之，元素发生净沉积。 2、在直流放电系统中，气体放电通常要经过汤生放电阶段、辉光放电阶段和弧光放电阶段三个放电过程，其中溅射法制备薄膜主要采用辉光放电阶段所产生的大量等离子体来形成溅射。 3、溅射仅是离子轰击物体表面时发生的物理过程之一，不同能量的离子与固体表面相互作用的过程不同，不仅可以实现对物质原子的溅射，还可以在固体表面形成沉积现象和离子注入现象。 4、溅射法所采有的放电气体多为Ar气，主要原因是惰性气体做为入射离子时，物质溅射产额高，从经济方面考虑，多使用Ar做为溅射气体。 5、直流溅射要求靶材具有良好的导电性，否则靶电流过小，靶电压过高，而射频溅射方法以交流电源提供高频电场，高频电场可经由其它阻抗形式进入沉积室，不再要求电极一定是导电体，使溅射过程摆脱对靶材导电性的要求。 6、磁控溅射存在的缺点。 1 微观永远大于宏观你永远大于人类今天永远大于永远■■■■■■■■纯属个人行为，仅供参考■■■■■■■■勿删■■■■■■■■■