收稿日期：2008-09-19
０前言
ZnO 是一种新型的宽禁带化合物半导体材料，与GaN 相比具有相近的晶格常数和禁带宽度，原料
廉价易得，而且具有很高的熔点和激子束缚能，以及良好的机电耦合性和较低的电子诱生缺陷。此外，
ZnO 薄膜的外延生长温度较低，有利于降低设备成
本，抑制固相外扩散，提高薄膜质量，也易于实现掺杂。ZnO 薄膜所具有的这些优异特性，使其在表面声波器件、太阳能电池等诸多领域得到了广泛应用。随着ZnO 光泵浦紫外受激辐射的获得和n 型掺杂的实现，ZnO 薄膜作为一种新型的光电材料，在紫外探测器、发光二极管、激光二极管、紫外光探测器、透明电极气敏传感器以及光波导等有着广泛的应用前景[1]
。
ZnO 晶体为六方纤锌矿结构,六方晶系，空间群为P63m ，晶格常数a =0.3246nm 、c =0.5203nm [2]，
图1和图2是根据文献[2]用Atoms61程序画的结构图。ZnO 薄膜天然存在着锌间隙与氧空位,为极性半导体,呈n 型。优质的ZnO 薄膜具有c 轴择优生长,ZnO 薄膜是一种理想的透明导电薄膜,可见光透射率高达90%,电阻率可低至10-4
Ω·cm 。
１ＺｎＯ薄膜的制备
多种薄膜制备方法，如磁控溅射、喷雾热分解、脉冲激光沉积、分子束外延、金属有机物化学气相沉积、溶胶凝胶法等，都可用于Zn 薄膜的制备，并且可以调控薄膜的性能和参数。本文仅对其中几种工艺较为成熟、目前研究较为热的制备方法进行评述。
1.1化学气相沉积法
化学气相沉积(CVD)是合成各种形态ZnO 的最
有效的方法之一。目前认为这种方法主要经历了气固过程或气液固过程，即蒸发源材料在升温过程中汽化，蒸汽在特定的温度、压力和原子气氛条件下沉积到基底上，得到了各种形貌的纳米粒子ZnO 纳米结构薄膜。
阮伟东[3]的研究中将等量的ZnO 固体粉末和活性炭粉末(1~8g)充分混合、研磨，置于CVD 管式炉中央作为挥发源。在挥发源后不同温度区间放置表面分散金纳米粒子的石英片作为沉积产物的基片(将
2～3滴10-4mol/L 的金溶胶滴在石英片上自然晾干)。
实验时控制管式炉内气压小于0.02标准大气压。载气为氩气(或混入少量氧气)，流速为400～600mL/min 。
将挥发源处加热到700～850℃，观察载气下游的基片
ZnO 薄膜的制备及应用研究进展
胡国华，陈建平
（中国地质大学（武汉）材料科学与化学工程学院，武汉430074）
摘
要
ZnO 作为一种新型的宽禁带半导体材料，具有很好的化学稳定性和热稳定
性,抗辐射损伤能力强，在光电器件、压电器件、表面声波器件等诸多领域有着很好的应用潜力。本文主要介绍制备ZnO 薄膜的技术和方法，并简要的介绍了ZnO 薄膜的应用进展。关键词
ZnO 薄膜；制备；应用
江苏陶瓷
Jiangsu Ceramics
第41卷第6期2008年12月
Vol.41,No.6December,2008
图1
ZnO 晶体沿c
轴的投影图
图2ZnO 晶体的立体结构示意图
7
上膜的沉积情况，适当时间停止加热，保持载气和压力，降温到室温，最终得到了具有纳米结构的、性能较为良好的薄膜。
1.2喷雾热分解技术
喷雾热分解技术是由制备太阳能电池用电极发展起来的，通过将金属盐溶液雾化后喷入高温区，使金属盐在高温下分解形成薄膜[4]。原料一般是溶解在醇类中的醋酸锌，而且非常易于实现掺杂。通过加入氯盐掺杂Al、In等元素，可以获得电学性质优异的ZnO薄膜。用该方法还可以制备具有纳米颗粒结构、性能优异的ZnO薄膜。喷雾热分解技术在制备掺杂的ZnO薄膜和同质结上也有很大进展。由于不需要真空设备，工艺简单经济，易于掺杂，喷雾热分解技术制备ZnO薄膜具有良好的产业化前景。
1.3锌膜氧化法
锌膜氧化法是一种较为简单的ZnO薄膜的制备方法。制备时先用溅射或其他镀膜的方法制备一层Zn膜，然后将样品置于氧气炉中氧化，一般生成多晶ZnO薄膜。利用此法制得的薄膜由于退火温度的不同，结晶状况及其成分有较大的差别，只有在较高的温度下退火，Zn才会被完全氧化，并且得到结晶状况相对较好的薄膜[5]。
1.4金属有机化学气相沉积(MOCVD)法
(金属有机物化学气相沉积(Metal-organic Chemical Vapor Deposition)方法也是薄膜制备的常用方法，采用含III族或II族元素的有机物雾化V 族或V II族元素的氢化物为原材料，可生长多种化合物薄膜，该方法的优点是可制备大面积的均匀薄膜，通过调整原材料组分可灵活调整薄膜成分，在制备过程中加入掺杂气体，也易于实现多种元素的掺杂，采用MOCVD方法已能够制备出高质量ZnO薄膜[6]。
1.5射频反应溅射法
朋兴平[7]等人的研究中，ZnO薄膜样品是在JS-450型射频溅射台上获得的，其靶材是纯度99.99%、直径100mm的高纯锌，衬底为(100)面硅单晶，衬底与靶间距50mm.溅射前预真空为5×10-3Pa，溅射气体为氩气和氧气的混合气(氧分压为0.4)，溅射气压为3Pa，溅射时间1h。溅射功率分别为60、100和150W，衬底温度从室温至450℃。利用射频反应溅射法在硅(100)衬底上制备了c轴择优取向的ZnO薄膜。并且对于生长的薄膜，又利用各种测试仪器进行了测试了分析，其研究表明当溅射功率为100W，衬底温度300~400℃时，适合于高质量ZnO薄膜的生长。在300℃、350℃和400℃时，生长的ZnO薄膜的PL谱中观察到了380nm处的激子峰和430nm附近的蓝光峰，蓝光可能来源于ZnO薄膜中电子从VO缺陷能级到价带顶能级跃迁。特别是在衬底温度300℃、溅射功率100W条件下所制备ZnO薄膜PL谱中436nm处的单蓝光发射峰的出现，对ZnO基蓝光发光器件的研制具有重要意义。
1.6磁控溅射法
磁控溅射法利用磁场强大的能量轰击溅射靶材，在材料表面沉积纳米薄膜，溅射法制备的纳米薄膜均匀、稳定，不改变材料本身性能，是一种成膜速率较快的制备方法。
李良飞[8]等在试验研究中利用RF磁控溅射法在PET非织造布表面沉积氧化锌(ZnO)薄膜。溅射基材选用60g/cm2的PET纺粘法非织造布(2.3cm×7.3 cm)。实验前PET非织造布先经过丙酮浸泡、KQ-50B 型超声波清洗，并用蒸馏水反复清洗以除去PET非织造布表面灰尘和油渍等各种污染物，然后放入烘箱进行干燥，烘箱温度控制在60℃左右，干燥5～10min 后放入干燥皿中待用。
另外，实验中用Ar气为保护气体，气体流量为20mL/min。先开机械泵和分子泵抽真空，衬底压强至5.0×10-4Pa，靶材与基材的距离为60mm。实验前利用Ar离子对靶材进行5min预溅，以清洗靶材表面的杂质，溅射法制备的ZnO颗粒分散均匀，最终得到的薄膜的致密性良好、纯度高，且对紫外光区域有很强的吸收能力，沉积时间越长，薄膜的紫外线屏蔽效果越好。
方斌[9]等用直流磁控溅射ZnO:Al靶在玻璃衬底制备ZAO透明导电薄膜。采用的靶是由99.99%的ZnO粉末和99.99%的Al2O3粉末混合压制后烧结成的陶瓷靶，其中Al的含量为3%(质量分数)，试验所用的基片为普通的石英玻璃。在试验之前，使用的玻璃基片都经过了酒精和丙酮的超声波清洗。用直流溅射的氛围为纯氩气，氩气的压强为2Pa，衬底温度为150~350℃。最后得到了良好的薄膜。并且研究发现随着温度的升高薄膜的电阻率在下降，薄膜都有着良好的透光率。
1.7脉冲激光沉积（PLD）法
刘彦松[10]等的研究采用的实验装置主要由一台脉冲准分子激光器和一个淀积腔组成。脉冲准分子激光器以ArF为工作气体，激光波长为193nm，脉冲宽
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度为17nm，激光能量密度约1～2J/cm2。实验时，激光的重复频率都设定为3Hz。淀积腔连接一个机械泵-分子泵两级系统。选用(100)取向的单晶硅片作衬底，Si衬底经标准的集成电路工艺清洗，并用银导电胶作为粘附剂和导热介质，把Si片固定在带有加热装置的衬底架上。ZnO陶瓷靶是由高纯ZnO粉末(99.99%)经研磨、锻压(29.4MPa)、烧结(空气中，1100℃，3h)而成的。实验时，靶到衬底的距离固定为3.5cm，衬底温度为100～400℃，淀积气氛为高真空(3×10-3Pa)和10Pa O2两种，淀积时间都为20min，同时垂直于衬底表面施加一个诱导电场(250V·cm-1)。ZnO薄膜样品的退火是在纯氧中进行的，退火温度为600℃，退火时间为10h，最终得到的材料性能良好。
２ＺｎＯ薄膜的应用
ZnO薄膜的应用极为广泛，在紫外探测器、发光二极管、激光二极管、紫外光探测器、透明电极气敏传感器以及光波导等有着广泛的应用，下面简要的介绍其有代表性的几种应用。
2.1压电传感器
ZnO薄膜具有优良的压电特性，即在一定方向上受到外力作用时，其内部就会产生极化现象，同时在某两个相对的表面上产生符号相反的电荷，外力去掉后，又恢复到不带电状态。在制作各种ZnO传感器时，通常会把ZnO薄膜沉积在一层薄的硅梁上，以增加其压电效应。
利用ZnO压电薄膜为换能器制作的硅微压电薄膜传声器，其性能有了大幅提高，1000Hz基准频率的灵敏度达到-85dB，500Hz~10000Hz波段频率响应的平坦度在±3dB范围内。薄膜的制作工艺会引起压电性能的微小差别。目前，传感器有逐渐小型化、微型化的趋势，这些为其应用带来了许多方便。以IC制造技术为基础发展起来的微机械加工工艺，可使被加工的敏感结构的尺寸达到微米、亚微米级，并可以批量生产，从而制造出微型化而价格便宜的传感器。将ZnO压电薄膜技术与表面微机械加工技术结合起来，可以得到新型的氧化锌多功能器件。当然，要得到性能优良的压电器件，不仅要生长出高质量的ZnO薄膜，还要改善微机械加工的处理工艺，包括清洁、蚀刻、钝化、绝缘层沉积等方面的影响[11]。
2.2光电器件
ZnO作为一种新型的半导体材料，有很好的光泵浦受激辐射特性，尤其是p-ZnO的制得，为其在紫外探测器、LED、LD等领域的应用开辟了道路。利用MOCVD生长的ZnO薄膜制作出上升时间和下降时间分别为1Ls和115Ls的MSM紫外探测器，具有优异的性能。利用PLD制得ZnO:Al膜，用于有机发光二极管(OLED)，在100A/cm2的电流强度下外量子效率为0.3%，且ZnO薄膜光泵浦发射阈值可降至240kW/cm2，激子增益为300cm-1，高于同条件下GaN 的激子增益，在LD等领域也显示出巨大的开发应用潜力[12]。
2.3半导体紫外激光器
近年来的研究发现，无论是单晶还是多晶的ZnO 薄膜，在室温下都能产生较强的紫外受激辐射。与氮化镓材料相比，ZnO薄膜的紫外发光是刚刚开始的新兴课题。作为一种具有六方结构的自激活宽禁带半导体材料，ZnO在室温下的禁带宽度为3.36eV，特别是它的激子结合能高达60meV，在目前常用的半导体材料中首屈一指，这一特性使它具备了室温下短波长发光的有利条件。特别是ZnO光泵浦紫外激光的获得和自形成谐振腔的出现，更使ZnO薄膜在制造紫外半导体激光器方面极具开发和应用的价值。
浙江大学[13]已用PLD法在硅衬底上制得性能优良的ZnO薄膜，并直接用平面磁控溅射制备了叉指状电极，在波长从340nm到400nm的连续光谱光线照射下，ZnO光导型紫外探测器有很明显的光响应特性，其截止波长为370nm。研究表明:薄膜晶粒大小直接影响到探测器的响应时间。ZnO薄膜晶粒大，响应速度快，上升时间为792ms，光电流上升速度慢与氧在薄膜表面的吸附、脱附有关，上升速度快与类似块体的内部氧有关。一种新型的基于声表面波器件的高灵敏度的紫外探测器也已研制成功。其SAW振荡器运用了ZnO/LiNbO3混合层，输出电压会随紫外光强度的增加而线性减少，能探测到强度低至10mmW/cm2的紫外光。这种新型的器件在今后的无线紫外测量系统中具有巨大的应用潜能。现阶段，科学家们正致力于制造出高质量的ZnO P-N结二极管和异质结二极管，进而制造出高质量的P-N结电致激发激光器，这样就可使ZnO紫外半导体激光器进入广泛应用的阶段。
2.4太阳能电极
太阳能电池也是ZnO的一个重要应用领域，主要用作透明电极和窗口材料，而且ZnO受高能粒子辐射损伤较小，特别适合于太空中使用。利用
胡国华等：ZnO薄膜的制备及应用研究进展学术研究9
P2MOCVD 技术制得ZnO:B 薄膜，电阻率为5×10-4Ω·cm ，掺入B 是为了增加电学性能的稳定性，用于α-Si 太阳能电池，在100mW/cm 2的光照处，其效率为8.7%(开路电压Voc=0.926V ，短路电流密度JSC=14.6mA/cm 2，填充因子为0.646)。用氢等离子处理的ZnO:Ga 薄膜。也可用于太阳能电池，G=13%。还利用ZnO 作透明传导膜，CdS 为缓冲层，制备出ZnO/CdS/Cu(In,Ga)Se 2太阳能电池，效率可达14%，较大地提高了器件的性能[12,14]。
３结语
作为一种半导体材料，ZnO 薄膜的许多应用依赖于其p-n 结特性，目前，虽已实现了p 型掺杂，但其性能尚不能与n-ZnO 薄膜相比，这一方面依然是目前存在的主要问题之一。但是ZnO 薄膜在晶格、光电、压电、气敏、压敏等许多方面具有优异的性能，热稳定性高，在表面声波器件、太阳能电池、气敏和压敏器件等很多方面得到了较为广泛的应用，在紫外探测器等诸多领域也有着巨大的开发潜力。而且
ZnO 薄膜的许多制作工艺与集成电路工艺相容，可
与硅等多种半导体器件实现集成化，因而备受人们重视，具有广阔的发展前景。
参
考
文
献
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Progress of ZnO Films Preparation and Application
Hu Guohua,Chen Jianping
(Institute of Material Science and Chemistry Engineering,China University of Geosciences,Wuhan 430074)Abstract As a new type of wide band gap semiconductor materials,ZnO has good chemical stability and thermal stability,strong anti-radiation damage.And it has good potential for application in optoelectronic devices,piezoelectric devices,surface acoustic wave devices and many other areas.This paper describes the preparation of ZnO thin film technology and methods,and introduced briefly on the progress of the application ZnO films.
Key words ZnO film,preparation,application
江苏陶瓷Jiangsu Ceramics
2008年12月第41卷第6期
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最新出口退税方案出炉建筑卫生陶瓷未列入
中国国务院决定，自12月1日起进一步提高部分劳动密集型产品、机电产品和其他受影响较大产品的出口退税率或取消出口关税。最新一批出口关税调整方案表和详细产品名单近日出炉，共涵盖7大类商品，包括：肥料部分、冶金钢材部分、木浆部分、化肥部分、化工部分一、化工部分二、粮食部分。
陶瓷卫浴行业最为关注的建筑卫生陶瓷，并未列入新公布的提高出口退税率的产品名单之中。
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新能源综合报告 实验题目：Tio2薄膜的制备和微细加工 学院：物理与能源学院 专业：新能源科学与工程 学号：1350320 汇报人： 指导老师：王哲哲
一、预习部分（课前完成） 〔目的〕： 1、用溶胶-凝胶法制备Tio2光学薄膜。 2、学习紫外掩膜辐照光刻法制备Tio2微细图形。 3、微细图形结构及形貌分析。 〔内容〕 1、了解溶胶凝胶制备薄膜的原理。 2、了解常见的微细加工的方法。 3、充分调研文献资料，确定实验方案。 4、实验制备和数据分析。 ①、制备出感光性的Tio2薄膜凝胶，掌握制备工艺。 ②、对Tio2凝胶薄膜进行紫外掩膜辐照。 ③、制备出Tio2微细图形并进行热处理。 ④、测试Tio2微细图形的结构和形貌特征，处理并分析数据。〔仪器〕：(名称、规格或型号) 紫外点光源、马沸炉、提拉机、光学显微镜、磁力搅拌器、紫外可见光分光光度计、提供制备Tio2材料的前驱物，溶剂等。 二、实验原理 1、Tio2的基本性质 Tio2俗称太白粉，它主要有两种结晶形态：锐钛型和金红石型，其中锐钛型二氧化碳活性比金红石型二氧化钛高。
特点：它是一种n型半导体材料，晶粒尺寸介于1~100 nm，TiO2比表面积大，表面活动中心多，因而具有独特的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，呈现出许多特有的物理、化学性质。 应用：在涂料、造纸、陶瓷、化妆品、工业催化剂、抗菌剂、环境保护等行业具有广阔的应用前景，TiO2半导体光催化剂因光催化效率高、无毒、稳定性好和适用范围广等优点而成为人们研究的热点。 纳米TiO2的制备方法： 物理制备方法：主要有机械粉碎法、惰性气体冷凝法、真空蒸发法、溅射法等； 物理化学综合法：又可大致分为气相法和液相法。目前的工业化应用中，最常用的方法还是物理化学综合法。 2、溶胶-凝胶法的基本概念 溶胶：是指微小的固体颗粒悬浮分散在液相中,并且不停地进行布朗运动的体系。由于界面原子的Gibbs自由能比内部原子高,溶胶是热力学不稳定体系。 溶胶分类：根据粒子与溶剂间相互作用的强弱,通常将溶胶分为亲液型和憎液型两类。 凝胶：是指胶体颗粒或高聚物分子互相交联,形成空间网状结构,在网状结构的孔隙中充满了液体(在干凝胶中的分散介质也可以是气体)的分散体系。对于热力学不稳定的溶胶,增加体系中粒子间结合所须克服的能量可使之在动力学上稳定。
铁电材料的特性及应用综述 孙敬芝 （河北联合大学材料科学与工程学院河北唐山 063009）摘要：铁电材料具有良好的铁电性、压电性、热释电以及性光学等特性以及原理，铁电材料是具有驱动和传感2 种功能的机敏材料, 可以块材、膜材(薄膜和厚膜) 和复合材料等多种形式应用, 在微电子机械和智能材料与结构系统中具有广阔的潜在应用市场。 关键词：铁电材料；铁电性；应用前景 C haracteristics and Application of Ferroelectric material Sun Jingzhi ( Materials Science and Engineering college, Hebei United University Tangshan 063009,China ) Abstract:Ferroelectric material has good iron electrical, piezoelectric , pyroelectric and nonlinear optical properties, such as a driver and sensing two function piezoelectric materials, can block material, membrane materials (film and thick film) and the compound Material of a variety of forms such as application, in microelectromechanical and intelligent materials and structures in the system with vast potential application market. Keywords: ferroelect ric materials Iron electrical development trend 0前言 晶体按几何外形的有限对称图象, 可以分为32 种点群, 其中有10 种点群: 1, 2, m , mm 2, 4,4mm , 3, 3m , 6, 6mm , 它们都有自发极化。从对称性分析它们的晶体结构都具有所谓的极轴, 即利用对称操作不能实现与晶体的其它晶向重合的轴向, 极轴二端具有不同的物理性能。从物理性质上看, 它们不但具有自发极化, 而且其电偶极矩在外电场作用下可以改变方向。在介电强度允许条件下, 能够形成电滞回线。晶体这种性能称为铁电性, 具有铁电性的材料称为铁电材料。1920 年法国人V alasek 发现了罗息盐(酒石酸钾钠 ) 的特异介电性, 导致“铁电性”概念的出现(也有人认为概念出现更早)。现在各种铁电材料十分丰富,
1.薄膜制备技术代表性的制备方法 物理气相沉积法(PVD)（粒子束溅射沉积、磁控溅射沉积、真空蒸镀）：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。 化学气相沉积法(CVD)：气相沉积过程中沉积粒子来源于化合物的气相分解反应，因此称为化学气相沉积法 2.薄膜的表征技术 2.1 薄膜厚度：几何厚度、光学厚度、质量厚度 几何厚度：等厚干涉条纹法、等色干涉条纹法 2.2 结构表征 （1）薄膜的宏观形貌，包括薄膜尺寸、形状、厚度、均匀性等； （2）薄膜的微观形貌，如晶粒及物相的尺寸大小和分布、孔洞和裂纹、界面扩散层及薄膜织构等； （3）薄膜的显微组织，包括晶粒内的缺陷、晶界及外延界面的完整性、位错组态等。 扫描电子显微镜Scanning Electronic Microscope (SEM)： 透射电子显微镜Transmission Electronic Microscope X射线衍射方法 低能电子衍射（LEED）和反射式高能电子衍射（RHEED） 扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope-STM） 原子力显微镜（AFM） 2.3 成分表征 原子内的电子激发及相应的能量过程 X射线能量色散谱（EDX） 俄歇电子能谱（AES） X射线光电子能谱（XPS） 卢瑟福背散射技术（RBS） 二次离子质谱（SIMS） 3. 各种特种薄膜的应用 金刚石薄膜：高硬度、高耐磨性使得金刚石薄膜成为极佳的工具材料；金刚石具有极高的热导率，这使得金刚石成为极好的高功率光电子元件的散热器件材料；金刚石在从紫外到远红外的很宽的波长范围内具有很高的光谱透过性能以及极高的硬度、强度、热导率以及极低的线膨胀系数和良好的化学稳定性，这些优异性质的综合使得金刚石薄膜成为可以在恶劣环境中使用的极好的光学窗口材料。 硬质涂层：按其材料类别被细分为陶瓷以及金属间化合物两类 热防护涂层：热防护涂层通常是由一层金属涂层和一层氧化物热防护层组成的复合涂层防腐涂层:陶瓷材料涂层、高分子材料涂层、阳极防护性涂层
论文摘要 Taran V. Harman的理学硕士论文，专业电气与计算机工程，发表于2003年10月10日。 题目：铁电薄膜的进展 摘要批准人：John F. Wager 开始于这篇论文的研究项目的长期目标是研究无铅全透明铁电设备，比如铁电电容或铁电栅场效应晶体管。铁电材料在施加外电场时表现出自发极化，且随电场连续变化，并能被其反转。铁电薄膜可用在非易失性存储设备，比如电容，栅介质或场效应晶体管中。铁电设备通过铁电锆钛酸铅（PZT）的沉积来制造，主要方法有射频溅射，旋涂式的化学溶液沉积（CSD）。铁电PZT电容铁电电容的特点是：测电容和电导时为频率的函数，测极化强度时是外加电场的函数。带Au或Ni不透明顶部电极的铁电PZT电容的介电常数在300到600范围内，与典型的铁电薄膜类似。然而，制造透明顶部接触的电容的所有尝试，包括采用各种类型的透明导体和绝缘缓冲层，最终都在铁电层未完全极化前引发了电注入和电击穿。 版权归Taran V. Harman 2003年10月10日
首先我要谢谢我的丈夫Doug在整个文章撰写过程中的耐心，还有整个家庭：Iris, Toy, and Andre Villoch, and John and Linda Harman，他们一直支持我。 我要感谢我的导师John F. Wager教授，他为研究提供经费支持，并建议将铁电体作为论文项目。我在文章撰写过程中与他进行过多次很有益的讨论。 我要感谢Luke Norris为项目作出的贡献，他是自旋解决方案中的助手兼教育家，并且如朋友般伴随每个项目。我要感谢David Hong，他为项目制备了铪HfO2，并在计算机相关问题上帮助很多。 我要感谢Wager博士研究组的所有成员，他们都与我积极讨论。尤其要感谢Rick Presley 协助生产，感谢Melinda Valencia推荐了个好兽医，感谢Nicci Dehuff让我睡在她的沙发上，感谢Mandy Fluaitt,Kathryn Gardiner, and Jana Stockum的友情。 我还要谢谢Chris Tasker，他维持实验室运转。还有Manfred Dittrich为实验设备制造专门的机械部件。 此项工作受美国国家科学基金No: DMR-0071727和美国陆军研究室合约No: MURI E- 18-667-G3资助。
实验十薄膜材料的制备及性能检测 一、实验目的 1．了解磁控溅射的原理及仪器装置、操作方法。 2．通过实验掌握涂层性能分析的实验技术。 二、实验原理 用于轰击靶材的荷能粒子可以是电子、离子或中性粒子，因为离子在电场下易于加速并获得所需要的动能，因此大多数采用离子作为轰击粒子。离子轰击靶材时将靶面原子击出的现象称为溅射。所以溅射镀膜就是指在真空中利用荷能粒子轰击靶材表面，使被轰击出的粒子沉积在基片上，在基底上形核生长形成薄膜的过程的一种技术。通常，利用低压惰性气体辉光放电来产生入射离子。镀膜时，靶材为阴极，基材为阳极，真空室中一般为0.1-10Pa的Ar气或其它惰性气体（一般选择Ar气作为溅射气体）。20世纪三四十年代首次利用溅射镀膜技术成功制备了薄膜，且在六七十年代实现工业化应用，尤其在近几十年内，溅射镀技术发展迅速，利用该技术制备的新型材料也数不胜数。目前溅射方法很多，主要有二级溅射、三级或四级溅射、磁控溅射、对靶溅射、射频溅射、偏压溅射、非对称交流射频溅射、离子束溅射以及反应磁控溅射等。 磁控溅射的工作原理是指电子在电场E的作用下，在飞向基材的过程中与Ar气气体分子发生碰撞，使其电离产生出Ar+和新的电子；新电子飞向基材，Ar+在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶材表面，使靶材发生溅射。被溅射出的粒子中，中性的靶材原子或分子沉积在基材表面生成薄膜，而产生的二次电子会受到电场和磁场作用，在E（电场）×B（磁场）所指的方向漂移，简称E×B漂移，其运动轨迹近似于一条摆线。若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶材表面做圆周运动，它们的运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶材表面的等离子体区域内，并且在该区域中电离出大量的Ar+来轰击靶材，从而实现了高速沉积。随着碰撞次数的增加，二次电子的能量消耗殆尽，逐渐远离靶材表面，并在电场E的作用下最终沉积在基材表面。由于该电子的能量很低，传递给基材的能量很小，致使基材温升较低。 磁控溅射是入射粒子（如Ar+）和靶原子的碰撞过程。入射粒子在靶中经历复杂的散射过程，和靶原子碰撞，把部分动能传递给靶原子，而此靶原子又与其他靶原子碰撞，形成级联效应，在这种级联效应中某些获得足够向外运动动能的靶材表面靶原子就会离开靶材表面被溅射出来。 三．试验方法 3.1 实验材料 实验分别选用1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢、K38G高温合金和马氏体热作模具钢材料H13钢（4Cr5MoSiV1）为基体材料，将实验材料用电火花线切割成15mm×10mm×2mm的片状样品。
实验4 磁控溅射法制备薄膜材料 一、实验目的 1. 掌握真空的获得 2. 掌握磁控溅射法的基本原理与使用方法 3. 掌握利用磁控溅射法制备薄膜材料的方法 二、实验原理 磁控溅射属于辉光放电范畴，利用阴极溅射原理进行镀膜。膜层粒子来源于辉光放电中，氩离子对阴极靶材产生的阴极溅射作用。氩离子将靶材原子溅射下来后，沉积到元件表面形成所需膜层。磁控原理就是采用正交电磁场的特殊分布控制电场中的电子运动轨迹，使得电子在正交电磁场中变成了摆线运动，因而大大增加了与气体分子碰撞的几率。用高能粒子(大多数是由电场加速的气体正离子)撞击固体表面(靶)，使固体原子(分子)从表面射出的现象称为溅射。 1. 辉光放电： 辉光放电是在稀薄气体中，两个电极之间加上电压时产生的一种气体放电现象。溅射镀膜基于荷能离子轰击靶材时的溅射效应，而整个溅射过程都是建立在辉光放电的基础之上的，即溅射离子都来源于气体放电。不同的溅射技术所采用的辉光放电方式有所不同，直流二极溅射利用的是直流辉光放电，磁控溅射是利用环状磁场控制下的辉光放电。 如图1（a）所示为一个直流气 体放电体系，在阴阳两极之间由电 动势为的直流电源提供电压和电 流，并以电阻作为限流电阻。在电 路中，各参数之间应满足下述关系： V=E-IR 使真空容器中Ar气的压力保持 一定，并逐渐提高两个电极之间的 电压。在开始时，电极之间几乎没 有电流通过，因为这时气体原子大 多仍处于中性状态，只有极少量的 电离粒子在电场的作用下做定向运 动，形成极为微弱的电流，即图(b)中曲线的开始阶段所示的那样。
图1 直流气体放电 随着电压逐渐地升高，电离粒子的运动速度也随之加快，即电流随电压上升而增加。当这部分电离粒子的速度达到饱和时，电流不再随电压升高而增加。此时，电流达到了一个饱和值（对应于图曲线的第一个垂直段）。 当电压继续升高时，离子与阴极之间以及电子与气体分子之间的碰撞变得重要起来。在碰撞趋于频繁的同时，外电路转移给电子与离子的能量也在逐渐增加。一方面，离子对于阴极的碰撞将使其产生二次电子的发射，而电子能量也增加到足够高的水平，它们与气体分子的碰撞开始导致后者发生电离，如图(a)所示。这些过程均产生新的离子和电子，即碰撞过程使得离子和电子的数目迅速增加。这时，随着放电电流的迅速增加，电压的变化却不大。这一放电阶段称为汤生放电。 在汤生放电阶段的后期，放电开始进入电晕放电阶段。这时，在电场强度较高的电极尖端部位开始出现一些跳跃的电晕光斑。因此，这一阶段称为电晕放电。 在汤生放电阶段之后，气体会突然发生放电击穿现象。这时，气体开始具备了相当的导电能力，我们将这种具备了一定的导电能力的气体称为等离子体。此时，电路中的电流大幅度增加，同时放电电压却有所下降。这是由于这时的气体被击穿，因而气体的电阻将随着气体电离度的增加而显着下降，放电区由原来只集中于阴极边缘和不规则处变成向整个电极表面扩展。在这一阶段，气体中导电粒子的数目大量增加，粒子碰撞过程伴随的能量转移也足够地大，因此放电气体会发出明显的辉光。 电流的继续增加将使得辉光区域扩展到整个放电长度上，同时，辉光的亮度不断提高。当辉光区域充满了两极之间的整个空间之后，在放电电流继续增加的同时，放电电压又开始上升。上述的两个不同的辉光放电阶段常被称为正常辉光放电和异常辉光放电阶段。异常辉光放电是一般薄膜溅射或其他薄膜制备方法经常采用的放电形式，因为它可以提供面积较大、分布较为均匀的等离子体，有利于实现大面积的均匀溅射和薄膜沉积。 2. 磁控溅射： 平面磁控溅射靶采用静止电磁场，磁场为曲线形。其工作原理如下图所示。电子在电场作用下，加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞。若电子具有足够的能量(约为30eV)。时，则电离出Ar+并产生电子。电子飞向基片，Ar+在电场作用下加速
第二章 薄膜制备的化学方法 薄膜制备的化学方法需要一定的化学反应，这种化学反应可以由热效应引起或者由离子的电致分离引起。在化学气相沉积和热生长过程中，化学反应是靠热效应来实现，而在电镀和阳极氧化沉积过程中则是靠离子的电致分离实现的。 与物理气相沉积相比，尽管化学方法中的沉积过程较为复杂，也较为困难，但是薄膜沉积所使用的设备一般比较简单，价格也较为便宜。 第一节 热氧化生长 在充气条件下，大量的氧化物、氮化物和碳化物薄膜可以通过加热基片的方式获得。如：室温下Al 基片上形成氧化铝膜。 图2-1 氧化铝薄膜热生长 热生长制备薄膜虽然不是一种常见技术，但是热生长在金属、半导体氧化物的研究比较广泛，特别是在电子器件的氧化物层的钝化作用。 1-热电偶 2-窄玻璃管 3-加热线圈 4-玻璃管 5-样品 6-出气口 8-进气口 图2-2 在空气和超热水蒸气下，薄Bi 膜氧化实验装置 Air Al Al 2O 3
第二节化学气相沉积 一、一般化学气相沉积反应 化学气相沉积过程主要有三个过程：在主气流区域，反应物从反应器入口到分解区域的质量输运；气相反应产生新的反应物（前驱体）和副产物；初始反应的反应物和生成物输运到衬底表面，这些组分在衬底表面的吸附；衬底表面的异相催化反应，形成薄膜；表面反应产生的挥发性副产物的脱附；副产物通过对流或扩散离开反应区域直至被排出。 图2-3 CVD技术沉积薄膜中的气体输运和反应过程 在薄膜沉积过程中可控制的变量有气体流量、气体组分、沉积温度、气压、真空几何构型。 图2-4CVD技术沉积薄膜中的可控变量 分类： CVD技术可按照沉积温度、反应器内的压力、反应器壁的温度和沉积反应的激活方式进行分类。 （1）按沉积温度：
第36卷，增刊 红外与激光工程 2007年6月V ol.36 Supplement Infrared and Laser Engineering Jun.2007 收稿日期：2007-04-30 基金项目：部委项目资助（6906005001，6906002043）；教育部“新世纪优秀人才支持计划”（NCET-05-0465）资助 一种高性能聚碳酸酯薄膜的制备及表征 季春玲1，张晓阳1，张 彤1，崔一平1，朱劲松2，周经纶2，范江峰2 （1.东南大学 电子科学与工程学院，江苏 南京210096；2.国家纳米科学中心，北京 100080） 摘要：研究了一种高性能聚碳酸酯（PC ）薄膜。将PC 粉末配成不同浓度的聚碳酸酯溶液，用旋转涂覆法在玻璃衬底上制备了均匀透明的聚碳酸酯薄膜，并对材料和薄膜的热性能及光学性能等分别进行了表征。对材料通过示差扫描量热法（DSC ）测得了玻璃化转变温度；对薄膜用紫外光谱法测量了吸收谱及光损耗，并用棱镜耦合仪测量了其折射率、膜厚及折射率随温度的变化；另外，还分析了不同实验条件对材料成膜性的影响。实验结果表明，这种新型聚碳酸酯材料具有高玻璃化温度和低吸收损耗等优点，适用于制作光波导器件芯层。 关键词：聚碳酸酯； 玻璃化温度； 旋转涂覆法 中图分类号：O484 文献标识码：A 文章编号：1007-2276(2007)增(激光)-0420-04 Fabrication and characterization of a high performance polycarbonate film JI Chun-ling 1, ZHANG Xiao-yang 1, ZHANG Tong 1, CUI Yi-ping 1, ZHU Jing-song 2, ZHOU Jing-lun 2, FAN Jiang-feng 2 (1.School of Electronic Science and Engineering,Southeast University, Nanjing 210096, China; 2.National Center for Nano Science and Technology, Beijing 100080, China) Abstract: A high performance polycarbonate(PC) thin film was investigated. The PC solutions with different concentration were spin coated to fabricate smooth PC films on glass substrate. Both the thermal and optical properties of this PC powder and film were characterized. The glass transition temperature (T g ) of this PC was measured by DSC. The absorption spectrum and thereafter optical loss for the PC films were determined by spectrum analyzer. The films refractive index, thickness, and d n /d t were analyzed by prism coupler. Besides, the influence of the spin coating conditions on the film properties was also investigated. By the characterization, this novel PC material exhibit high T g and low optical loss, which indicates it is promising to fabricate the core layer for optical waveguide devices. Key words: Polycarbonate; Glass transition temperature; Spin coating 0 引 言 目前，低损耗，高性能的聚合物光波导材料是国内外研究的热点。聚合物材料被认为是实现集成光器件的重要材料，可广泛应用于光通信，光电、热电转 换器件，方向耦合器，非线性光学等领域[1-3]。聚合物材料的优势在于其低损耗，高性能，聚合物薄膜在多种衬底比如玻璃、硅片及InP 上的成膜性都很好。用于集成光学的材料必须有高透明度，好的化学、物理性能，高的机械强度以及良好的热稳定性。
实验磁控溅射法制备薄膜 材料 The final edition was revised on December 14th, 2020.
实验4 磁控溅射法制备薄膜材料 一、实验目的 1. 掌握真空的获得 2. 掌握磁控溅射法的基本原理与使用方法 3. 掌握利用磁控溅射法制备薄膜材料的方法 二、实验原理 磁控溅射属于辉光放电范畴，利用阴极溅射原理进行镀膜。膜层粒子来源于辉光放电中，氩离子对阴极靶材产生的阴极溅射作用。氩离子将靶材原子溅射下来后，沉积到元件表面形成所需膜层。磁控原理就是采用正交电磁场的特殊分布控制电场中的电子运动轨迹，使得电子在正交电磁场中变成了摆线运动，因而大大增加了与气体分子碰撞的几率。用高能粒子(大多数是由电场加速的气体正离子)撞击固体表面(靶)，使固体原子(分子)从表面射出的现象称为溅射。 1. 辉光放电： 辉光放电是在稀薄气体中，两个电极之间加上电压时产生的一种气体放电现象。溅射镀膜基于荷能离子轰击靶材时的溅射效应，而整个溅射过程都是建立在辉光放电的基础之上的，即溅射离子都来源于气体放电。不同的溅射技术所采用的辉光放电方式有所不同，直流二极溅射利用的是直流辉光放电，磁控溅射是利用环状磁场控制下的辉光放电。 如图1（a）所示为一个直流气 体放电体系，在阴阳两极之间由电 动势为的直流电源提供电压和电 流，并以电阻作为限流电阻。在电 路中，各参数之间应满足下述关 系： V=E-IR 使真空容器中Ar气的压力保 持一定，并逐渐提高两个电极之间 的电压。在开始时，电极之间几乎 没有电流通过，因为这时气体原子 大多仍处于中性状态，只有极少量 的电离粒子在电场的作用下做定向运动，形成极为微弱的电流，即图(b)中曲线的开始阶段所示的那样。 图1 直流气体放电 随着电压逐渐地升高，电离粒子的运动速度也随之加快，即电流随电压上升而增加。当这部分电离粒子的速度达到饱和时，电流不再随电压升高而增加。此时，电流达到了一个饱和值（对应于图曲线的第一个垂直段）。 当电压继续升高时，离子与阴极之间以及电子与气体分子之间的碰撞变得重要起来。在碰撞趋于频繁的同时，外电路转移给电子与离子的能量也在逐渐增加。一方面，离子对于阴极的碰撞将使其产生二次电子的发射，而电子能量也增加到足够高的水平，它们与气体分子的碰撞开始导致后者发生电离，如图(a)所示。这些过
实验一磁控溅射法制备薄膜材料 一、实验目的 1、详细掌握磁控溅射制备薄膜的原理和实验程序； 2、制备出一种金属膜，如金属铜膜； 3、测量制备金属膜的电学性能和光学性能； 4、掌握实验数据处理和分析方法，并能利用 Origin 绘图软件对实验数据进行处理和分析。 二、实验仪器 磁控溅射镀膜机一套、万用电表一架、紫外可见分光光度计一台；玻璃基片、金属铜靶、氩气等实验耗材。 三、实验原理 1、磁控溅射镀膜原理 （1）辉光放电 溅射是建立在气体辉光放电的基础上，辉光放电是只在真空度约为几帕的稀薄气体中，两个电极之间加上电压时产生的一种气体放电现象。辉光放电时，两个电极间的电压和电流关系关系不能用简单的欧姆定律来描述，以气压为1.33Pa 的 Ne 为例，其关系如图 5 -1 所示。 图 5-1 气体直流辉光放电的形成 当两个电极加上一个直流电压后，由于宇宙射线产生的游离离子和电子有限，开始时只有很小的溅射电流。随着电压的升高，带电离子和电子获得足够能量，与中性气体分子碰撞产生电离，使电流逐步提高，但是电压受到电源的高输
出阻抗限制而为一常数，该区域称为“汤姆森放电”区。一旦产生了足够多的离子和电子后，放电达到自持，气体开始起辉，出现电压降低。进一步增加电源功率，电压维持不变，电流平稳增加，该区称为“正常辉光放电”区。当离子轰击覆盖了整个阴极表面后，继续增加电源功率，可同时提高放电区内的电压和电流密度，形成均匀稳定的“异常辉光放电”，这个放电区就是通常使用的溅射区域。随后继续增加电压，当电流密度增加到～0.1A/cm 2时，电压开始急剧降低，出现低电压大电流的弧光放电，这在溅射中应力求避免。 （2）溅射 通常溅射所用的工作气体是纯氩，辉光放电时，电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片。氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，这些被溅射出来的原子具有一定的动能，并会沿着一定的方向射向衬底，从而被吸附在衬底上沉积成膜。这就是简单的“二级直流溅射”。 （3）磁控溅射 通常的溅射方法，溅射沉积效率不高。为了提高溅射效率，经常采用磁控溅射的方法。磁控溅射的目的是增加气体的离化效率，其基本原理是在靶面上建立垂直与电场的一个环形封闭磁场，将电子约束在靶材表面附近，延长其在等离子体中的运动轨迹，提高它参与气体分子碰撞和电离过程的几率，从而显著提高溅射效率和沉积速率，同时也大大提高靶材的利用率。其基本原理示意见图 5-2。 图 5-2 磁控溅射镀膜原理 磁控溅射能极大地提高薄膜的沉积速度，改善薄膜的性能。这是由于在磁控
2008年1月25日第25卷第1期 通信电源技术 Telecom Power Technol ogies Jan .25,2008,Vol .25No .1 收稿日期:2007209225 作者简介:王世成(19812),男,江苏盐城人,北京科技大学硕士研究生,主要研究方向为功能材料,薄膜太阳能电池。 文章编号:100923664(2008)0120066203设计应用 C I GS 太阳能电池缓冲层ZnS 薄膜的制备与表征 王世成1,杨永刚1,果世驹1,倪沛然2 (1.北京科技大学材料学院,北京100083;2.无锡爱芯科微电子有限公司,江苏无锡214028) 摘要:以硫酸锌、 (NH 4)2S 2O 3混合溶液为前驱体溶液,加入少量的柠檬酸钠和丙三醇为络合剂和分散剂,采用化学浴沉积法在玻璃衬底上成功制备了表面均匀的ZnS 薄膜。研究了沉积时间和退火时间对ZnS 薄膜质量的影响,并运用扫描电镜(SE M )、X 射线衍射(XRD )、紫外2可见光光度计对薄膜进行分析和表征。结果表明:在沉积时间为90m in,退火温度为200℃时制得的薄膜性能较好,晶体结构为纤锌矿结构。制备的薄膜透过率(λ>400n m )约为80%,薄膜的禁带宽度约为3.75e V 。通过添加少量的分散剂丙三醇可以改善ZnS 薄膜质量。退火温度为300℃,薄膜表面形貌均匀致密。 关键词:ZnS 薄膜;化学浴沉积法;X 射线衍射;紫外2可见光光度计中图分类号:T M 341 文献标识码:A Preparati on and Characterizati on of ZnS Buffer Layers for Cu (I n,Ga )Se 2Thin Fil m Solar Cells WANG Shi 2cheng 1 ,Y ANG Yong 2gang 1 ,G UO Shi 2ju 1 ,L I Pei 2ran 2 (1.University of Science and Technol ogy,Beijing 100083,China; 2.W uxi A sic M icr o Electr onics Co .L td .,W uxi 214028,China ) Abstract:ZnS thin fil m s were p repared on glass sides by che m ical bath depositi on (CBD ),using zinc sulfate and (NH 4)2S 2O 3as p recurs or aqueous s oluti ons,a little a mount of s odiu m citrate is used as comp lexing agent and glycer ol as dis perse agent, the surfaces of deposited thin fil m s were homogeneous .The quality of ZnS fil m s f or med at vari ous depositi on ti m es and anneals te m 2peratures is studied .The p r operties of ZnS thin fil m s were investigated by SE M 、XRD 、UV 2V is s pectra .The results of analyses show that α2ZnS structure thin fil m s with better quality can be fabricated at anneal temperature of 200℃and depositi on ti m e of 90m in .Trans m issi on measure ments show that the op tical trans m ittance is about 80%when the wavelength is over 400n m.The band gap (Eg )value of the deposited fil m is about 3.75e V.It is f ound that a little a mount of glycer ol can i m p r ove the quality of ZnS fil m s .ZnS fil m s are unifor m ity and compact when anneal te mperature is 300℃. Key words:ZnS thin fil m s;chem ical bath depositi on (C BD );XRD;UV 2V is s pectra 0 引 言 ZnS 是具有3.65e V 禁带宽度的本征半导体 [1] 。兼有闪锌矿(面心立方结构即β2ZnS )和纤锌矿(六方 结构即α2ZnS )两种结构[2] 。在铜铟镓硒(简称C I GS ) 电池中充当缓冲层,是制作薄膜太阳电池的优良材料。 目前在太阳能薄膜电池中广泛应用的缓冲层是硫化镉(CdS )。但是作为过渡层的CdS 薄膜,在制备过程中涉及到有毒的Cd 离子,所以需要寻找一种具有同等性能且无毒的材料来代替CdS 薄膜。目前已经有报道[3] ,C I GS/ZnS 异质结结构的太阳电池的转换效率已 达到18.6%[4] ,所以ZnS 薄膜有望取代CdS 。 本文采用廉价的、适用于大面积沉积薄膜的技术———化学浴沉积法(Che m ical Bath Depositi on 2CBD )制备ZnS 薄膜。采用化学浴沉积法沉积ZnS 缓冲层,一般使用氨水以及氨水和水合肼作为Zn 离子的络合 剂。本文探索了采用硫酸锌、 (NH 4)2S 2O 3为主要试剂制备ZnS 薄膜,用(NH 4)2S 2O 3作为硫源的还没有见到报道。利用SE M 、XRD 和紫外2可见光透射谱研究了制备过程中沉积时间以及退火时间对薄膜的结构、形貌以及光学性能的影响。 1 实验方法 本实验选用了纳钙玻璃为衬底,将衬底分别在丙酮、酒精和去离子水中超声30m in 。用量筒量取一定体积预先配制好的0.5mol/L 的ZnS O 4?7H 2O 溶液和0.5mol/L 的(NH 4)2S 2O 3溶液;加入烧杯中,持续搅拌,加入一定体积浓度的柠檬酸钠溶液,作为络合剂和缓冲剂。用恒温磁力搅拌器不停地搅拌,再加入一定体积的丙三醇作为分散剂,此时溶液变清。将水浴锅调到合适温度,将经过预处理的玻璃衬底垂直放入烧杯中。在烧杯口处盖上表面皿以防止试剂的挥发流失,开始沉积薄膜,经过预定时间的沉积,将样品取出后,用去离子水冲去膜表面的固体沉淀粒子,干燥后得到能用于测量表征的ZnS 薄膜。在氮气气氛的保护下,将薄膜置于电阻炉中进行退火处理。用R igaku 、D /MAX 2RB 型X 2射线衍射仪分析薄膜晶体类型和物 ? 66?
摘要 本文简要介绍薄膜的基本概况，分类，以及纳米复合薄膜的发展。纳米复合薄膜材料由于具有传统复合材料和现代纳米材料两者的优点，正成为纳米材料的重要分支而越来越引起广泛的重视和深入的研究。本文全面介绍了纳米复合薄膜的发展历史、制备方法、薄膜性能及其应用前景，并重点介绍一种研究应用比较广泛的纳米复合薄膜---TiO2／SiO2二元氧化物薄膜的制备，并通过X射线衍射分析，扫描电镜，透射电镜等一系列分析手段对它进行表征。 关键词 薄膜纳米复合空气-水面薄膜 TiO2/SiO2二元氧化物薄膜 1.薄膜简介 1.1薄膜的定义 薄膜是一种用塑料、胶粘剂、橡胶或其他材料制成的薄而软的透明薄片，它在受到光照时可以发生干涉。薄膜可以是透明固体、液体或由两块玻璃所夹的气体薄层。入射光经薄膜上表面反射后得第一束光，折射光经薄膜下表面反射，又经上表面折射后得第二束光，这两束光在薄膜的同侧，由同一入射振动分出，是相干光，属分振幅干涉。若光源为扩展光源（面光源），则只能在两相干光束的特定重叠区才能观察到干涉，故属定域干涉。对两表面互相平行的平面薄膜，干涉条纹定域在无穷远，通常借助于会聚透镜在其像方焦面内观察；对楔形薄膜，干涉条纹定域在薄膜附近。
1.2等倾干涉和等候干涉 薄膜上、下表面反射(或折射)光束相遇而产生的干涉称为等倾干涉．薄膜通常由厚度很小的透明介质形成．如肥皂泡膜、水面上的油膜、两片玻璃间所夹的空气膜、照相机镜头上所镀的介质膜等．比较简单的簿膜干涉有两种，一种称作等厚干涉， 这是由平行光入射到厚度变化均匀、折射率均匀的薄膜上、下表面而形成的干涉条纹．薄膜厚度相同的地方形成同条干涉条纹，故称等厚干涉．牛顿环和楔形平板干 涉都属等厚干涉．另一种称做等倾干涉．当不同倾角的光入射到折射率均匀，上、 下表面平行的薄膜上时，同一倾角的光经上、下表面反射(或折射)后相遇形成同一条干涉条纹，不同的干涉明纹或暗纹对应不同的倾角，这种干涉称做等倾干涉．等倾 干涉一般采用扩展光源，并通过透镜观察． 把两块干净的玻璃片紧紧压叠，两玻璃片间的空气层就形成空气薄膜．用水银 灯或纳灯作为光源，就可以观察到薄膜干涉现象．如果玻璃内表面不很平，所夹空 气层厚度不均匀，观察到的将是一些不规则的等候干涉条纹，常是一些不规则的同 心环．若用很平的玻璃片(如显微镜的承物片)则会出现一些平行条纹．手指用力压紧玻璃片时，空气膜厚度变化，条纹也随之改变．根据这个道理，可以测定平面的平 直度．测定的精度很高，甚至几分之一波长那么小的隆起或下陷都可以从条纹的弯 曲上检测出来．若使两个很平的玻璃板间有一个很小的角度，就构成一个楔形空气 薄膜，用已知波长的单色光入射产生的干涉条纹，可用来测很小的长度．利用薄膜干涉还可以制造增透膜。在照相机、放映机的透镜表面上涂上一层透 明薄膜，能够减少光的反射，增加光的透射，这种薄膜叫做增透膜。平常在照相机 镜头上有一层反射呈蓝紫色的膜就是增透膜。 1.3薄膜的分类 薄膜的品种分类没有统一的规定。通常人们习惯的分类方式有以下三种： (1)按薄膜成型所用原料分类：有聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚氯乙烯膜和聚酯 薄膜等。 (2)按薄膜用途分类：有农用薄膜（这里根据农膜的具体用途，又可分为地膜和 大棚膜）；包装薄膜(包装膜按其具体用途，又可分为食品包装膜和各种工业制 品用包装膜等)及用于特殊环境、具有特殊用途的透气薄膜，水溶薄膜及具有压 电性能的薄膜等。 (3)按薄膜的成型方法分类：有挤出塑化、然后吹塑成型的薄膜，称为吹塑薄膜；经挤出塑化，然后熔融料从模具口流延成型的薄膜，称为流延薄膜；在压延机上 由几根辊筒辗压塑化原料制成的薄膜，称为压延薄膜。
提拉法制备T i O 薄膜 2 一、实验目的 1. 了解溶胶-凝胶法（Sol-gel method）的原理和特点； 2. 掌握提拉法制备TiO2薄膜的方法。 二、实验原理 1. 溶胶-凝胶法概述 溶胶-凝胶法就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。溶胶-凝胶法可以在低温下制备高纯度、粒径分布均匀、化学活性大的单组分或多组分分子级纳米催化剂，透明且稳定，本实验采用溶胶-凝胶法来制备纳米二氧化钛薄膜材料。目前利用溶胶凝胶技术制备薄膜的方法主要有3种：提拉法、旋涂法、层流法，这3种方法各有其特点。其中提拉法和旋涂法较为常用，可根据衬底材料的尺寸与形状以及对所制薄膜的要求而选择不同的方法。采用这几种方法制备纳米薄膜时，凝胶膜都是由于溶剂的快速蒸发而不是由于缩聚反应的不断进行形成的。然后再根据需要加热处理凝胶膜，即可得到所要求的薄膜材料。本实验选取提拉法。 2.溶胶-凝胶法的原理 本实验制备溶胶所用的原料为钛酸丁脂(TBOT,AR.溶剂)、蒸馏水、无水乙醇(AR.先驱体)以及硝酸。反应物为Ti(O-C4H9)4和水，分相介质为C2H5OH，使Ti(O-C4H9)4在C2H5OH中水解生成Ti(OH)4，脱水后即可获得TiO2。在后续的热处理过程中，只要控制适当的温度条件和反应时间，就可以获得金红石型和锐钛型二氧化钛。 钛酸丁脂总水解反应表示为下式，水解产物为含钛离子溶胶。
薄膜制备实验指导书 实验一磁控溅射法制备金属薄膜 一、实验目的 1、了解磁控溅射实验原理 2、学会操作磁控溅射仪 3、了解影响薄膜质量的因素 二、基本原理 1、薄膜制备过程 溅射沉积是一种物理气相沉积法，利用带有电荷的离子在电场中加速具有一定动能的特点，将离子引向欲被溅射的靶材。溅射过程是轰击粒子与靶原子之间能量传递的结果。在轰击离子能量合适的情况下，在与靶材表面的原子碰撞过程中，靶材表面原子将获得足够的动能脱离固体表面，这些溅射出来的靶材原子带有一定的动能沿着一定的发向射向衬底，从而实现在衬底上薄膜的沉积（如图1）。在上述过程中，离子的产生过程与等离子体的产生或气体的辉光放电过程密切相关。 图1 气体辉光放电需要的击穿电压： log bd pL V L p b ∝+ 其中，p ——腔体压力，L ——电极间距，b ——常数。 发生溅射需要超过一个阈值能量，当能量较小时发生反弹或表面吸附，而能量较大时，会发生离子注入。溅射过程中激发产生的二次电子可进一步与气体原子碰撞，引发电离或辉光， 几种常用气体的电离能见表格1 表格1
对于以氩离子做为入射离子的情况，入射能量略大于阈值时，产额随能量的平方增加；超过100eV,随能量线性增加；超过750eV,产额将略有增加；1000eV时产额最大（如图2）。选择不同的电离原子，产额有所差异，其中稀有气体有较大的溅射产额。 图2对不同材料溅射产额与垂直入射氩离子的离子能 图345keV离子射向银，铜和钽靶时，溅射产额与轰击离子原子序数的函数关系 所谓磁控溅射，就是通过在靶材的周围和后面设置磁场，限制二次电子于靶前面，增加轰击率和电离速率，提高溅射效率。
实验二等离子体增强化学气相沉积制备薄 膜
实验二 等离子体增强化学气相沉积制备薄膜 实验目标 1．了解等离子体增强化学气相沉积（PECVD ）制备薄膜的基本原理。 2．了解等离子体增强化学气相沉积（PECVD ）制备薄膜的实验流程。 一．实验原理 1、化学气相沉积(CVD)原理 化学气相沉积是通过一定能量(热、等离子体、光、超声等)激发含有构成薄膜元素的气态前驱物(一种或多种化合物以及单质)经过一定的化学反应而在基片上形成固态薄膜。 CVD 工艺（以硅烷气体(SiH 4)分解形成多晶硅为例）：如图1所示一个简单的反应器，具有一个管道，管道壁温度维持在Tw ，单个基片放置在管道中央的加热基座上，基座温度为Ts ，通常保持Ts>>Tw 。，假设 气体从左到右通过管道流动。当硅烷接近热基座时就开始分解，所以硅烷 的浓度将沿着管道长度方向降低，从而导致淀积速率沿着管道长度也存在梯度。为改善沉积均匀性，可引入惰性气体，使之硅烷混合，作为携带气体。另外还引入稀释气体。通常用做硅烷稀释剂的是分子氢(H 2)。通常采用低浓度的反应气体(H 2中含1％SiH 4)，在腔体中保持气流的运行足够缓慢，使得反应腔中的压力可认为均匀的。 对于硅烷，所发生的总反应应该是： 42SiH (g)Si(s)+2H (g) 如果这种反应是在基片上方的气体中自发地发生，称为同质过程(homogeneous process)。 一般说来，化学气相沉积过程包括以下几步(以硅烷分解形成多晶硅为例)：(1) 反应气体从腔体入口向基片附近输运；2) 这些气体反应生成系列次生 图1 简单的原型热CVD 反应器