第5章 气相沉积技术
1.气相沉积技术及分类
利用气相中发生的物理、化学过程，在固体材料表面形成功能性或装饰性的金属、非金属或化合物覆盖层的工艺称为气相沉积。气相沉积技术是一种发展迅速、应用广泛的表面成膜技术，自从20世纪70年代以来，薄膜技术和薄膜材料的发展突飞猛进，成果累累，已经
电阻加热蒸镀
感应加热蒸镀
电子束蒸镀
激光束蒸镀
磁控溅射离子镀 反应真空蒸镀
电弧蒸镀
空心阴极等离子电子束蒸镀 真空蒸镀
（EPVD）
溅射镀 热阴极等离子电子束蒸镀
空心热阴极离子镀
(H.C.D) 热阴极离子镀
电弧离子镀
活性反应离子镀
(A.R.E)
射频离子镀
(R.F.I.P) 直流放电离子镀
团束离子镀 二级溅射镀
射频磁控溅射镀 三级与四级溅射镀
磁控溅射镀
离子溅射镀
反应溅射镀
偏压溅射离子镀
不对称交流溅射镀 离子镀
(PAPVD)
CVD 气相沉积 PVD
PCVD 常压CVD
低压CVD
激光CVD
有机化合物CVD
射频PCVD
直流PCVD
射频直流PCVD
脉冲PCVD
微波PCVD 离子束蒸镀
图5-1 气相沉积分类及方法 成为当代真空技术和材料科学中最活跃的研究领域。
气相沉积可分为物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，PVD）、化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）和兼有物理和化学沉积方法特点的等离子化学气相沉积（PCVD），其分类及主要方法见图5-1。
PVD与CVD特性比较见表5-1。PVD沉积温度低，覆层的特性及厚度、结构和组成可以控制；CVD法具有设备简单、操作方便、绕镀性好、结合力强的优点，但由于沉积温度高，造成被处理工件力学性能下降，工件畸变增大等问题。PVCD技术能够克服PVD和CVD存在的固有弊病，又能兼有两者优点，沉积温度低，绕镀性好，可方便地调节工艺参数，控制覆层厚度与组织结构，能获得致密均匀、性能稳定的多层复合膜及多层梯度复合膜。近年来，受到人们的广泛重视，现已进入实用化商品化时期，具有广阔的应用前景。
I 摘 要 层状过渡金属二硫族化合物是一种由过渡金属原子和硫族原子形成的具有类石墨烯结构的准二维材料。其中，2H相的层状过渡金属二硫化物是学术研究的热潮，其结构特点是由过渡金属和硫族元素各自组成的两种六边形格子套构而成，最终共价地形成了两层硫族元素夹一层过渡金属的三明治结构，具有六方对称性。研究表明，与零禁带宽度的石墨烯不同，许多典型的二维过渡金属二硫族化合物具有一个1.5-2.7eV的禁带宽度，因此在电子器件和光致发光方面都具有重要的应用前景。在本文中，我们将以典型的2H相层状二硫化物MoS2和WS2作为研究对象，利用化学气相沉积生长方法制备薄层MoS2和WS2，并利用金刚石对顶砧高压技术分别对体材料和单层MoS2及WS2的晶格结构和激子发光特性进行调制，探讨压力调控下结构和发光性质的变化，主要获得以下三个方面的实验结果： （1）使用化学气相沉积方法时，过渡金属三氧化物相对于硫的局部蒸汽分压大小对外延生长十分重要。高温会破坏成核反应和外延生长。α-蓝宝石界面与2H过渡金属二硫族化合物晶体结构接近，有利于成核和外延生长。氢气有助于还原过渡金属三氧化物，增大薄层的外延生长面积。 （2）体相MoS2在高压下出现平面内E2g2振动模式劈裂，表征体材料发生层间滑移，对应2Hc到2Ha的一级相变。在氧化硅片基底上，单层MoS2在高压下出现平面内振动E’和平面外振动A1’ 模式的劈裂，单层WS2出现非拉曼活性的平面外振动B模式，并且与A1’模式一样发生劈裂，证明单层内晶格发生扭曲。在金刚石砧面上，单层WS2无模式劈裂，表征晶体结构扭曲来自基底形变。 （3）单层MoS2和WS2的1s态A激子荧光在压力下蓝移，发光强度变弱。根据单层WS2的高压吸收光谱分析得到高压下光学带隙变大，自旋轨道耦合相互作用几乎不变。结合其荧光峰强度和吸收强度变化分析，得到高压下库伦作用加强，出现中性到负电激子的转化机制。 关键词： 化学气相沉积，高压物理，拉曼散射光谱，荧光及吸收光谱，激子，二硫化钼，二硫化钨。
常用热处理的分类
1 表面淬火
表面淬火是将钢件的表面层淬透到一定的深度，而心部分仍保持
未淬火状态的一种局部淬火的方法。表面淬火时通过快速加热，使
刚件表面很快到淬火的温度，在热量来不及穿到工件心部就立即冷
却，实现局部淬火。
表面淬火的目的在于获得高硬度，高耐磨性的表面，而心部仍然保
持原有的良好韧性，常用于机床主轴，齿轮，发动机的曲轴等。
表面淬火采用的快速加热方法有多种，如电感应，火焰，电接触，
激光等，目前应用最广的是电感应加热法。
2 表面淬火和回火
将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度的适当温度，保温
一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理工艺。或将
淬火后的合金工件加热到适当温度，保温若干时间，然后缓慢或快
速冷却。一般用以减低或消除淬火钢件中的内应力，或降低其硬度
和强度，以提高其延性或韧性。
3 物理气相沉积
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。
4 化学气相沉积
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。与之相对的是物理气相沉积（PVD）。
整体热处理
1 退火
退火是一种金属热处理工艺，指的是将金属缓慢加热到一定温
度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却。目的是降低硬度，改善
切削加工性；消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细
1 第一章
1.碳还原法制取铁粉的过程机理是什么？影响铁粉还原过程和铁粉质量的因素有哪些？
答：铁氧化物的还原过程是分段进行的，即从高价氧化铁到低价氧化铁，最后转变成金属：Fe2O3→Fe3O4→Fe。固体碳还原金属氧化物的过程通常称为直接还原。当温度高于570°时，分三阶段还原：Fe2O3→Fe3O4→浮斯体（FeO·Fe3O4固溶体）→Fe
3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2 Fe3O4+CO=3FeO+CO2 FeO+CO=Fe+CO2 当温度低于570°时，由于氧化亚铁不能稳定存在，因此，Fe3O4直接还原成金属铁 Fe3O4+4CO=3Fe+4CO2
影响因素：（1）原料①原料中杂质的影响②原料粒度的影响 （2）固体碳还原剂①固体碳还原剂类型的影响②固体还原剂用量的影响（3）还原工艺条件①还原温度和还原事件的影响②料层厚度的影响③还原罐密封程度的影响（4）添加剂①加入一定的固体碳的影响②返回料的影响③引入气体还原剂的影响④碱金属盐的影响⑤海绵铁的处理
制取铁粉的主要还原方法有哪些？比较其优缺点。
2、发展复合型铁粉的意义何在？
答：高密度、高强度、高精度粉末冶金铁基零件需要复合型铁粉。所谓复合型粉末是指用
气体或液体雾化法制成的完全预合金粉末、部分扩散预合金粉末以及粘附型复合粉末。
还原法制取钨粉的过程机理是什么？影响钨粉粒度的因素有哪些？
氢还原。总的反应式：WO3+3H2====W+3H2O。钨具有4种比较稳定的氧化物W03+0.1H2====W02.9+0.1H20 W02.9+0.18H2 ==== W02.72+0.18H20
W02.72+0.72H2 ====W02+0.72H2O WO2+2H2 ====W+2H2O
影响因素：⑴原料：三氧化钨粒度、含水量、杂质⑵氢气：氢气的湿度、流量、通气方向⑶还原工艺条件：还原温度、推舟速度、舟中料层厚度⑷添加剂
