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电化学沉积法制备薄膜材料ppt-课件

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薄膜的沉积技术汇总PPT教学课件

薄膜的沉积技术汇总PPT教学课件
2、在Si的（111）晶面上外延生长GaAs,由于第一层拥有五个价电子的As原子 不仅将使Si晶体表面的全部原子键得到饱和，而且As原子自身也不再倾向 于与其他原子发生键合。这有效地降低了晶体的表面能，使得其后的沉积 过程转变为三维的岛状生长。
3、在层状外延生长表面是表面能比较高的晶面时，为了降低表面能，薄膜力 图将暴露的晶面改变为低能面，因此薄膜在生长到一定厚度之后，生长模 式会由层状模式向岛状模式转变。
2020/10/16
7
2、层状生长（Frank-van der Merwe)模式：
被沉积物质的原子更倾向于与衬底原子键合，即被沉 积物质与衬底之间浸润性很好，因此，薄膜从形核阶 段开始即采取二维扩展模式，沿衬底表面铺开。
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8
3、层状-岛状(Stranski-Krastanov)生长模式： 最开始一两个原子层厚度的层状生长之后，生长模式转化为岛
7.5.1 离子束溅射沉积（IBSD）
有两个独立的离子束源（双离子束沉积）：一个离 子束源射向靶产生溅射材料，持续薄膜的沉积；另 一个聚焦于基片提供辅助离子，帮助形成较好的膜 特性。
7.5.2 离子束辅助沉积（IBAD）：在气相沉积的同时， 进行离子束轰击混合以改善薄膜性能的方法。
2020/10/16
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7.6 脉冲激光沉积（激光烧蚀）：
工作原理：是一种利用激光对物体进行轰击，然后将轰击出来 的物质沉淀在不同的衬底上，得到沉淀或者薄膜的一种手段。
PLD一般可以分为以下四个阶段： 1. 激光辐射与靶的相互作用 2. 熔化物质的动态 3. 熔化物质在基片的沉积 4. 薄膜在基片表面的成核（nucleation）与生成
2020/10/16
4
2、薄膜生长阶段

薄膜材料制备的PVD法PPT课件

薄膜材料制备的PVD法PPT课件

.
离子镀膜
29
零件镀膜：（1）机械零件镀TiN镀膜层（2）电气零件——在 金属材料上镀SiO2，Al2O3等，用于制作各种电工零件和电子 零件。（3）光学零件——在玻璃上镀SiO2，TiO2等镀膜层， 用于制作各种光学零件。
其他：在铀表面镀一层铝，应用于原子能工业中的原子反应堆 ；制成碳化硼薄膜，可应用与制作声学器件。
+
真空度1-几百 Pa
放电气体：Ar
只适用于导体
.
溅射镀膜
18
磁控溅射镀膜
与直流溅射相似，不同之处在于阴极靶的后面设置磁场 ，磁场在靶材表面形成闭合的环形磁场，与电场正交。
磁场之作用： ① 等离子束缚在靶表 面
② 电子作旋进运动， 使原子电离机会增加， 能量耗尽后落在阳极， 基片温升低、损伤小
.
Vacuum sputtering
磁控溅射镀膜磁控溅射镀膜20常用直流磁控溅射可做铝薄膜tio2膜溅射镀膜溅射镀膜21高频溅射镀膜高频溅射镀膜采用高频电压绝缘体靶表面上的离子和电子的交互作用靶表面丌会积累正电荷可以维持辉光放电22活性气体混入放电气体中可以控制膜的组成和性质反应溅射镀膜反应溅射镀膜溅射镀膜溅射镀膜等气氛中进行反应溅射镀膜可以在各种工件上镀cr425840hvcrccrn10003500hv可代替电镀cr
.
26
（2）多弧离子镀
多弧离子镀是采用电弧放电的方法，在固体的阴极靶材上 直接蒸发金属，装置无需熔池，原理如图所示。电弧的引燃 依靠引弧阳极与阴极的触发，弧光放电仅仅在靶材表面的一 个或几个密集的弧斑处进行。
特 点：直接从阴极产生等离 子体，不用熔池，阴极靶可 根据工件形状在任意方向布 置，使夹具大为简化。
19
常用直流磁控溅射 可做 铝薄膜、TiO2膜

化学气相沉积(CVD)原理及其薄膜制备ppt课件

化学气相沉积(CVD)原理及其薄膜制备ppt课件

精选ppt
21
X.M. Meng et al. / Vacuum 82 (2008) 543–546
MOCVD制备FeSn合金薄膜
➢ anticorrosion protection ➢ solar energy devices ➢ magnetic tape
Reactor: cold-wall lamp-heated MOCVD (0.06 Torr) Substrate: n-type Si (100) wafer (300–420 ℃) Precursor: CpFe(CO)2(SnMe3)
APCVD制备MoSe2薄膜
➢ solid-state lubricant ➢ cathode material for high energy density batteries ➢ one of the most efficient systems for electrochemical solar energy conversion
沉
质量输运控制
气
积
体
温
流
度
速
的
的
影 热力学控制
影
响
动力学控制 响
精选ppt
12
CVD技术分类(沉积过程能量提供方式)
热活化CVD (conventional CVD, low pressure CVD) 等离子体增强CVD (plasma enhanced CVD) 光CVD (photo-assisted CVD) 原子层沉积 (atomic layer epitaxy) 金属有机CVD (metal-organic CVD) 脉冲注入金属有机CVD (pulsed injection MOCVD) 气溶胶CVD (aerosol assisted CVD) 火焰CVD (flame assisted CVD ) 电化学CVD (electrochemical VD) 化学气相渗透 (chemical vapor infiltration) 热丝CVD (hot-wire CVD)

薄膜的制备工艺ppt课件

薄膜的制备工艺ppt课件
➢ ⑤制备纳米结构薄膜材料； ➢ ⑥用料省，成本较低。
24
2.3.2溶胶－凝胶方法制备薄膜工艺
有机途径
通过有机金属醇盐的水解与缩聚而形成溶 胶。在该工艺过程中，因涉及水和有机物， 所以通过这种途径制备的薄膜在干燥过程 中容易龟裂（由大量溶剂蒸发而产生的残 余应力所引起）。客观上限制了制备薄膜 的厚度。
① 由单个的 原子、离子、原 子团无规则地入 射到基板表面， 经表面附着、迁 徙、凝结、成核、 核生长等过程而 形成的一薄层固 态物质。
Vacuum Thin Film
Atom
Substrate
3
②夹在两个平行平面间的薄层。
上平面：空气
固体膜、液体膜
下平面：固体表面、液体表面、空气
4
③ 采用特定的制备方法在基板表面上生长得到的 一薄层固态物质 。
只要是气相沉积，其基本过程都包括三个步骤；
提供气相镀料；镀料向所镀制的工件（或基片） 输送；镀料沉积在基片上构成膜层。
17
2.2.1金属有机化学气相沉积MOCVD
又称金属有机气相外延（Metal organic vapor phase epitaxy, MOVPE ），它是利用有机金属热分解进 行气相外延生长的先进技术，目前主要用于化合 物半导体（III－V簇、II－VI簇化合物）薄膜气相
光CVD、热丝CVD
化学镀(CBD)、电镀(ED)、溶胶-凝胶（Sol-
液 Gel）、金属有机物分解（MOD）、液相外 相 延（LPE）、水热法（hydrothermal 法 method）、喷雾热解(spray pyrolysis)、喷
雾水解(spray hydrolysis)、LB膜及自组装
(self-assemble)

7薄膜的沉积技术汇总PPT课件

7薄膜的沉积技术汇总PPT课件
应用：沉积超导体、石墨和电子光学材料。
7.7 高密度等离子辅助沉积（HDPAD）：适用于大长宽比的沟槽 和通孔。
工艺特点：在同一个反应腔中同步的进行淀积和刻蚀的工艺。
应用：金属前绝缘层，金属间绝缘层，浅槽隔离。
2020年9月28日
16
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
7.8金属有机化合物化学气相沉
（MOCVD） 是在气相外延生长(VPE)的基础
灯丝材料的选择：用铱代替首选的钨
缺点：蒸发在低真空条件下，造成蒸发期间蒸发粉 的气体成分太高。
2020年9月28日
12
7.3 PVD--溅射
适应于沉积所有材料：金属、合金、半导体 和绝缘材料。
定义：具有一定能量的入射离子对固体表面 轰击时，入射离子在与固体表面原子的碰撞 过程中发生能量和动量的转移，并可能将固 体表面的原子溅射出来。
状模式。 根本的原因：归结为薄膜生长过程中各种能量的相互消长。
2020年9月28日
9
三种不同薄膜生长模式的示意图：
2020年9月28日
10
三、导致生长模式转变的三种物理机制
1、虽然开始时的生长是外延式的层状生长，但是由于薄膜与衬底之间晶格常 数不匹配，因而随着沉积原子层的增加，应变能（应力）逐渐增加。为了 松弛这部分能量，薄膜在生长到一定厚度之后，生长模式转化为岛状模式。
① 反应物分子通过输运和扩散到衬底表面。
② 反应物分子吸附在衬底表面。
③ 吸附分子间或吸附分子与气体分子间发生化学反 应，形成晶核
④ 晶核生长-----晶粒聚结----缝道填补-----沉积膜成
长。 2020年9月28日
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7.5 离子束沉积
离子束加工的物理基础是离子束射到材料表面时所 产生的三个效应，即撞击效应，溅射效应和注入效 应。

《薄膜CVD技术》PPT课件

《薄膜CVD技术》PPT课件
艺作用
是一种近于电中性的半导体材料； 与Si的界面上的界面态少；
有独特机理的表面钝化作用： a）表面离子沾污的静电屏蔽
30
b）提高器件的耐压水平
利用SIPOS膜的微弱导电性，p+区所加的负电位传 到n区的表面；与SiO2膜中的正电荷作用相反， 这种负电位使Si表面附近的电子浓度减少，从 而使耗尽区的表面电场被削弱。
Metal
Film deposited with PECVD creates pinch-off at the entrance to a gap resulting in a void in the gap fill.
1) Ion-induced deposition of film precursors Cap
物，并沉积在衬底表面（或原子迁移到晶格 位置）
5）反应副产物分子从衬底表面解吸 6）副产物分子由衬底表面外扩散到主气流
中，然后排出沉积区
10.1.2. Grove模型 和质量附面层模型 Grove模型 : F1=hG(CG-CS) F2=kSCS G=F/m =[kShG/(kS+hG)](CT/ m)Y
之一。
24
25
氮化硅有结晶化形和无定形两种 在器件中常希望无定形氮化硅（？）
用反应溅射法等物理方法和低温CVD法 可以制备无定形氮化硅膜，但以CVD为好。
（？）
常用PECVD法： 3SiH2Cl2+7NH3——Si3N4+3NH4Cl+HCl+6H2
用SiH2Cl2比用SiH4生长的膜致密。
26
8
CVD原理的特点？
10.2. CVD反应室
气相沉积的反应控制模式主要为质量输运 控制和表面反应控制。

用化学气相沉积CVD法制备薄膜材料PPT课件


2HgS
(
s)
2I
2
(
g
Hale Waihona Puke )T2 T12Hg
(
g
)
S2
(
g
)
第11 11页/共41页
等离子体增强反应：
在低真空条件下，利用RF、MW或ECR等方法实现气体辉光放电在沉积反 应器中产生等离子体。由于等离子体中正离子、电子和中性反应分子相互 碰撞，可以大大降低沉积温度。例如硅烷和氨气的反应在通常条件下，约 在850℃左右反应并沉积氮化硅，但在等离子体增强反应的条件下，只需在 350℃左右就可以生成氮化硅。
LPCVD是在压力降低到大约100Torr(1Torr=133.332Pa)以下的一种CVD反应。 由于低压下分子平均自由程增加，气态反应剂与副产品的质量传输速度加快，
从而使形成沉积薄膜材料的反应速度加快，同时气体分布的不均匀性在很短 时间内可以消除，所以能生长出厚度均匀的薄膜。
第15 15页/共41页
衬底硅片放在保持 400℃的履带上，经过 气流下方时就被一层 CVD薄膜所覆盖。
履带式常压CVD装置
第24 24页/共41页
各个反应器之间相互隔离利用机器手在 低压或真空中传递衬底硅片。因此可以 一次连续完成数种不同的薄膜沉积工作。
对于硬质合金刀具 的表面涂层常采用 这一类装置，它的 优点是与合金刀具 衬底的形状关系不 大，各类刀具都可 以同时沉积，而且 容器很大，一次就 可以装上千的数量。
（b）是一种平行板结构 装置。衬底放在具有温控 装置的下面平板上，压强 通常保持在133Pa左右， 射频电压加在上下平行板 之间，于是在上下平板间 就会出现电容耦合式的气
体放电，并产生等离子体
(a)是一种最简单的 电感耦合产生等离子 的PECVD装置，可以 在实验室中使用 。

薄膜材料及其制备-PPT课件

22
磁控反应溅射
三、化学气相沉积-CVD
1. 基本原理特点 在一定温度条件下，利用气态先驱反应物，通过化学反应或与金属 表面发生作用，在基体表面形成金属或化合物等固态膜或镀层。 采用相应的化学反应及外界条件（温度、气体浓度、压力等），可 制备各种薄膜。 单质、氧化物、硅化物、氮化物等。 气体压力大，利于提高沉积速度 固体电子器件所需的各种薄膜 轴承和工具的耐磨涂层 发动机或核反应堆部件高温防护涂层 复杂件表面均匀涂覆 薄膜种类、范围广 薄膜成分易控制 效率高、运行成本低
●
24
还原反应 某些元素的卤化物、羟基化合物、卤氧化物等虽然也可以气态形式 存在，但它们具有相当的热稳定性，因而需要采用适当的还原剂才能 将这些元素置换、还原出来。取决于系统自由能
●
如： SiCl4 (g)+2H2=Si(s)+4HCl (g) WF6 (g)+3H2=W(s)+6HF(g)
(1200℃) (300℃)
在同一蒸发沉积装置中可以安置多 个坩埚，可同时或分别蒸发和沉积多 种不同物质。
10
装置中，由加热的灯丝发射出的电子束受到数千伏的偏置电压的加 速，并经过横向布置的磁场偏转270°后到达被轰击坩埚处。磁场偏转 法可避免灯丝材料的蒸发对于沉积过程可能造成的污染。 其缺点是电子束的绝大部分能量要被坩埚的水冷系统带走。因而其热 效率较低；另外，过高的加热功率也会对整个薄膜沉积系统形成较强的 热辐射。
既可用直流，又可用交流。缺点是 放电过程中容易产生微米级电极颗粒 的飞溅，影响被沉积薄膜的均勾性。
12
激光蒸发装置 使用高功率激光束作为能源进行薄膜的蒸发沉积。显然，也具有 加热温度高，可避免坩埚污染，蒸发速率高，蒸发过程容易控制等 特点。多用波长位于紫外波段的脉冲激光器作为蒸发光源。

薄膜材料与技术08级第2章薄膜沉积的化学方法幻灯片


2 薄膜沉积的化学方法
2.2 化学气相沉积（CVD）
2.2.1 CVD的主要化学反应类型
Thin Film Materials & Technologies
热 解还 原氧 化置 换歧 化输 运 反 应反 应反 应反 应反 应反 应
二、还原反应：薄膜由气体反应物的还原反应产物沉积而成。
优、缺点：设备简单、成本较低、甚至无需真空环境即可进行；
化学制备、工艺控制复杂、有可能涉及高温环境。
气相反应热 化 方生 学 法长 气相C 沉V积 ） D（
分
类：液相反应电 溶 L 方 -B化 液 法 技学 化 术沉 学 电 阳 积 溶 化 反 镀 极胶 学 应 氧凝 镀 化 胶本 法章内C容V以 为 D 主
热生长氧 － 化 B2O 铋 i3 薄膜 蒸汽作
－ B2O i3
调节氧
生长与沉积的区别：生 沉长 积 消 覆耗 盖基 基体 体（ （部 薄分 膜 为 全基 物 薄 外体 质 膜 来转 完 ） ）
西安理工大学
Xi'an University of Technology
-3-
薄膜材料与技术
材料科学与工程学院 2008©
2）存在基片-气氛、设备-气氛间反应，影响基片及设备性能及寿命； 3）设备复杂，工艺控制难度较大。
化学反应的主控参数：设 气备 体参 参数 数： ：真 流 、 、空 量 基 温室 、 片 度构 组 放 、型 分 置 分及 压 。回 。 。转 。 。。 方式
主要应用场合： 半 表导 面体 处 半 换 工 理 高 装 导 能 业 技 硬 饰 体 器 术 耐 膜 T、 件 i磨 层 N T介 膜 Ii、 I膜 ： C 电 -IV T 电 层 族 层 i池 、 N膜 ： S I、 IS ： 非 iV 膜 C 层 i太 族 I晶 ， ： 阳 等 成 能 半 本 导体薄膜

电子薄膜技术PPT课件


17
Changes brings challenges:
Safer, easier, more comfortable, more economy, more happiness.
绪论
18
第18页/共37页
Challenge means opportunity
How can we make devices more
静电复印鼓用seteseteas合金薄膜及非晶硅薄绪论32铁电存储器绪论33课程教学内容绪论34化学镀电镀solgelmod液相外延水热法喷雾热解喷雾水解lb膜pvdcvd常压cvd低压cvd金属有机物cvd等离子体cvd光cvd热丝cvd真空蒸发evaperation溅射sputtering离子镀ionplating绪论35第一章真空技术基础第二章薄膜的物理气相沉积i蒸发法第三章薄膜的物理气相沉积ii溅射法及其他pvd方法第四章薄膜的化学气相沉积第五章化学溶液沉积法制备薄膜第六章薄膜生长过程和薄膜结构第七章薄膜材料的表征方法第八章薄膜材料及其应用绪论36ybco薄膜形貌绪论37在材料科学的各分支中薄膜材料科学发展的地位极为重要
绪论
3
4. 《Material Scienc第e3页o/共f 3T7页hin Films －
第一堂课主要内容
✓ 课程情况介绍 ✓ 课程考核方式 ✓ 薄膜材料的定义 ✓ 薄膜技术的发展 ✓ 课程教学内容
绪论4第4页/共3源自页课堂要求1、上课时必须将手机关机或静音；
2、上课不允许讲话，不允许做与本课程无关的事；
3、有事提前向老师请假（开假条），课上随机点名；
4、上课请杜绝睡觉；
5、如果出现破坏教学恶劣的行为立即上报系或者学
校给予处理；
6、上课不需要带电脑！
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在阳极反应中，金属在适当的电解液中 作为阳极，金属或石墨作为阴极。当电流 通过时，金属阳极表面被消耗并形成氧化 涂层，也就是氧化物长在金属阳极表面。
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2.4、阳极反应沉积薄膜材料举例 1）F M Nazar等人以金属钨为阳极基片， 以0.4mol/L KNO3和0.04mol/L HNO3水溶液为 电解质溶液，沉积出了氧化钨薄膜。
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3、电化学沉积的方法
恒电流法和恒电压法 单槽法和双槽法
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3.1、恒电流法和恒电压法 电沉积方法制备薄膜按其所用电能的供给 方式可分为恒电流法和恒电压法。 恒电流法是采用恒电流电解，此法数学模 型的理论分析较为简单。但是，恒电流法 电解时，电极电位容易受外界影响而波动， 因而得不到均匀的镀层，采用恒电压法可 以避免上述问题。
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• 电化学沉积是指在电场作用下，在一定的
电解质溶液（镀液）中由阴极和阳极构成 回路，通过发生氧化还原反应，使溶液中 的离子沉积到阴极或者阳极表面上而得到 我们所需镀层的过程。镀层可以是薄膜也 可以是涂层。
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电化学沉积法 制备薄膜材料及其研究进展
胡宝云 李嘉胤 田鹏 王文静
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恒电压法是将电解时的电极电压恒定在某 一值，使镀液中一种金属离子发生电化学还 原而析出；当电极电压恒定在另一值时，镀 液中另一种金属离子还原析出。如此交替改 变电压，以形成金属多层膜。
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3.2、单槽法和双槽法 按沉积设备不同，电沉积方法分为双槽法、 单槽法。双槽法是在含有不同电解质溶液的 电解槽中交替电镀得到多层膜的方法。 现在，多层膜的制备大都采用单槽法。单槽 法是将两种或几种活性不同的金属离子以合 适的配比加入到同一电解液中，控制沉积电 位或电流，使其在一定范围内周期性变化， 得到成分和结构周期性变化的膜层。
电化学沉积的特点
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1.1、电化学沉积的优点 1）可在各种结构复杂的基体上均匀沉积；适
用于各种形状的基体材料，特别是异型结 构件； 2）电化学沉积通常在室温或稍高于室温的条 件下进行，因此非常适合制备纳米构； 3）控制工艺条件(如：电流，溶液pH值，温 度，浓度，组成，沉积时间等)可精确控制 沉积层的厚度，化学组成和结构等；
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2.3、阳极氧化沉积机理 阳极沉积一般在较高的pH值的溶液中进行， 一定的电压下溶液中的低价金属阳离子在 阳极表面被氧化成高价阳离子，然后高价 阳离子在电极表面与溶液中的OH-生成氢氧 化物或羟基氧化物，进一步脱水生成氧化 物薄膜。
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2、电化学沉积机理分析
阴极还原. Logo
2.1、阴极还原沉积机理 阴极沉积是把所要沉积的阳离子和阴离子
溶解到水溶液或非水溶液中，同时溶液中 含有易于还原的一些分子或原子团，在一 定的温度、浓度和溶液的pH值等实验条件 下，控制阴极电流和电压就可以在电极表 面沉积出所需的薄膜。
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2.2、阴极反应沉积薄膜材料举例 1）以ITO玻璃为阴极，以石墨为阳极，以 1.0gCdCl2和0.6g硫粉溶于二甲基硫氧化物 中的溶液作为电解液，获得了CdS薄膜。 2）以不锈钢为基片，以一定摩尔浓度的 硫酸铜、乳酸和氢氧化钠溶液为电解液， 得到了Cu2O薄膜。
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2) G F Pastore以金属铝为阳极基片，电 解液为硼酸胺，用0.2mol/L H3PO4调至 pH=9.0，用NaOH调Ph=7.6，得到了氧化铅薄 膜。
3) S B Saidman，J R Vilche以金属镉为 阳极基片，以0.01mol/L NaOH+ymol/L Na2S （0≤y≤0.03）和xmol/L NaOH+ 0.01mol/L Na2S（0.01≤x≤1） 为电解液，得到了硫化 镉薄膜。
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主要内容
• 1、电化学沉积法简介 • 2、电化学沉积机理分析 • 3、电化学沉积方法分类 • 4、电化学沉积的电解质体系 • 5、电化学沉积的影响因素 • 6、电化学沉积法制备的薄膜的特性
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1、电化学沉积简介
电化学沉积是一种液相方法，通过电化学沉 积技术在材料表面获得具有多种功能的膜层， 是一种历史较长、工艺相对成熟的表面处理 技术，金属电化学沉积在19世纪早期就已出 现。
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4）电化学沉积的速度可由电流来控制，电流 越大，沉积速度越快；
5）电化学沉积是一种经济的沉积方法，设备 投资少，工艺简单，操作容易，环境安全， 生产方式灵活适于工业化大生产。
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1.2、电化学沉积法的缺点 用电沉积法制备理想的、复杂组成的薄膜 材料较为困难。另外，对于基体表面上晶 核的生成和长大速度不能控制，制得的化 合物半导体薄膜多为多晶态或非晶态，性 能不高。