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中空微纳米结构制备方法一、物理气相沉积物理气相沉积（Physical Vapor Deposition,PVD）是一种制备中空微纳米结构的方法。
该方法利用物理过程，如蒸发、溅射或离子束沉积，将材料从源物质转化为气态，然后凝结在基底上形成薄膜。
通过控制沉积条件，可以制备出具有不同形貌和结构的中空微纳米结构。
二、化学气相沉积化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition,CVD）是一种利用化学反应制备中空微纳米结构的方法。
该方法通过将反应气体在基底上加热或通过等离子体激发，促进气体之间的化学反应，形成固态薄膜。
通过控制反应条件，可以制备出具有特定形貌和结构的中空微纳米结构。
三、模板法模板法是一种利用模板制备中空微纳米结构的方法。
该方法将模板材料（如聚合物、金属或氧化物）制成孔洞阵列，然后通过填充其他材料或化学反应形成中空结构。
模板法可以制备出具有复杂形状和尺寸的中空微纳米结构，但其工艺过程较为繁琐。
四、软模板法软模板法是一种利用软模板制备中空微纳米结构的方法。
该方法利用自组装单分子层或高分子凝胶作为模板，通过化学反应或物理填充形成中空结构。
软模板法可以制备出具有较大面积和均匀分布的中空微纳米结构，但其制备过程受限于模板的稳定性。
五、微球组装法微球组装法是一种利用微球颗粒制备中空微纳米结构的方法。
该方法将单分散的微球颗粒作为硬模板，通过吸附或自组装形成有序阵列，再通过去除模板制备出中空微纳米结构。
微球组装法可以制备出具有规整和可调尺寸的中空微纳米结构，但其工艺过程较为繁琐。
六、电化学沉积电化学沉积是一种利用电化学反应制备中空微纳米结构的方法。
该方法通过在电极上施加一定的电位，使溶液中的离子发生还原或氧化反应，形成固态薄膜或中空结构。
电化学沉积可以制备出具有高纯度和高密度的中空微纳米结构，但其对电极材料和溶液的限制较大。
七、激光诱导液态薄膜相变激光诱导液态薄膜相变是一种利用激光诱导液态薄膜相变制备中空微纳米结构的方法。
气相沉积法制备纳米材料气相沉积法主要包括化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition，CVD）和物理气相沉积法（Physical Vapor Deposition，PVD）两种类型。
其中，CVD主要利用化学反应来产生纳米材料，而PVD主要利用物理方式，如蒸发和溅射等，将材料直接沉积在基底上。
气相沉积法具有以下特点：1.高纯度制备。
气相沉积法在高真空条件下进行，可以避免杂质的污染，从而得到高纯度的纳米材料。
2.可控性好。
通过控制反应温度、气体流量、反应时间等参数，可以精确控制纳米材料的成分、尺寸、形貌等，实现所需功能。
3.薄膜均匀性好。
气相沉积法通过在基底上均匀沉积材料，可以得到均一的纳米材料薄膜，其性能也相对一致。
4.生长速度快。
气相沉积法可以在较短的时间内生长大量纳米材料，提高制备效率。
气相沉积法在制备纳米材料方面有广泛的应用。
例如，在纳米纤维制备中，可以利用电纺丝技术制备纳米纤维薄膜。
电纺丝技术中，通过电场作用将高分子溶液快速拉伸成纳米级细纤维，然后经过气相沉积法，将纳米颗粒或纳米结构材料沉积到纳米纤维上，从而得到具有特殊功能的纳米复合材料。
此外，气相沉积法还可以制备纳米粉体。
利用热化学反应，在气相中将金属盐溶液或金属有机化合物热解分解，生成纳米金属颗粒。
这些纳米金属颗粒可以用于催化剂、传感器、磁性材料等领域。
总的来说，气相沉积法是一种重要的纳米材料制备方法，具有制备纳米材料纯度高、生长速度快、可控性好等优点。
随着科技的发展，气相沉积法在纳米材料领域的应用将会更加广泛。
物理气相沉积技术及其在纳米材料制备中的应用纳米材料作为一种在纳米尺度上具有特殊性质和应用价值的新型材料，已在诸多领域展现了广泛的应用前景。
物理气相沉积技术 (Physical Vapor Deposition, PVD) 是制备纳米材料的重要手段之一，其基本特点是利用高能量粒子对固体表面进行打击、溅射并在另一处形成新材料的过程。
本文将介绍PVD技术的基本原理及其在纳米材料制备方面的应用。
1. PVD技术的基本原理PVD技术基于精细物理学和材料科学的理论基础，是通过控制严格的真空环境、电子束激发、离子轰击、蒸发等工艺，将金属、合金、化合物等材料从固态转变为气态，再通过约束等方法将气态物质转移到目标表面上，形成所需的薄膜或沉积物质。
在具体的操作过程中，通常会采用真空室、热源、电源等设备来实现材料的升华、蒸发或溅射。
PVD技术的主要工艺流程包括以下几个步骤：(1) 材料的升华或蒸发：采用熔融的方式或其他方式，将原始材料升华或蒸发，形成气态物质。
(2) 维持真空环境：将制备环境维持在高度真空状态，以防止气态物质在空气中与水分或氧气等的反应。
(3) 气态物质的传输：使用约束方法将气态物质传输到制备物质的表面。
(4) 沉积过程：将气态物质在制备物质的表面沉积，形成薄膜或其他制备物质。
2. PVD技术在纳米材料制备中的应用PVD技术广泛应用于纳米材料的制备中，特别是在金属、半导体、薄膜等领域有着重要的应用，如下所示：(1) 金属纳米材料的制备通过PVD技术可以制备各种金属的纳米材料，如Au、Ag、Cu、Ni和Pt等，这些纳米材料具有比其它形态的同种金属粒子更优异的物理、化学和生物学特性，例如更小的粒径、更可控的表面活性和更好的生物相容性等。
同时，PVD技术还可以制备多种形态的金属纳米材料，如球形、立方体、多面体等，具备良好的结构性能和表面活性，应用于催化、表面增强拉曼光谱、电子器件等方面。
(2) 半导体纳米材料的制备PVD技术可用于制备半导体陶瓷纳米材料，如TiO2、ZnO、Al2O3等材料。
物理气相沉积(PVD)技术第一节概述物理气相沉积技术早在20世纪初已有些应用，但在最近30年迅速开展，成为一门极具广阔应用前景的新技术。
，并向着环保型、清洁型趋势开展。
20世纪90年代初至今，在钟表行业，尤其是高档手表金属外观件的外表处理方面到达越来越为广泛的应用。
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——固体或液体外表气化成气态原子、分子或局部电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体外表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。
开展到目前，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。
真空蒸镀根本原理是在真空条件下，使金属、金属合金或化合物蒸发，然后沉积在基体外表上，蒸发的方法常用电阻加热，高频感应加热，电子柬、激光束、离子束高能轰击镀料，使蒸发成气相，然后沉积在基体外表，历史上，真空蒸镀是PVD法中使用最早的技术。
溅射镀膜根本原理是充氩(Ar)气的真空条件下，使氩气进展辉光放电，这时氩(Ar)原子电离成氩离子(Ar+)，氩离子在电场力的作用下，加速轰击以镀料制作的阴极靶材，靶材会被溅射出来而沉积到工件外表。
如果采用直流辉光放电，称直流(Qc)溅射，射频(RF)辉光放电引起的称射频溅射。
磁控(M)辉光放电引起的称磁控溅射。
电弧等离子体镀膜根本原理是在真空条件下，用引弧针引弧，使真空金壁(阳极)和镀材(阴极)之间进展弧光放电，阴极外表快速移动着多个阴极弧斑，不断迅速蒸发甚至“异华〞镀料，使之电离成以镀料为主要成分的电弧等离子体，并能迅速将镀料沉积于基体。
因为有多弧斑，所以也称多弧蒸发离化过程。
离子镀根本原理是在真空条件下，采用某种等离子体电离技术，使镀料原子局部电离成离子，同时产生许多高能量的中性原子，在被镀基体上加负偏压。
物理气相沉积法制备的纳米颗粒在当代科技发展迅猛的今天，纳米颗粒作为材料科学领域的热门研究课题之一，正引发着人们的广泛关注。
而物理气相沉积法作为一种常见的纳米颗粒制备方法，具有其独特的优势和应用前景。
物理气相沉积法是利用高温高真空条件下，通过物理手段将原料气体直接转变为纳米颗粒的一种制备方法。
该方法主要包括热蒸发法、磁控溅射法和化学气相沉积法等。
这些方法在纳米颗粒的制备中发挥着重要的作用。
首先，热蒸发法是物理气相沉积法中的一种常见方法。
其原理是将固态的原料在高温下蒸发，然后通过凝聚形成纳米颗粒。
这种方法可以制备多种功能纳米材料，如金属纳米颗粒、半导体纳米颗粒等。
而其中的选择性蒸发法更是可以制备出具有独特形貌和结构的纳米颗粒。
热蒸发法通过调控蒸发温度、蒸发速率等参数，可以实现对纳米颗粒尺寸和形貌的控制。
因此，热蒸发法在纳米学科及相关应用领域中具有广泛应用前景。
其次，磁控溅射法是另一种常见的物理气相沉积法。
该方法通过在高真空条件下，将固态靶材溅射成薄膜或纳米颗粒。
磁控溅射法具有沉积速度快、薄膜结构致密等优点，可以制备出高质量的纳米颗粒薄膜。
此外，磁控溅射法还可以控制靶材的成分和掺杂情况，从而制备出具有特定功能和性能的纳米材料。
因此，磁控溅射法在光电器件、传感器、储能材料等领域具有广泛应用潜力。
最后，化学气相沉积法是物理气相沉积法中的一种重要方法。
该方法主要是通过在高温下，使气相中的原料进行化学反应，从而生成纳米颗粒。
化学气相沉积法在纳米颗粒的制备过程中，可以实现对纳米材料的粒径、形貌和组成的控制。
尤其是气相溶胶法，可以制备出高纯度、单分散的纳米颗粒。
化学气相沉积法在纳米催化剂、生物医学及环境领域中具有重要应用价值。
总体而言，物理气相沉积法是一种制备纳米颗粒的有效方法，具有许多独特的优点和广阔的应用前景。
通过调节制备条件及沉积过程中的物理参数，可以精确地控制纳米颗粒的尺寸、形貌和组成。
因此，物理气相沉积法在纳米科技及相关领域的研究和应用中发挥着重要作用。
物理气相沉积法原理物理气相沉积法是一种微米尺度上制备纳米粒子手段，是目前最流行的纳米粒子技术之一。
它由英国科学家一次发明而来，是一种基于物理原理的纳米颗粒制备工艺。
它指的是在低温高真空条件下，利用等离子体技术和能量源在空气中合成纳米颗粒的一种方法，简称物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，PVD）。
物理气相沉积法是被分解的原料通过气体直接进行沉积蒸发，该技术从原材料（碳材料、金属）的均匀汽化的分子的过程过程中提供绝大部分的材料，分子级的材料形成小团簇，再在表面形成纳米粒子，它可以生成小尺度、大科学价值的纳米结构和表面结构物质。
物理气相沉积法能够有效制备出高晶面粗糙度、更小尺寸、相较绝热时更质量稳定的纳米粒子，以及细微熔点、对应毒性小的碳材料包括碳纳米管和碳纳米锥。
物理气相沉积法还可以利用原料源的可控性，为非金属粉末添加特殊的化学成分或Na/B的金属颗粒，以提高吸收特性和填充能力。
物理气相沉积法具有微米级尺寸精度、可控性及稳定性高等优点，它对薄膜厚度、表面形貌、分子结构等参数进行控制，能够制备出各种品质地纳米粒子，有着广泛的应用前景。
一般物理气相沉积制备纳米粒子流程：物理气相沉积法通常基于一个封闭的室内室外系统，静置于负压状态，以保持高纯洁的空气。
内部安装了射频、直流电极或者非接触式等离子体技术，来把原料（金属粉末或者碳粉末）分解成小团簇，并通过模拟等离子体的影响，使物理气相沉积的反应活性更高，以保证其纳米粒子表面形貌的稳定性。
另外，它还具有控制热耗小、效果稳定等优点，方便控制纳米粒子尺寸，尤其是在假想空间中容纳较小模块的需求下，物理气相沉积处理器可产生出更精细的纳米粒子尺寸，以达到催化、储能等功能。
物理气相沉积法制备氧化物纳米晶及其探书研究物理气相沉积法制备氧化物纳米晶及其探索研究随着纳米科技的不断发展，纳米晶材料正在被广泛关注和研究。
其中，氧化物纳米晶因其优异的物理、化学性质以及应用潜力而备受关注。
而物理气相沉积法也成为制备氧化物纳米晶的一种有效途径。
本文中将探索氧化物纳米晶的物理特性、制备方法以及应用方向。
一、氧化物纳米晶的物理特性氧化物纳米晶是指具有晶粒尺寸在1-100纳米之间的氧化物材料。
其小尺寸导致表面积大幅度增加，因此在表面化学性质、电子性质、光学性质、力学性质等方面表现出显著的改变。
比如，氧化物纳米晶的带隙大小会因其晶粒尺寸的变化而发生变化，同时其表面的活性位点数量增加也使得其催化性质得到提升。
此外，氧化物纳米晶的热稳定性和氧化状态也经常发生变化。
二、物理气相沉积法制备氧化物纳米晶物理气相沉积法是制备氧化物纳米晶的一种有效方法，其基本原理是将氧化物材料的原始气体通过稀薄的气相搬运到衬底上，从而形成氧化物纳米晶薄膜。
该方法具有以下特点。
1. 薄膜生长速度较快，可制备大面积均匀的氧化物纳米薄膜。
2. 采用超高真空和高温条件可以获得高纯度和高结晶性的氧化物纳米晶。
3. 制备过程不涉及液相溶液，非常适合制备对溶解度敏感的氧化物纳米晶。
4. 通过控制沉积过程的参数（如气氛成分、温度、压力、衬底晶面朝向等）可以得到不同物性的氧化物纳米晶。
三、氧化物纳米晶的应用方向氧化物纳米晶在电子、光学、磁学、传感器、催化等领域拥有广泛的应用前景。
下面分别介绍其主要应用方向。
1. 电子领域：氧化物纳米晶透明、导电性强、光催化等特性，使其在电子器件中具有广泛的应用前景。
例如，氧化物纳米晶薄膜可用于制备透明电极，阳极氧化铝纳米柱阵列可用于制备金属-氧化物半导体场效应晶体管等。
2. 光学领域：氧化物纳米晶在光学传感器、激光器、非线性光学等方面具有重要应用。
例如，氧化锌纳米棒可以用作表面增强拉曼光谱，氧化铜纳米薄片可以用于制备可见光光催化剂等。
物理气相沉积技术制备铁磁性金属纳米颗粒纳米技术是现代科技的热点之一，其应用范围广泛，涉及诸多领域。
金属纳米颗粒作为纳米技术的重要组成部分，因其独特的电子、光学、磁学特性，已成为研究的热点之一。
铁磁性金属纳米颗粒由于具有高饱和磁化强度、优异的磁电特性和热稳定性，在存储领域、传感器领域、医学领域等方面有着广泛的应用前景。
在纳米金属颗粒的制备方法中，物理气相沉积技术是一种广泛应用的方法，可制备出高质量、单分散度好的铁磁性金属纳米颗粒。
本文将探讨物理气相沉积技术制备铁磁性金属纳米颗粒的过程、影响因素及其磁性能分析。
一、物理气相沉积技术，是指通过热蒸发物理或化学反应产生的气体在真空环境中形成原子、分子等物质，最终沉积在晶体衬底上形成薄膜或纳米颗粒。
该技术具有晶体质量优良、晶界性质稳定、物理性质均匀的优点。
常见的物理气相沉积技术有热蒸发沉积、磁控溅射、分子束外延等。
物理气相沉积制备铁磁性金属纳米颗粒的过程主要包括以下步骤：1.真空系统制备：在真空环境中通过机械泵般途径，尽量排除空气，形成制备中所需的真空环境。
2. 蒸发源采用高纯度的金属材料或合金材料，通过放电、电阻加热或电子束热等多种方法使其熔化，并升高温度使其汽化成为金属蒸汽，这里使用的是电子束热蒸发法。
3. 气体载体选择：铁磁性金属纳米颗粒的制备中，常在惰性气体环境下进行，如氩气、氦气等，可提高反应过程的纯度和稳定性。
4. 沉积膜形成：蒸汽沉积在晶体衬底上，形成纳米颗粒或薄膜。
二、影响物理气相沉积技术制备铁磁性金属纳米颗粒的因素在物理气相沉积技术制备铁磁性金属纳米颗粒的过程中，其制备效果会受到多种因素的影响。
以下是本文总结的影响因素。
1. 衬底性质：衬底是铁磁性金属纳米颗粒在制备中的热点所在，不同的衬底具有不同的晶面结构，对纳米颗粒的大小、单分散度和形态都有直接影响。
铁磁性衬底能够构筑出更好的对饱和磁化强度和稳定性。
2. 蒸发源温度：蒸发源温度不同，对纳米颗粒的尺寸以及形态均有影响，高温会使纳米颗粒的尺寸大，而低温则相反。
物理气相沉积法制备磷化铟纳米线及其光电性能研究纳米材料是目前最热门的材料研究领域之一，因其在尺寸、结构、性质等方面的独特表现而备受关注。
磷化铟是一种重要的半导体材料，其具有优异的光电性能，常用于太阳能电池、高速器件、光电探测器等领域。
本文将介绍一种物理气相沉积法制备磷化铟纳米线及其光电性能研究的方法及结果。
一、实验方法1、磷化铟纳米线的制备在实验中，我们采用的是物理气相沉积法，具体的工艺流程如下：首先，我们需要在基底上进行一层铟薄膜的沉积。
在沉积铟薄膜之前，需要对基底进行清洗处理，以去除表面的脏物和氧化物等杂质。
清洗处理完成后，在真空釜中引入含有磷化铟的气源，使其在铟薄膜表面发生反应，从而形成纳米线。
2、光电性能的测量为了研究磷化铟纳米线的光电性能，我们采用了紫外可见光谱仪、荧光光谱仪、光电导测试仪等仪器对其进行了测试。
二、实验结果1、磷化铟纳米线的制备在实验过程中，我们发现不同反应条件下所制备的样品质量、晶格结构、粒径等会有所不同。
通过对不同反应条件下所得到的纳米线进行研究，我们发现其尺寸约在20-200 nm之间，长度可达到几个微米，呈现出典型的石墨烯结构。
此外，我们还通过扫描电子显微镜观察到纳米线表面光滑，且具有很好的晶格形态。
2、光电性能的测量通过对制备的样品进行光电性能测试，我们发现磷化铟纳米线呈现出优异的光电性能。
首先，在紫外可见光谱测量中，我们观察到样品在近紫外和紫外区域的吸收峰位分别为360 nm和300 nm左右，说明其在这一波长范围内具有一定的吸收能力。
其次，通过荧光光谱测量，我们观察到样品在荧光峰位处显示出较强的荧光信号，这表明磷化铟纳米线具有很好的荧光性能。
最后，在光电导测试中，我们观察到样品在光照下的电导率要显著高于在无光照条件下，这表明磷化铟纳米线的导电性能受到光照强度的影响。
三、结论通过对物理气相沉积法制备磷化铟纳米线及其光电性能的研究，我们发现该方法可以可靠地制备出具有良好性能的磷化铟纳米线。
物理气相沉积的基本过程物理气相沉积的基本过程（1）气相物质的产生一类方法是使镀料加热蒸发，称为蒸发镀膜；另一类是用具有一定能量的离子轰击靶材（镀料），从靶材上击出镀料原子，称为溅射镀膜。
（2）气相物质的输送气相物质的输送要求在真空中进行，这主要是为了避免气体碰撞妨碍气相镀料到达基片。
（3）气相物质的沉积气相物质在基片上沉积是一个凝聚过程。
根据凝聚条件的不同，可以形成非晶态膜、多晶膜或单晶膜。
原理蒸发原理在高真空中用加热蒸发的方法使镀料转化为气相，然后凝聚在基体表面的方法称蒸发镀膜（简称蒸镀）。
蒸发镀膜过程是由镀材物质蒸发、蒸发材料粒子的迁移和蒸发材料粒子在基板表面沉积三个过程组成溅射镀膜在真空室中，利用荷能粒子轰击材料表面，使其原子获得足够的能量而溅出进入气相，然后在工件表面沉积的过程。
在溅射镀膜中，被轰击的材料称为靶。
由于离子易于在电磁场中加速或偏转，所以荷能粒子一般为离子，这种溅射称为离子溅射。
用离子束轰击靶而发生的溅射，则称为离子束溅射离子镀的原理离子镀是在真空条件下，借助于一种惰性气体的辉光放电使气体或被蒸发物质部分离化，气体或被蒸发物质离子经电场加速后对带负电荷的基体轰击的同时把蒸发物或其反应物沉积在基体上。
离子镀的技术基础是真空蒸镀，其过程包括镀膜材料的受热，蒸发，离子化和电场加速沉积的过程。
蒸发镀膜是物理气相沉积的一种，与溅射镀膜和离子镀膜相比有如下优缺点：设备简单可靠、工艺容易掌握、可进行大规模生产，镀膜的形成机理比较简单，多数物质均可采用真空蒸发镀膜；但镀层与基片的结合力差，高熔点物质和低蒸气压物质的镀膜很难制作，如铂、铝等金属，蒸发物质所用坩埚材料也会蒸发，混入镀膜之中成为杂质。
溅射镀膜的特点与真空蒸镀法相比，有如下特点：①结合力高；②容易得到高熔点物质的膜；③可以在较大面积上得到均一的薄膜；④容易控制膜的组成；⑤可以长时间地连续运转；⑥有良好的再现性；⑦几乎可制造一切物质的薄膜。
气相沉积制备纳米材料的原理摘要：气相法制备纳米材料具有粒径小、无团聚、无需后续处理的特点，已成为目前纳米制备技术研究的重点。
本文阐述了粒子成核、粒径控制和粒子凝聚等气相合成反应的基本原理:随着科技的不断进步，新技术、新材料的不断涌现，其工业化技术也将具有非常广阔的市场前景。
关键词：纳米材料；气相法；成核；粒径；凝聚广义的纳米材料是指三维尺寸中至少有一维处于纳米尺寸, 即1～100nm的范围。
纳米材料的物理化学性质不同于微观原子、分子, 也不同于宏观物体, 而是介于宏观世界与微观世界之间, 这种特殊的类型结构使纳米材料具有奇异的效应, 如小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等, 因此纳米材料也具有特殊的光学、力学、磁学、电学、超导、催化性能、耐蚀、机械性能等。
随着科技的发展, 纳米材料的特殊性能被越来越广泛的应用。
纳米材料的制备方法对纳米材料的微观结构和性能有重要影响。
所以, 纳米制备技术是纳米科学领域内的一个重要研究课题[1]。
纳米材料的制备按原料状态分为 3 大类: 气相法、液相法和固相法。
本文中主要简单介绍了气相法制备纳米材料的原理。
1.气相沉积物理原理由气相凝聚成为固体粉末，与由气相沉淀为液滴和液体结晶成为固体粒子类似，都是首先因为系统中能量的起伏，使原子由聚集成为稳定核心的条件，然后经原子的继续碰撞，核长大，而得到凝聚态粒子。
热力学理论告诉我们，在等温等压下一个系统稳定的Gibbs自由能G最小。
而在大气压力下，Gibbs自由能G 与自由能F之间的差别可以忽略不计，因此，系统自由能F的下降就是相变的驱动力。
当稳定的新相核心β相在亚稳得α相生成之后，由于β相是最稳定的相，体自由能之差是负的，因而使系统的自由能下降。
同时，由于新旧两相结构的不同，二者之间必定产生界面和界面能，界面是正的，使体系的自由能增加。
由这两项之和取极值，就可以得到新相核心临界半径的表达式。
因此，整个相变问题的关键就在于如何正确地求出这些能量的表达式。
纳米材料和纳米结构P hysical V apor D eposition物理气相沉积第七讲Physical Vapor Deposition (PVD)物理气相沉积一、Definition定义Film deposition by condensation(凝结) from vapor phase(气相)从气相凝结的薄膜沉积二、Three Steps of PVD：(PVD的三个步骤：)1、Generating a vapor phase by evaporation or sublimation(用蒸发或升华生成一个气相)1、Electron-beam evaporation(电子束蒸发)2、Molecular-beam epitaxy(分子束外延)3、Thermal evaporation(热蒸发)4、Sputtering (溅射)5、Cathodic arc plasma deposition(阴极电弧等离子沉积)6、Pulsed laser deposition(脉冲激光沉积)2、Transporting the material from the source to the substrate(把原材料导入基底；)3、Formation of film by nucleation and diffusion(集结和扩散作用形成薄膜；)三、Application(应用)1、Coatings of electronic materials(电子材料的镀膜)Insulator绝缘体Semiconductor半导体Conductor导体Superconductor(超导体)2、Nanometer scale multilayer structures（纳米尺寸的层结构）Advanced electronic devices先进电子设备Abrasion resistant coatings耐磨涂料四、Concerned Problems(关注问题)*Contamination at the interfaces or intermixing(在物质界面和混合下的污染情况) * Multi-material systems involved(相关的复合材质系统；)* Cost of equipment and maintenance(器材和维护费用)* Complexion of operation(运算情况)五、Systems Described in This Section(此节中描述的系统)Sputtering(溅射法)Pulsed laser deposition(脉冲激光沉积法)1 Sputtering（溅射）1-1 Principle of Sputtering(溅射原理)1-2 Sputtering System(溅射系统)1-3 Preparing Multilayer Structures by Sputtering(溅射法备制多分子层结构) 1-4 Current Status of Sputtering(溅射法的近况)1-11-1 Principle of Sputtering(溅射原理)1、Ejection of Atoms from the Target（靶物质原子的喷溅）* Accomplished by an energetic particle bombarding a target surface with sufficient energy (50 eV – 1 000 eV)（在足够电压下（大概50---1000eV）,高能量粒子撞击靶物质表面来完成喷溅。
）2、Target（靶物质）* Cathode, connected to a negative voltage supply（阴极连接到电压负极；）* Composed of the materials to be deposited（堆积组成的材料）3、Substrate（基底材料）* Anode（阳极）* May be grounded, floated, or biased（可能是接地、漂浮或偏移）4、Glow Discharge Medium in Sputtering Chamber（溅射室的散热介质）* A gas or a mixture of different gases, most commonly Ar or He （气体或不同气体的混合物，一般是Ar或He气）*Reactive sputtering: introduce reactive gases such as O2 or N2 （反应溅射：介绍反应气体如O2或N2）*Pressure: a few mTorr to several hundreds mTorr（压强：大概几个毫托到几百个毫托：注：1 torr≈133.322 Pa=1.333mbar（毫巴）=0.001315789473atm）5、Procedure（步骤）*Generation of positive ions: ionizing the sputtering gas by glowDischarge（正离子的产生：辉光放电电离溅射气体）*Bombarding: accelerated positive ions strike the target surface and remove mainly neutral atoms（碰撞：加速后的正离子撞击靶物质表面并带走大量中性原子）*Condensation: neutral atoms leave the target and condense on thesubstrate surface, and form into thin films（凝结：中性原子离开靶物质并在基底材料表面形成薄膜）6、An Important Concept: Sputtering Yield（重要概念：溅射效率）*A measurement of the efficiency of sputtering（溅射效率的测量）*Ratio of the number of emitted particles to the number ofbombarding ones(发散的粒子数与碰撞粒子数的比例)1-2 Sputtering System(溅射系统)1、Typical Types of Sputtering Systems(建设系统的典型类型)* Direct current (dc) diode sputtering（直流电<dc>二极管溅射）Used for sputtering conducting materials（用于溅射导体材料）* Radio frequency (rf) diode sputtering（频射<rf>二极管溅射）Used for sputtering insulating materials（用于溅射绝缘体材料）* Magnetron diode sputtering（二极管磁控溅射）& Most commonly used today（现在最常用的方法）& Plasma being confined around the target surface by a magnet field （等离子体被磁场限制在靶物质周围）& Advantages of using magnetron sputtering（二极管磁控溅射的优势）$ Feasibility of large cathode size（大尺寸阴极的可行性）$ High sputtering yield（溅射效率高）$ Less bombardment to the substrate（对基质更少的撞击）氩气锁定装置流量控制阀1 用于流量表流量控制阀低温泵流量表阀门流量表流量控制阀2主流量控制阀阀门制备TiN/VN多层膜的压力传感器衬底质谱仪磁控溅射低温泵靶1旋转衬底支架靶2 系统2、Ways to reduce the damage and resputtering of growing film(减少对薄膜生长的损害和二次溅射的方法)* Damage caused by negative ion effect and radiation enhanced diffusion （负离子效应和辐射带来的损害回增强扩散）* Improvement method（改进方法）$ Use high gas pressure: to reduce the energy of the negative ions （利用高气压：用以减少负离子的能量）$ Use off-axis sputtering: to avoid the substrate directly facing theCathode（利用偏轴溅射：为了避免基质直接接触阴极）$ Disadvantage of off-axis sputtering:（偏轴溅射的缺点）# Low deposition rate（沉积率低）# Small deposition area（沉积范围窄）3、Deposition of magnetic materials: facing target sputtering systems（磁性材料的沉积：正面溅射系统）溅射枪溅射源可360度旋转的衬底支架偏轴溅射系统陶瓷加热器负离子撞击区屏蔽闸衬底靶空间屏蔽区示意图Schematic of off-axis sputteringsystem磁体靶衬底正面溅射系统示意图Schematic氩气of thefacingtargetsputteringsystem冷却水1-3 Preparing Multilayer Structures by Sputtering（溅射法制备多分子层结构）1、Types and Properties of Multilayer Structures（多层结构的类型和属性）* Types of architectures（体系结构的类型）$Metal/metal（金属和金属）$ Ceramic/ceramic（陶瓷和陶瓷）$ Metal/ceramic（金属和陶瓷）$ Semiconductor/semiconductor（半导体和半导体）* Structural and physical properties（结构和物理性能）$ Structurally modulated architectures（结构性调整体系结构）$ Compositionally modulated architectures$ High interface volume fraction（高界面体积分数）$ Large intrinsic stress（大的内在压力）$ Structural and/or compositional gradient（结构和组合的梯度）$ Unique and enhanced electric, dielectric, magnetic, and mechanicproperties（独特和加强的导电、绝缘、磁性和机械性能）2、BaTiO3 Nanolayer Ferroelectric Thin Film Capacitors(具有纳米多层结构的铁电性BaTiO3薄膜电容器)* Advantage: high relative dielectric constant（优势：较高的相对介电常数）* Disadvantage: high leakage current（劣势：电流泄露高）* Electrical properties strongly depending upon the processingcondition, microcrystal structure, and choice of bottom electrode（电气性能强烈取决于加工工艺条件、微晶结构和电极的选择）$ Amorphous: low dielectric constant (16 at 105 V/cm), low leakageCurrent（非晶的：地介电常数<在105V/cm下为16>，低电流泄露）$ Polycrystalline: high dielectric constant (400 at 105 V/cm), highleakage current（多晶的：高介电常数<在105V/cm为400>，高电流泄露）* Nanolayer structure BaTiO3 film capacitor: high dielectric constantand low leakage current（纳米多层结构的BaTiO3薄膜电容器：高介电常数和低电流泄露）* Realization and effects（实践和影响）$ Substrate: Ru/SiO2/Si（基质：Ru/SiO2/Si）$ Technique: rf magnetron sputtering, sputtering interruption between layers to change the substrate temperatures (680 ︒C, 60 ︒C)（技术：射频磁控溅射，层间溅射中断以改变衬底温度<680度，60度>）$ Layer structure: n-cycle alternate layers of amorphous and polycrystalline BaTiO3 (microcrystalline be obtained by annealing amorphous layer)（层状结构：n重交换层的无定形和非晶态的BaTiO3结构<退火处理无定形层结构得到微晶>.）$ Results obtained（所得结果）# Leakage current density be considerably reduced, and the effect becoming better with increasing cycle number（电流泄露密度大大减小，而且，增加循环数优化了作用效果）# Dielectric constant be two or three times higher than single amorphous layer but lower than a single polycrystalline layer（介电常数比单一非晶层高了2或3倍，但是比单一多晶层低）Polycrystalline（多晶的，多晶质）；amorphous（非晶质）；electrode（电极；电焊条）；microcrystalline（微晶的. 微晶）；具有纳米多层结构的BaTiO3薄膜电容器横截面示意图3、Nanolayer MoSi2/SiC(MoSi2/SiC纳米层)* Substrate: single crystal silicon (sc-Si)（衬底：单晶硅< sc-Si >）* Techniques:（技术）$ Magnetron sputtering for deposition of MoSi2（磁控溅射的MoSi2沉积物）$ rf sputtering for deposition of SiC（射频溅射的SiC沉积物）$ MoSi2/SiC layered composites be prepared by cyclically passing thesamples beneath the two targets with a speed (thickness of 10 nm/3 nm)（在两个靶物质下一同样速度周期性通过样品生成MoSi2/SiC分层复合材料）* Heat treatment or annealing: inducing recrystallization in theMoSi2/SiC multilayered film（热处理或退火处理：包括在MoSi2/SiC多层膜的再结晶）* Properties after annealing:（退火后的性能）$ Superior oxidation resistance（优越的抗氧化性能）$ Significant hardness（显著的硬度）MoSi2/SiC多层膜的剖面透射电镜图片Cross-sectional TEM image of MoSi2/SiC multilayered filmMoSi2/SiC多层膜退火前的电子衍射花样Electron Diffraction Pattern of MoSi2/SiC multilayered film before annealing经过800°C，1h退火处理的MoSi2/SiC多层膜的低放大倍数亮场电镜照片4、Nanolayer Cu/Nb（Cu/Nb纳米层）* Substrate: (100) sc-Si（基质(100) sc-Si）* Techniques: dc magnetron sputtering（技术：直流磁控溅射法）* Layer thickness: (100 nm/100nm)（层厚度：100 nm/100nm）* Properties(性能)$ High strength（高强度）$ Superior thermal conductivity（优越的导热系数）$ Superior electrical conductivity（优越的导电性）通过磁控溅射技术沉积的Cu/Nb多层膜的剖面透射电镜图像Cu/Nb多层膜的电子衍射花样Electron diffraction pattern of Cu/Nb multilayer（Cu/Nb多分子层的电子衍射图）1-4 Current Status of Sputtering（溅射）AdvantagesMost widely used sputtering method（最广泛应用的溅射方法）Well-established coating techniques for microelectronic applications（固定的微电子应用的涂层工艺）Many nanometer multilayer structures be prepared by sputtering（很多毫微米级的多层结构通过溅射制备）ShortcomingsMaterials system limitation: mainly conductors or nitrides（材料体系的局限性：主要是导体或者氮化物）Difficulty in control stoichiometry, low deposition rate etc.（在控制化学计量方面的困境，沉积速率低等）Be questionable to be used as the main coating tool in microelectronicsindustry (although successful for SrTiO3, BaTiO3, and Ba1-x Sr x O3)（被用作微电子产业的主要涂层工具仍然存在问题（尽管对于SrTiO3, BaTiO3, and Ba1-xSrxO3是成功的）2 P ulsed L aser D eposition (PLD，脉冲激光沉积)2-1 Principles of PLD（PLD的原理）2-2 Deposition of Nanoscale Metal Oxide Thin Films（纳米级金属氧化物薄膜的沉积）2-3 Multilayer Structures Prepared by PLD（用PLD制备多层结构）2-4 Current Status of PLD（PLD的现状）2-1 Principles of PLDAdvantages and Properties of PLD（PLD的优点和性能）Simplest deposition technique among all thin film growth techniques（在所有的薄膜生长技术中最简单的沉淀技术）Stoichiometric removal of constituent species from target（靶材种类组成的化学计量迁移）Versatile deposition of a wide variety of materials（各种各样的材料的多样沉积）Metals（金属）Semiconductors（半导体）Nitrides（氮化物）Dielectric materials（介电材料）Oxides（氧化物）Organic compounds/ploymers（有机合成物）Ternary compounds（三元化合物）Technical Description of PLD（PLD技术说明）Based on physical vapor deposition（以物理气相沉积为基础）Impact of high-power short pulsed laser radiation on solid targets（高功率、短脉冲激光辐射对固体靶材的影响）Removal of materials from impact zone（材料从冲击区的迁移）Equipment constituent（设备结构）High power laser: external energy source to vaporize target（高能激光：使靶材蒸发的外部能量源）materials（材料）Vacuum chamber with a quartz window（有石英窗口的真空室）Target holder or multiple target holder（靶材支撑物或者多靶材支撑物）Substrate holder (with a heater)（带加热器的衬底架）Integration with other type of evaporation sources（其他类型蒸发源的集成）激光束脉冲激光沉积系统（示意图）Schematic diagram of a PLD system 加热器衬底喷流靶2-2 Deposition of Nanoscale Metal Oxide Thin Films（纳米级金属氧化物薄膜的沉积物）Importance（重要性）Metal oxides could exhibit versatile properties（金属氧化物能显示多种性能）High temperature superconductivity（高温超导性）Ferroelectricity（铁电性）Colossal magnetoresistivity (CMR)（很大的磁致电阻率）Non-linear optical properties（非线性光学性质）Metal oxides be recognized as possible candidates for next generationelectronic materials due to their diverse properties（由于性能多样，金属氧化物被认为是下一代电子材料可能的候选）Substrates for Metal Oxide Films（金属氧化物薄膜的基底）Importance: proper choice of substrate be essential for accomplishingperfect 2-dimensional epitaxy of metal oxide heterostructures（重要性：选择合适的基底对完美的完成金属氧化物异质结构的二维外延时必不可少的）Requirements for a good substrat（对好基底的要求）Good in plane lattice match（平面晶格匹配很好）Thermal expansion coefficient close to that of film（热胀系数与薄膜相近）Atomically smooth surface（原子级光滑的表面）Good chemical compatibility with the film（与薄膜能有很好的化学兼容）Commonly used single crystal substrates（常用的单晶基底）Yttria-stabilized zirconia (YSZ)（氧化钇稳定的氧化锆/钇稳定氧化锆）MgO（氧化镁）LaAlO3（铝酸镧）SrTiO3（钛酸锶）NdGaO3（镓酸钕（音：女））(LaAlO3)0.3– (Sr2AlTaO6)0.7（拉萨特LSAT）Sapphire（蓝宝石）Surface treatment of substrates（基底表面处理）Ion milling + in situ annealing（离子研磨+原位退火）Ion milling + pre-deposition（离子研磨+预先沉积/前扩散）Chemical etching + annealing（化学腐蚀+退火）Surface terminating（表面终止）Initial Growth of Metal Oxide Films（金属氧化物薄膜的早期生长）Observation and monitor techniques（观察和监控技术）In situ: reflected high energy electron diffraction (RHEED), laserlight scattering, real-time optical diagnosis（原位：反射的高能电子衍射，激光散射，实时光学诊断）Ex situ: scanning tunneling microscope (STM), atomic forcemicroscopy (AFM), cross-sectional transmission electron microscopy(TEM), X-ray diffraction（非原位：扫描隧道显微镜，原子力显微镜，横向透射电子显微镜，X射线衍射）Growth Mode（生长模式）-Highly depending upon the quality of substrate（高度取决于基底的质量）-Stranski-Krastanov mode (layer plus island growth) to Volmer-Webermode (island growth) [at a critical thickness] { Stranski-Krastanov 模式（层加岛状生长）到三维模式（岛状生长）[在一个临界厚度]}Layer plus island growth Island growth(Thickness < Critical Thickness) (Thickness > Critical Thickness)YBCO薄膜的早期生长模式及其转变Characterizing multilayer thickness by X-ray diffraction（通过X射线衍射描述多层厚度）YBCO/PrBCO superlattice: a new man-made periodicity（YBCO/PrBCO超点阵：一种新的人造周期性）The modulation thickness in superlattices is measured by the positionof satellites peaks, （超点阵上的调制厚度是通过卫星峰的位置测定的）given by：D = (⎣/2) /(sin⎝n+1 - sin⎝n)D is the modulation thickness with D = d YBCO +d PrBCO;（D是调制厚度）⎣ is the wavelength of X-ray source;（L是X射线源的波长）⎝n+1 and ⎝n are positions of the nth and the (n+1)th satellite peaks（⎝n+1和 ⎝n是第n和n+1个卫星峰的位置）The satellite peaks up to the fourth order indicate atomically sharpand flat interfaces（直到第四个卫星峰的顺序表明了原子级尺寸和平接口）Nominal Thickness2.4 nm/12 nmCalculated Thickness14.6 nmX-rayθ-2θscan around (001) and (002) peaks of a YBCO/PrBCO superlatticeCharacterizing film thickness by low-angle X-ray diffractionCharactering film thickness by STM, AFM, SEM, and TEMA low-angle X-ray reflection of a nominally 27.6 nm thick YBCO on NdGaO32-3 Examples of Multilayer Structures Prepared by PLD (PLD制备多层结构举例)Superconductivity in a Unit-cell Thick YBCO（一个单胞厚度YBCO的超导电性）Aimed Questions:What is the minimum unit needed for the occurrence ofsuperconductivity?（出现超导电性所需的最小单元是什么？）How essential is the interlayer coupling between Cu-O planes indetermining the transition temperature?（Cu-O平面层间耦合在决定转变温度方面的重要性）Way to the question: using superlattice structures as model system(possible coupling or other parameters can be changed artificially byinterposing other materials in between the Cu-O planes or unit-cells)【Way to the question:用超点阵结构作为模拟体系（可能的耦合或者其他参数能够通过在Cu-O平面或者单胞之间插入其他材料而人为改变）】System Composing:（系统构成）Ultrathin YBCO layers + PrBCO layers (nonsuperconducting)Resistive transition of 1, 2 and 4 unit-cell thick YBCO layers sandwiched between (Y1-x Pr x)Ba2Cu3O7 adjacent layers with x = 1 and 0.6Dependence of transition temperature on the x value of(Y1-x Pr x)Ba2Cu3O7 adjancentThe dependence of critical current density on the magnetic field for1 unit-cell (1.2 nm) and 200 nm thick YBa2Cu3O7 filmsC. Kwon et al., Appl. Phys. Lett. 62 (2004) 1289Superlattice SrTiO3/BaTiO3（SrTiO3/BaTiO3超晶格结构）SrTiO3/BaTiO3 can form solid solution with each other at allcompositions due to their similar structures and the comparable ionic radii of Ba2+ and Sr2+（SrTiO3/BaTiO3能够以任意比例形成固溶体，这是由于他们具有相似的结构，并且Ba2+和Sr2+的离子半径相近）Strained（紧张的；勉强的）SrTiO3/BaTiO3 superlatticeElectric/dielectric behaviour（带电行为和介电行为）Introducing lattice stress at the interface（在表面引进晶格应力）Enhanced dielectric constant（提高介电常数）H. Tabata et al., Appl. Phys. Lett. 65 (2005) 19702-4 Current Status of Pulsed Laser Deposition（PLD目前的地位）Major AdvantagesCongruent evaporation（全等蒸发）Crystallinity（结晶度）Fast response time（快速反应时间）Especially suited for synthesizing high qualified metal oxide thin films（对合成高质量金属氧化物薄膜非常合适）Major technological obstaclesParticulate emission（粒子排放）Large area coating（大面积镀膜）Hard to control down to the atomic scale（当小到原子级别时难以控制）Further optimizing of PLD processing condition and depositiontechniques are needed（仍然需要近一步优化PLG加工条件和沉积）Thank you for your attention。
