第八章薄膜的制备
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选择合适的基底材料,如硅片、玻璃、金属等。
薄膜制备方法薄膜制备方法是一种将材料制备成薄膜状的工艺过程。
薄膜是指厚度在纳米至微米级别的材料,具有特殊的物理、化学和电学性质,在许多领域具有重要的应用价值。
薄膜制备方法有多种,包括物理气相沉积法、化学气相沉积法、物理溅射法、溶液法等。
一、物理气相沉积法物理气相沉积法是一种利用高温或高能粒子束使材料原子或分子在基底表面沉积形成薄膜的方法。
常见的物理气相沉积方法有热蒸发法、电子束蒸发法和磁控溅射法等。
其中,热蒸发法是通过加热材料使其蒸发,并在基底上沉积形成薄膜;电子束蒸发法则是利用电子束的热能使材料蒸发并沉积在基底上;磁控溅射法是通过在真空室中加入惰性气体,并利用高能电子束轰击靶材使其溅射出原子或离子,从而沉积在基底上形成薄膜。
二、化学气相沉积法化学气相沉积法是一种利用气相反应在基底表面沉积材料的方法。
常见的化学气相沉积方法有化学气相沉积法、低压化学气相沉积法和气相扩散法等。
其中,化学气相沉积法是通过将反应气体在基底表面分解或氧化生成薄膜的方法;低压化学气相沉积法则是在较低的气压下进行反应,以控制薄膜的成分和结构;气相扩散法是通过将反应气体在基底表面进行扩散反应,使材料沉积在基底上。
三、物理溅射法物理溅射法是一种利用高能粒子轰击靶材使其原子或分子从靶表面溅射出来,并沉积在基底上形成薄膜的方法。
物理溅射法包括直流溅射法、射频溅射法和磁控溅射法等。
其中,直流溅射法是利用直流电源加电使靶材离子化并溅射出来;射频溅射法则是利用射频电源产生高频电场使靶材离子化并溅射出来;磁控溅射法则是在溅射区域加入磁场,利用磁控电子束使靶材离子化并溅射出来。
四、溶液法溶液法是一种利用溶液中的材料分子或离子在基底表面沉积形成薄膜的方法。
常见的溶液法包括浸渍法、旋涂法和喷雾法等。
其中,浸渍法是将基底放置在溶液中,使其吸附溶剂中的材料分子或离子,然后通过蒸发或热处理使其形成薄膜;旋涂法是将溶液倒在旋转的基底上,通过离心作用使溶液均匀涂布在基底上,然后通过蒸发或热处理使其形成薄膜;喷雾法则是将溶液喷雾到基底上,通过蒸发或热处理使其形成薄膜。
薄膜的制备方法有哪些薄膜是一种在各种领域都有广泛应用的材料,其制备方法多种多样。
本文将介绍薄膜的制备方法,希望能够对您有所帮助。
首先,薄膜的制备方法可以分为物理方法和化学方法两大类。
物理方法包括蒸发法、溅射法、激光热解法等,而化学方法则包括溶液法、化学气相沉积法等。
接下来,我们将逐一介绍这些方法的具体步骤和特点。
蒸发法是一种常用的物理方法,其制备步骤为首先将原料物质加热至其汽化温度,然后使其在基底上凝结形成薄膜。
这种方法制备的薄膜质量较高,但是成本较高,且只适用于高蒸发温度的材料。
溅射法是另一种常用的物理方法,其制备步骤为将原料物质置于真空室中,通过离子轰击或者电子轰击的方式使其蒸发并沉积在基底表面形成薄膜。
这种方法可以制备多种材料的薄膜,但是设备复杂,成本较高。
激光热解法是一种新型的物理方法,其制备步骤为使用激光热解原料物质,使其在基底上沉积形成薄膜。
这种方法可以制备高质量的薄膜,但是设备成本高,且只适用于特定材料。
溶液法是一种常用的化学方法,其制备步骤为将原料物质溶解在溶剂中,然后将溶液涂覆在基底上,通过溶剂挥发使其形成薄膜。
这种方法成本低,适用范围广,但是薄膜质量较低。
化学气相沉积法是另一种常用的化学方法,其制备步骤为将原料物质的化合物气体在基底表面发生化学反应,形成薄膜。
这种方法可以制备高质量的薄膜,但是设备复杂,成本较高。
总的来说,薄膜的制备方法多种多样,每种方法都有其独特的优点和局限性。
在选择制备方法时,需要根据具体的应用需求和材料特性进行综合考虑。
希望本文能够对您有所帮助,谢谢阅读!。
磁控溅射法制备透明导电氧化物ITO薄膜授课老师:张群材料科学系实验目的: 1. 掌握磁控溅射镀膜系统的原理和操作方法2. 掺锡氧化铟(ITO)透明导电氧化物薄膜的制备一.引言透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide, TCO)薄膜是一种高简并态的氧化物半导体材料,以其独特的透明性与导电性结合于一体而广泛应用于平板显示和太阳电池等领域。
TCO薄膜材料一般具有载流子浓度高,费米能级(E F)位于导带能级(E C)以上,电阻率小(可低至10-4 Ω·cm),禁带宽度宽(>3 eV)等特点,使薄膜在具有良好的导电性的同时在可见光范围具有高的透射率(>80 %)。
其中常见的TCO材料是掺锡氧化铟In2O3:Sn(ITO)、掺氟氧化锡SnO2:F(FTO)和掺铝氧化锌ZnO:Al(AZO)薄膜。
由于ITO薄膜具有优良的电学和光学性能,获得了广泛的应用,几乎成为TCO薄膜的代名词。
ITO薄膜除了具有上述TCO 薄膜的共性之外,还具有紫外线吸收率大,红外线反射率高,微波衰减性好等特点。
另外,膜层具有很好的酸刻、光刻性能,便于细微加工,可以被刻蚀成不同的电极图案等良好的加工性能。
图1是1970-2000年间报道的In2O3 , ZnO和SnO2基透明导电薄膜的电阻率,显然,ITO具有最小的电阻率。
图1 1970-2000年间报道的In2O3 (△), ZnO (●)和SnO2(□)基薄膜的电阻率二. 磁控溅射镀膜磁控溅射是二十世纪七十年代发展起来的一种新型溅射技术,目前在科学研究和大量生产方面都获得了广泛的应用。
磁控溅射镀膜具有高速、低温和低损伤等优点。
高速是指成膜速率快,低温和低损伤是指基板的温升低、薄膜表面损伤小。
1. 磁控溅射镀膜工作原理所谓溅射是指将具有一定能量的粒子(离子)轰击靶材表面,使得靶材原子或分子从表面射出的现象。
溅射镀膜就是利用溅射效应,使射出的原子或分子在基板表面沉积形成薄膜。
薄膜制备方法1.物理气相沉积法(PVD):真空蒸镀、离子镀、溅射镀膜2.化学气相沉积法(CVD):热CVD、等离子CVD、有机金属CVD、金属CVD。
一、真空蒸镀即真空蒸发镀膜,是制备薄膜最一般的方法。
这种方法是把装有基片的真空室抽成真空,使气体压强达到10¯²Pa以下,然后加热镀料,使其原子或者分子从表面气化逸出,形成蒸汽流,入射到温度较低的基片表面,凝结形成固态薄膜。
其设备主要由真空镀膜室和真空抽气系统两大部分组成。
保证真空环境的原因有①防止在高温下因空气分子和蒸发源发生反应,生成化合物而使蒸发源劣化。
②防止因蒸发物质的分子在镀膜室内与空气分子碰撞而阻碍蒸发分子直接到达基片表面,以及在途中生成化合物或由于蒸发分子间的相互碰撞而在到达基片前就凝聚等③在基片上形成薄膜的过程中,防止空气分子作为杂质混入膜内或者在薄膜中形成化合物。
蒸发镀根据蒸发源的类别有几种:⑴、电阻加热蒸发源。
通常适用于熔点低于1500℃的镀料。
对于蒸发源的要求为a、熔点高b、饱和蒸气压低c、化学性质稳定,在高温下不与蒸发材料发生化学反应d、具有良好的耐热性,功率密度变化小。
⑵、电子束蒸发源。
热电子由灯丝发射后,被电场加速,获得动能轰击处于阳极的蒸发材料上,使蒸发材料加热气化,而实现蒸发镀膜。
特别适合制作高熔点薄膜材料和高纯薄膜材料。
优点有a、电子束轰击热源的束流密度高,能获得远比电阻加热源更大的能量密度,可以使高熔点(可高达3000℃以上)的材料蒸发,并且有较高的蒸发速率。
b、镀料置于冷水铜坩埚内,避免容器材料的蒸发,以及容器材料与镀料之间的反应,这对于提高镀膜的纯度极为重要。
c、热量可直接加到蒸发材料的表面,减少热量损失。
⑶、高频感应蒸发源。
将装有蒸发材料的坩埚放在高频螺旋线圈的中央,使蒸发材料在高频电磁场的感应下产生强大的涡流损失和磁滞损失(铁磁体),从而将镀料金属加热蒸发。
常用于大量蒸发高纯度金属。
分子束外延技术(molecular beam epitaxy,MBE)。