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《陕西科技大学材料学院纳米材料第三章纳米薄膜材料》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第三章纳米薄膜材料材料化学系材料化学系薄膜材料是相对于体材料而言的，是人们采用特殊的方法，在体材料的表面沉积或制备的一层性质与体材料完全不同的物质层。薄膜材料受到重视的原因在于它往往具有特殊的材料性能或材料组合。返回材料化学系薄膜材料之所以能够成为现代材料科学各分支中发展最为迅速的一个分支，至少有以下三个方面的原因∶1现代科学技术的发展，特别是微电子技术的发展，打破了过去体材料的一统天下。过去需要众多材料组合才能实现的功能，现在仅仅需要少数几个器件或一块集成电路就可以完成。薄膜技术正是实现器件和系统微型化的最有效的技术手段。2器件的微型化不仅可以保持器件原有的功能，并
2、使之更强化，而且随着器件的尺寸减小并接近了电子或其他粒子量子化运动的微观尺度，薄膜材料或其器件将显示出许多全新的物理现象。薄膜技术作为器件微型化的关键技术，是制备这类具有新型功能器件的有效手段。3每种材料的性能都有其局限性。薄膜技术作为材料制备的有效手段，可以将各种不同的材料灵活地复合在一起，构成具有优异特性的复杂材料体系，发挥每种成分的优势，避免单一材料的局限性材料化学系纳米薄膜的分类A：由纳米粒子组成(或堆砌而成)的薄膜。B：在纳米粒子间有较多的孔隙或无序原子或另一种材料，即纳米复合薄膜由特征维度尺寸为纳米数量级（1－100nm）的组元镶嵌于不同的基体里所形成的复
3、合薄膜材料。“纳米复合薄膜”按用途可分为两大类：a:纳米复合功能薄膜b:纳米复合结构薄膜材料化学系a:纳米复合功能薄膜：利用纳米粒子所具有的光、电、磁方面的特异性能，通过复合赋予基体所不具备的性能，从而获得传统薄膜所没有的功能。电磁学性质导电薄膜：Au,Ag,Cu,Al,NiCr,NiSi2,NiSi,CoSi2,TiSi2,SnO2电介质薄：SiO2,CaF,BaF2,Si3N4,AlN,BN,BaTiO3,PZT(PbZr1-xTixO3)半导体薄膜：Si,Ge,C,SiC,GaAs,GaN,InSb,CdTe,CdS,ZnSe超导薄膜：YBCO(YBa2Cu3O
4、7)磁性薄膜：Co-Cr,Mn-Bi,GdTbFe,La1-xCax(Srx)MnO3压电薄膜：AlN,ZnO,LiNbO3,BaTiO3,PbTiO3b)光学性质吸收，反射，增透膜：Si,CdTe,GaAs,CuInSe2,MgF发光膜：ZnS,ZnSe,AlxGa1-xAs,GaN,SiC装饰膜：TiN/TiO2/Glass,Au,TiN材料化学系b:纳米复合结构薄膜：通过纳米粒子复合提高机械方面的性能a)硬度，磨损，摩擦TiN,CrN,ZrN,TiC,CrC,ZrC,Diamondb)腐蚀Au,Zn,Sn,Ni-Cr,TiN,BN材料化学系金属／绝缘体、半导体／
5、绝缘体、金属／半导体、 金属／高分子、半导体／高分子“纳米复合薄膜”纳米粒子：金属、半导体、绝缘体、有机高分子基体材料：不同于纳米粒子的任何材料复合薄膜系列：材料化学系3.2纳米薄膜材料制备技术材料化学系1）真空蒸发(单源单层蒸发；单源多层蒸发；多源反应共蒸发)2）磁控溅射3）离子束溅射（单离子束(反应)溅射；双离子束(反应)溅射；多离子束反应共溅射）4）分子束外延(MBE)1、物理方法材料化学系1）化学气相沉积(CVD)：金属有机物化学气相沉积；热解化学气相沉积；等离子体增强化学气相沉积；激光诱导化学气相沉积；微波等离子体化学气相沉积。2)溶胶-凝胶法3)电镀法2、
6、化学方法材料化学系金属有机物化学沉积AtmosphericPressureChemicalVaporDepositionLowPressureChemicalVaporDeposition材料化学系厚度均匀度表面平坦度粗糙度成分晶粒尺寸不含应力纯度整体性-沉积膜必须材质连续、不含针孔-膜层的厚度影响：电阻，薄层易含针孔，机械强度较弱-覆盖阶梯形状特别重要，膜层厚度维持不变的能力圖4沈積層在(b)階梯處變薄薄膜性质参数材料化学系物理气相沉积(PVD)方法作为一类常规的薄膜制备手段被广泛地应用于纳米薄膜的制备与研究工作中，PVD包括蒸镀、电子束蒸镀、溅射等。3
7、.2.1物理气相沉积法PhysicalVaporDeposition1．气相沉积的基本过程(1)气相物质的产生(2)气相物质的输运(3)气相物质的沉积材料化学系1EvaporationMaterialSubstrateHeaterVacuumchamberCloud2SputteringMaterialSubstratePlasma使沉积物加热蒸发，这种方法称为蒸发镀膜Evaporation；用具有一定能量的粒子轰击靶材料，从靶材上击出沉积物原子，称为溅射镀膜Sputtering。(1)气相物质的产生材料化学系目的：避免气体碰撞妨碍沉积物到达基片。在
