现代无机合成.doc

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1、《现代无机合成》作业姓名高帆学号11060143006专业班级化材学院化本二班年级2011级薄膜材料的制备前言采用一定方法，使处于某种状态的一种或几种物质（原材料)的基团以物理或化学方式附着于衬底材料表面，在衬底材料表面形成一层新的物质，这层新物质就是薄膜。薄膜材料及相关薄膜器件兴起于20世纪60年代，是新理论、高技术高度结晶的产物，并在现代科学技术中应用十分广泛，制膜技术的发展也十分迅速。薄膜是现代信息技术的核心要素之一，它与器件结合，已成为电子、信息、传感器、光学、太阳能等技术的核心基础。薄膜材料的主要产品包括光学薄膜、集成电路、太阳能电池、液晶显示膜、光盘、磁盘、刀具硬化膜、建筑镀膜

2、制品、塑料金属化制品等。薄膜的制备方法一、物理气相沉积法（PhysicalVaporDeposition）在真空条件下，用物理的方法，将材料汽化成原子、分子或使其电离成离子，并通过气相过程，在材料或工件表面沉积一层具有某些特殊性能的薄膜。主要方法：蒸发沉积(蒸镀)、溅射沉积(溅射)和离子镀等。用途：通常用于沉积薄膜和涂层，沉积膜层的厚度可从10-1nm级到mm级变化。1、真空蒸发镀膜真空室内加热的固体材料被蒸发汽化或升华后，凝结沉积到一定温度的衬底材料表面。形成薄膜经历三个过程：（1）蒸发或升华，即通过一定加热方式使被蒸发材料受热蒸发或升华，由固态或液态变成气态。（2）输运到衬底，即气态原

3、子或分子在真空状态及一定蒸气压条件下由蒸发源输运到衬底。（3）吸附、成核与生长，通过粒子对衬底表面的碰撞，衬底表面对粒子的吸附以及在表面的迁移完成成核与生长过程。是一个以能量转换为主的过程。对于单质材料，按常见加热方式有电阻加热、电子束加热、高频感应加热、电弧加热和激光加热。对于化合物和合成材料，常用各种蒸发法（闪蒸蒸发、多源蒸发、反应蒸发和三温度蒸发等）、热壁法、分子束外延（MBE）法和脉冲激光沉积（PLD）法。2、溅射镀膜利用电场中加速后的高能离子，轰击被溅射物质做成的靶电极，使靶表面原子被溅射出来。这些被溅射出来，并沿一定方向射向衬底，从而实现薄膜的沉积。气体放电是离子溅射过程的基础

4、。溅射沉积的装置包括直流溅射、射频溅射、磁控溅射和反应溅射。（1）直流溅射常用氩气作为工作气体。工作压力对溅射速率及薄膜质量有很大影响。溅射速率出现极大值。气体压力小，入射到基体表面的原子遇到的碰撞少，能量高，利于沉积原子的扩散，提高薄膜致密度；反之，原子能量低，不利于薄膜组织的致密。不能独立控制各工艺参量，溅射速率低，易受气体污染。（2）射频溅射射频溅射是采用高频电源，频率在射频范围（5-30MHz）。高频电场可由其他阻抗形式耦合进入沉积室，而不必再要求电极一定要是导体。因此，使溅射过程摆脱对靶材导电性能的限制。可采用较低气体压力（1Pa），依靠高频时等离子体高频振荡，促进气体电离。（3

5、）反应溅射制备化合物薄膜可直接使用化合物作溅射靶材。但时溅射会发生气态或固态化合物分解，这时得到的薄膜往往在化学成分上与靶材有很大差别。电负性较强的元素含量一般会低于化合物化学计量比。如，溅射SnO2、SiO2等氧化物薄膜，常发生沉积产物中氧含量偏低的情况。其原因是溅射环境中，相应元素的分压低于化合物形成所需要的平衡压力。反应溅射调整溅射室内气体组成和压力，在通入Ar气的同时通入相应的活性气体。也可采用纯金属作为溅射靶材，在工作气体中混入适量的活性气体（如O2、N2、NH3、CH4等），使溅射原子与活性气体分子在衬底表面发生化学反应，生成所需化合物。反应溅射可制备的化合物：氧化物如Al2O

6、3、SiO2、ln2O3、SnO2碳化物如SiC、WC、TiC氮化物如TiN、AlN、Si3N4硫化物如CdS、ZnS、CuS碳氮化物如Ti(C，N)二、化学气相沉积法（CVD)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。可用于制备单质、氧化物、硅化物、氮化物等。反应类型包括：1、热分解反应许多元素的氢化物、羟基化合物和有机金属化合物可以气态存在，并在适当的条件下在衬底表面发生热解反应和薄膜的沉淀。如：硅烷SiH4在较低温度下分解沉积多晶Si和非晶S

7、i，或掺杂薄膜:SiH4(g)=Si(s)+2H2(g)(650℃)PH3(g)=P(s)+3/2H2(g)B2H6(g)=2B(s)+3H2(g)羟基镍热解生成金属Ni低温下制备Ni薄膜Ni(CO)4(g)=Ni(s)+4CO(g)(180℃)2、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：S