材料概论(周达飞)(二版)第3-2章.ppt

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1、物理气相沉积法(PhsicalVaporDeposition，PVD)：系统中不发生化学反应，也称蒸发－凝聚法。化学气相沉积法(ChemicalVaporDeposition,CVD)：利用气相化学反应来制备材料。气相聚合气相法液相法固相法3.2工艺过程与方法整个材料领域中，可分为3大类：1.物理气相沉积法(PVD)利用电弧、高频电场or等离子体等高温热源将原料加热高温→气化/等离子体骤冷凝聚成各种形态(如晶须、薄片、晶粒等)。包括3个步骤：蒸汽的产生：简单的蒸发和升华or阴极溅射方法。通过减压使气化材料从供给源转移到衬底。挥发的镀膜材料能用各种方式激活or离子化，

2、离子能被电场加速。在衬底上发生凝结，最后可能是在高能粒子轰击期间，or在反应气体or非反应气体粒子碰撞过程中(or两者共同作用)，通过异相成核作用和膜生长形成1种沉积膜。PVD法制备薄膜材料在一定的基体表面制备膜层，由元素和化合物从蒸气相凝结而成。膜沉积技术的基本类型有：(1)真空沉积法(真空蒸镀)(2)溅射法：利用溅射现象使飞出的原子团or离子在对面基片上析出的方法。(3)离子镀法：蒸镀工艺与溅射技术的结合(较新)，基本原理与真空沉积法相同.都是在真空条件下实现的。前2种形成的薄膜和原始材料成分基本相近，即基片表面没有反应。PVD能在很宽T衬底范围内进行，从几百度

3、~T液氮甚至更低。适当选择材料，可适用于玻璃和塑料的镀膜。图310真空蒸镀设备的示意图(1)真空沉积法(真空蒸镀)：很早就用于电容器、光学薄膜、塑料等的真空蒸镀、沉积膜等，近年用于塑料表面镀金属，还制备In2O3-SnO2系等透明导电陶瓷薄膜。机理十分简单，将需制成膜的金属元素or化合物在真空中蒸发or升华，使之在基片表面上析出并附着的过程。设备较简单，除真空系统外，由真空室蒸发源、基片支撑架、挡板及监控系统组成(图310)。许多物质都可制膜，蒸镀多种元素可获得一定配比的合金薄膜。第三章材料的制备方法与真空沉积法相比，所得到的膜成分基本上与靶材相同，易于获得复杂

4、组成的合金，而前者∵合金成分和蒸气压的差异无法精确控制；溅射法与基体的附着力>>蒸镀法。主要→金属or合金膜(特别是e元件的电极和玻璃表面红外线反射薄膜)，还→功能薄膜如液晶显示装置的In2O3-SnO2透明导电陶瓷薄膜。（2）溅射现象：当固体受到高能的离子、中性原子等冲击时，构成固体的原子从中飞出，即荷能粒子(如正离子)轰击靶材，使靶材表面原子or原子团逸出。溅射设备主要有以下几种：二极直流溅射：最简单，很早就工业生产，但无法获得绝缘膜。高频溅射：可在较低电压下进行，能制介质膜，∴高频溅射仪自1965年问世以来很快得到普及，数量在溅射仪中占绝对优势。磁控溅射：与真

5、空蒸镀相比，二极直流or高频溅射的V成膜都非常小(只有~50nm/min，约为蒸镀的1/51/10)。磁控溅射是在溅射仪中附加了磁场，∵洛仑兹力的作用，能使V溅射，∴使溅射技术→新的高度。反应溅射：通过将活性气体混合在放电气体中，可控制膜的组成和性质，主要用于制绝缘化合物薄膜。可采用直流、高频和磁控等溅射方法。第三章材料的制备方法(3)离子镀法是蒸发工艺与溅射技术的结合，1种较新的方法。↗薄膜的耐磨性、耐磨擦性、耐腐蚀性等，↗与基片的结合强度，在形状复杂的基片表面能形成厚度较均匀的薄膜等。∵不像电镀那样有废液产生，∴作为无公害涂膜法正在拓展其应用。基本原理与真

6、空沉积法相同，将蒸发了的金属原子在等离子体中离子化后在基体上析出薄膜。通过输入反应性气体也能够析出陶瓷等化合物膜。与前者相比，作用气体P高，膜均匀性较好，与基体结合性也好。第三章材料的制备方法B.PVD法制备超细粉体材料可制备单一氧化物、复合氧化物、碳化物or金属等微粉。特别适用于制备液相法和固相法难以直接合成的非氧化物系列(金属、合金、氮化物、碳化物等)的超细粉，粒径通常＜0.1m，且分散性好。真空蒸发法是目前用PVD法来制备超细粉理论上研究最多和制备超细粉最常用的方法之一。优点：可通过输入惰性气体和改变P载气来调节微粒的大小、表面光洁度和粒度均匀性。也存在形状

7、难控制、最佳工业条件难以掌握等问题。2.化学气相沉积法(CVD)A.CVD法原理：涉及反应化学、热力学、动力学、转移机理、膜生长现象和反应工程。以金属蒸气、挥发性金属卤化物、氢化物or金属有机化合物等蒸汽为原料气相热分解反应，or≥2种单质or化合物的反应凝聚生成各种形态的材料。可制多种组成的材料：单质、化合物、氧化物、氮化物、碳化物等CVD法的反应类型：热分解、化学合成(氢还原、氧化、水解、固相、置换)CVD法的分类：热CVD法、等离子体CVD法、光子增强CVD法、激光CVD法CVD的原料种类：卤化物、氢化物、有机金属化合物等B.CVD工艺流程与设备C.影响参