《薄膜材料与技术

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1、【讲义总结】1•真空区域的划分：①粗真空(lxlO5^lxlO2Pa)。在粗真空下，气态空间近似为大气状态，分了以热运动为主，分了间碰撞I•分频繁；②低真空(lxlO^lxlO'1)o低真空时气体分子的流动逐渐从黏滞流状态向分子流状态过度，此时气体分子间碰撞次数与分子跟器壁间碰撞次数差不多；③高真空(1x10^1x106)o当达到高真空时，气体分了的流动已经成为分了流状态，以气体分子与容器壁间的碰撞为主，且碰撞次数人人减小，蒸发材料的粒子沿直线飞行;④超高真空(VlxlOj。达到超高真空吋，气体分子数目更少，几乎不存在分子间碰撞，分了与器壁的碰撞机会更少。2•获得真

2、空的主要设备：旋片式机械真空泵，汕扩散泵，复合分子泵，分子筛吸附泵，钛生化泵，溅射离子泵和低温泵等，其中前三种属于气体传输泵，后四种属于气体捕获泵，全为无油类真空泵。3.输运式真空泵分为机械式气体输运泵和气流式气体输运泵。4.极限压强：指使用标准容器做负载时，真空泵按规定的条件正常工作一段时间后，真空度不再变化而趋于稳定时的最低压强。5.凡是利用机械运动来获得真空的泵称为机械泵，属于有汕类真空泵。6.旋片式真空泵泵体主要由锭了、转了、旋片、进气管和排气管等组成。7.真空测量：指用特定的仪器和装置，对某--特定空间内的真空度进行测定。这种仪器或装置称为真空计。按测量原

3、理分为绝对真空计和相对真空计。&物理气相沉积:是利用某种物理过程实现物质原子从源物质到薄膜的町控转移过程。特点:①需要使用I古I态或熔融态的物质作为沉积过程的源物质；②源物质通过物理过程转变为气相，且在气相屮与衬底表面不发生化学反应；③需要相对较低的气体压力环境，这样其他气体分子对丁•气和分子的散射作用较小，气和分子的运动路径近似直线；④气相分子在衬底上的沉积几率接近100%。在物理气相沉积技术中最基本的两种方法是蒸发法和溅射法。9.蒸发沉积薄膜纯度取决于：①蒸发源物质的纯度；②加热装置、堆竭等町能造成的污染;③真空系统中的残留气体。10.真空蒸发装置分类：电阻式蒸

4、发装置、电子束蒸发装置、电弧蒸发装置、激光蒸发装置、空心阴极蒸发装置。11•溅射镀膜原理：利用带有电荷的离子在电场中加速后具有一定动能的特点，将离子引向由欲溅射材料制成的靶材。在离子能量适合的情况F，入射离子在与靶材表面原子碰扌矗过程中将其溅射出来。这些被溅射出來的原子具有一定动能，并沿-•定方向射向衬底，从而实现薄膜在衬底上的沉积。12•蒸发法的特点：与溅射法相比显著特点之一是其较高的背底真空度。在较高的真空度下,不仅蒸发出來的物质原子或分子貝有较长的平均自山程，可以直接沉积到衬底表血上，而口还可以确保所制备的薄膜具有较高的纯度。13•溅射镀膜的主要优点：①镀膜质

5、量好；②膜/基结合强度高；③均镀能力强。14•溅射沉积的主要特点：与蒸发法相比①沉积原子能力较高，因此薄膜的组织更致密，附着力也可以得到显著改造；②制备合金薄膜吋，容易实现对薄膜成分的准确控制；③可方便地进行高熔点物质的溅射和薄膜制备，溅射靶材可以是极难熔的材料；④可利川反应溅射技术，用金属靶材制备化合物薄膜；⑤rfl于被沉积原子均携带有一定的能量，因而有助于改善薄膜对于复杂形状的衬底表而的覆盖能力，降低薄膜表而的粗糙度和孔隙率。15•溅射方法分类：直流溅射、射频溅射、磁控溅射、反应溅射和离子束溅射。16•磁控溅射离子束镀膜的主要特点：①薄膜质量高；②膜/基结合强度

6、高；③实现材料的表面合金化。17•非平衡磁控溅射离子镀技术。特点：①离子束流密度高；②衬底偏压低；③薄膜的结合强度高；④沉积速率低。应用领域：①制备薄膜磁头的耐磨损轨化薄膜；②制备硬质薄膜;③制备切削刀具和模具的超硬薄膜；④制备固体润滑膜；⑤制备光学薄膜。1&引起衬底温度升高的能量来源：①原子的凝聚能；②沉积原子额平均动能；③等离子体中的其他粒子，如电子、中性原子等的轰击带来的能量。19•交流溅射：使用交变电压进行薄膜溅射的方法。分类：采用正弦波电源的中频溅射法和采用矩形脉冲波电源的脉冲溅射法。20.离子镀：是-•种结合了蒸发少溅射两种薄膜沉积技术而发展起来的物理气

7、和沉积方法。21•离子镀的主要优点：它所制备的薄膜与衬底之间具有良好的结合力，JJ•薄膜结构更为致密。另一个优点是它可以提高薄膜对于复杂外形表面的覆盖能力，或称为薄膜沉积过程的绕射能力。主要应用领域是制备钢铁工具和其他金属不见得硬质涂层。22•离子团束沉积的特点：①原了团对衬底的高速冲击将会造成衬底局部温度的升高；②原子在衬底表面的扩散迁移能力强；③能促进各个薄膜核心连成一片，成膜性能好；④高能量原了团的轰击具冇清洁衬底表面和离了浅注入的作用；⑤能促进衬底表面各种化学反应的产牛;⑥薄膜沉积速率高；⑦薄膜与衬底间有良好结合力，沉积过程具有高真空度和高洁净度,薄膜表