功能薄膜材料应用

论薄膜材料的应用与发展

论文关键词：薄膜； 金刚石； 铁电； 氮化碳； 半导体； 超晶格

论文摘要： 薄膜材料的发展以及应用，薄膜材料的分类，如金刚石薄膜、铁电薄膜、氮化碳薄膜、半导体薄膜复合材料、超晶格薄膜材料、多层薄膜材料等。各类薄膜在生产与生活中的运用以及展望。

1 膜材料的发展

在科学发展日新月异的今天，大量具有各种不同功能的薄膜得到了广泛的应用，薄膜作为一种重要的材料在材料领域占据着越来越重要的地位。

自然届中大地、海洋与大气之间存在表面，一切有形的实体都为表面所包裹，这是宏观表面。生物体还存在许多肉眼看不见的微观表面，如细胞膜和生物膜。生物体生命现象的重要过程就是在这些表面上进行的。细胞膜是由两层两亲分子--脂双层膜构成，它好似栅栏，将一些分子拦在细胞内，小分子如氧气、二氧化碳等，可以毫不费力从膜中穿过。膜脂双层分子层中间还夹杂着蛋白质，有的像船，可以载分子，有的像泵，可以把分子泵到膜外。细胞膜具有选择性，不同的离子须走不同的通道才行，比如有K＋通道、Cl－通道等等。细胞膜的这些结构和功能带来了生命，带来了神奇。

2 膜材料的应用

人们在惊叹细胞膜奇妙功能的同时，也在试图模仿它，仿生一直以来就是材料设计的重要手段，这就是薄膜材料。

薄膜材料制备原理、技术及应用知识点1

一、 名词解释

1. 气体分子的平均自由程:自由程是指一个分子与其它分子相继两次碰撞之间，经过的直线路程。对个别分子而言，自由程时长时短，但大量分子的自由程具有确定的统计规律。气体分子相继两次碰撞间所走路程的平均值。

2. 物理气相沉积（PVD）：物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。 物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。发展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。 3. 化学气相沉积（CVD）：化学气相沉积(Chemical vapor deposition，简称CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。它本质上属于原子范畴的气态传质过程。

4. 等离子体鞘层电位：等离子区与物体表面的电位差值ΔVp即所谓的鞘层电位。

基本薄膜材料

名称：钇（Y）

三氧化二钇，（Y2O3）使用电子枪蒸镀，该材料性能随膜厚而变化，在500nm时折射率约为1.8.用作铝保护膜其极受欢迎,特别相对于800—12000nm区域高入射角而言,可用作眼镜保护膜,且24小时暴露于湿气中.一般为颗粒状和片状.

名称：二氧化铈（CeO2）

使用高密度的钨舟皿(较早使用)蒸发,在200℃的基板上蒸着二氧化铈,得到一个约为2.2的折射率,在大约3000nm有一吸收带其折射率随基板温度的变化而发生显著变化,在300℃基板500nm区域折射率为2.45,在波长短过400nm时有吸收,传统方法蒸发缺乏紧密性,用氧离子助镀可取得n=2.35(500nm)的低吸收性薄膜,一般为颗粒状,还可用一增透膜和滤光片等

.

名称：氧化镁(MgO)

必须使用电子枪蒸发因该材料升华,坚硬耐久且有良好的紫外线(UV)穿透性,250nm时n=1.86, 190nm时n=2.06. 166nm时K值为0.1, n=2.65.可用作紫外线薄膜材料.MGO/MGF2膜堆从200nm---400nm区域透过性良好,但膜层被限制在60层以内(由于膜应力)500nm时环境基板上得到n=1.70.由于大气CO2的干扰,MGO暴露表面形成一模糊的

《薄膜材料与薄膜技术》复习题

1. 薄膜材料与体材料的联系与区别。

1. 薄膜所用原料少，容易大面积化，而且可以曲面加工。例：金箔、饰品、太阳能电池，GaN，SiC，Diamond

2. 厚度小、比表面积大，能产生许多新效应。如： 极化效应、表面和界面效应、耦合效应等。

3. 可以获得体态下不存在的非平衡和非化学计量 比结构。如：Diamond: 工业合成, 2000℃，5.5万大气压, CVD生长薄膜:常压，800度.Mgx Zn1-x O: 体相中Mg的平衡固溶度为0.04, PLD法生长的薄膜中，x可0~1. 4. 容易实现多 层膜，多功能 薄膜。如：太 阳能电池、超 晶格： GaAlAs/GaAs 5. 薄膜和基片的粘附性， 一般由范德瓦耳斯力、静电力、表面能（浸润）和表面互扩散决定。范德瓦耳

2. 真空度的各种单位及换算关系如何？

? 1pa=1N/m2 (1atm)≈1.013×105Pa(帕) ? 1Torr≈1 / 760atm≈1mmHg

2

? 1Torr≈133Pa≈10Pa ? 1bar = 0.1MPa

3. 机械泵、扩散泵、涡轮分子泵和低温泵的工作原理是什么？ 旋片式机械泵 工作过程：

1. 气体从入口

薄膜材料综述

科技的发展对材料的要求越来越高，一种新材料的问世对社会的影响将非常巨大．考虑到新材料的获得一般都不太容易，而且其价格不菲，由此，研究附着在基体表面的薄膜材料就很有意义．薄膜材料可以看成表面材料，一般都非常薄，因此，薄膜材料的制备及其表征方法与材料表面研究有着非常密切的联系.薄膜材料不仅具有优越的力学、热学等性能，而且还具有光电、压电、磁性等特定功能，并且成本较低，所以广泛应用于生产和生活中．按其性能和实际用途划分，可分为结构薄膜材料和功能薄膜材料． 结构薄膜

结构薄膜材料在材料应用中非常重要，它可以提高材料的力学性能、减轻材料的质量、减少成本等．其主要有高温合金薄膜、陶瓷薄膜、准晶薄膜等．其中高温合金薄膜主要应用于汽轮机及航天发动机的涡轮叶片的涂层；陶瓷薄膜主要用作大容量的薄膜电容器、超导体、固／液分离膜等；准晶薄膜由于具有高硬度、低摩擦因数、低热导率、低电导率、抗氧化、耐腐蚀及特殊的光学性能而被应用于不粘锅涂层、热障和热防护涂层、太阳能选择吸收器等方面． 功能薄膜

功能薄膜材料是广泛应用于国民经济、军事工业等领域的基础材料，具有重要的应用和基础研究价值．主要有光学薄膜、电极薄膜、磁性薄膜等．其中，光学薄膜主要用于光学

标签 薄膜材料质量要求

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Requirement for the Material of Label and

Film

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标签 薄膜材料质量要求

修订声明Revision declaration

本规范拟制与解释部门：整机工程部

本规范的相关系列规范或文件：无 相关国际规范或文件一致性：无

替代或作废的其它规范或文件：DKBA0.400.0064 REV.B 相关规范或文件的相互关系：无

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DKBA0.400.0064 整机工程部： REV.C 王俊00139872

整机工程部： 郑玲00119690 周伟00123276 黄文源00123114 MQE: 朱龙昭59010 TQC:孟庆伟 00145066

增加薄膜户外应用时的耐水、耐光老化要求； 增加薄膜材料的阻燃要求； 将薄膜色差要求改为ΔE、ΔL、Δa、Δb分别控制； 在透明PET标签性能中添加可适用于热转移打印的要 求； 勘误。

第3页,共12页Page 3 , Total12

标签 薄膜材料质量要求

目 录 Table of Contents

1 标签材料质量要求 ....................................................

《薄膜材料与薄膜技术》复习题

1. 薄膜材料与体材料的联系与区别。

2. 真空度的各种单位及换算关系如何？

3. 机械泵、扩散泵、涡轮分子泵和低温泵的工作原理是什么？ 4. 为什么薄膜的主要PVD制备技术要在真空中完成？

5. 哪些是有油真空泵，哪些是无油真空泵？无油泵有哪些主要的优点？

6. 叙述热偶规、电离规测量真空度的原理和使用必须的注意事项。 7. 什麽是CVD和PVD薄膜制备技术？

8. CVD过程自由能与反应平衡常数的过程判据是什么？

9. 写出CVD 沉积Si、SiO2、Si3N4、GaAs薄膜的反应方程？各采用什么类型的CVD装置？

10. CVD薄膜沉积的必要条件是什么？

11. 说出APCVD、LPCVD、PECVD的原理和特点。

12. 什么是化学镀？它与化学沉积镀膜的区别？有何特点？ 13. 电镀与化学镀有何区别？有那些主要应用？

14. Sol-Gel成膜技术的特点和主要工艺过程是什么？

15. 说出四种以上薄膜的化学制备方法和四种以上物理制备方法？ 16. 什么是饱和蒸气压？与蒸发温度的关系怎样？ 17. 温度变化对蒸发速率有何影响？ 18. 蒸发时如何控制合金薄膜的组分？ 19. 膜厚的主要监控方法有哪些？

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薄膜材料与薄膜技术

第一章

1.真空度划分：

粗真空：105-102Pa 接近大气状态热运动为主

低真空：102-10-1Pa

高真空：10-1-10-6Pa

超高真空：<10-6Pa

2.吸附与脱附物理吸附与化学吸附

气体吸附：固体表面捕获气体分子的现象

物理吸附：没有选择性、主要靠分子之间的吸引力、容易发生脱附、一般只在低温下发生化学吸附：在较高温度下发生、不容易脱附，只有气体和固体表面原子接触生成化合物才能产生吸附作用。

气体脱附：是吸附的逆过程。

3.旋片式机械真空泵

用油来保持各运动部件之间的密封，并靠机械的办法，使该密封空间的容积周期性地增大，即抽气；缩小，即排气，从而达到连续抽气和排气的目的。

4.分子泵

牵引泵：结构简单、转速小、压缩比大（效率低）

涡轮式分子泵：抽气能力高、压缩比小（效率高）

5.低温泵

深冷板装在第二级冷头上，温度为10-20k，板正面光滑的金属表面可以去除氮、氧等气体，反面的活性炭可以吸附氢、氦、氖等气体。通过两极冷头的作用，可以达到去除各种气体的目的，从而获得超高真空状态。

6.真空的测量

电阻真空计：压强越低，电阻越高（p↓→R↑）测量范围105---10-2Pa

热偶真空计：压强越低，电动势越高（p↓→?↑）测量范围102----10-1P

纳米薄膜材料主讲：徐扬海 专业：应用化学 导师：王芳 联系方式：13590133410

纳米薄膜材料一.定义: 纳米薄膜是由指由尺寸在纳米量级的的晶粒或 颗粒构成的薄膜，或将纳米晶粒镶嵌于某种薄 膜中构成的复合膜(如Ge/SiO2,将Ge镶嵌于 SiO2中),以及每层厚度在纳米量级的单层或 多层膜，有时也成为纳米晶粒薄膜或纳米多层 膜。

二.纳米薄膜材料的分类1)纳米薄膜，按用途分为两大类:纳米功能薄膜和纳米 结构薄膜。 纳米功能薄膜:主要是利用纳米粒子所具有的光、电、 磁方面的特性，通过复合使新材料具有基体所不具备的 特殊功能。 纳米结构薄膜:主要是通过纳米粒子复合，提高材料在 机械方面的性能。

二.纳米薄膜的分类2)按膜的功能分 纳米磁性薄膜 纳米光学薄膜 纳米气敏膜 纳滤膜、纳米润滑膜 纳米多孔膜 LB(Langmuir Buldgett)膜 SA(分子自组装)膜

二.纳米薄膜材料分类3)按膜层结构分类 单层膜 如热喷涂法的表面膜等 双层膜 如在真空气相沉积的反射膜上再镀一层 多层膜 指双层以上的膜系

二.纳米薄膜材料分类4)按膜层材料分 金属膜，如Au、Ag等 合金膜，如Cr-Fe、Pb-Cu等 氧化物薄膜 非氧化物无机膜 有机

薄膜材料制备原理、技术及应用知识点1

一、

名词解释

1. 气体分子的平均自由程:自由程是指一个分子与其它分子相继两次碰撞之间，经过的直线路程。对个别分子而言，自由程时长时短，但大量分子的自由程具有确定的统计规律。气体分子相继两次碰撞间所走路程的平均值。 2. 物理气相沉积（PVD）：物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。 物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。发展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。 3. 化学气相沉积（CVD）：化学气相沉积(Chemical vapor deposition，简称CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。它本质上属于原子范畴的气态传质过程。

4. 等离子体鞘层电位：等离子区与物体表面的电位差值ΔVp即所谓的鞘层电位。 5