《薄膜材料与技术》复习资料总结.doc

【讲义总结】 1. 真空区域的划分: ①粗真空(1x10 5 ~1x10 2 Pa) 。在粗真空下,气态空间近似为大气状态, 分子以热运动为主,分子间碰撞十分频繁; ②低真空(1x10 2 ~1x10 -1)。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 -1 ~1x10 -6)。当达到高真空时, 气体分子的流动已经成为分子流状态, 以气体分子与容器壁间的碰撞为主, 且碰撞次数大大减小, 蒸发材料的粒子沿直线飞行; ④超高真空(< 1x10 -6)。达到超高真空时,气体分子数目更少,几乎不存在分子间碰撞,分子与器壁的碰撞机会更少。 2. 获得真空的主要设备: 旋片式机械真空泵, 油扩散泵, 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,属于有油类真空泵。 6. 旋片式真空泵泵体主要由锭子、转子、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, 对某一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。按测量原理分为绝对真空计和相对真空计。 8. 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可控转移过程。特点: ①需要使用固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, 且在气相中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于气相分子的散射作用较小, 气相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、坩埚等可能造成的污染; 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下, 入射离子在与靶材表面原子碰撞过程中将其溅射出来。这些被溅射出来的原子具有一定动能, 并沿一定方向射向衬底, 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, 不仅蒸发出来的物质原子或分子具有较长的平均自由程, 可以直接沉积到衬底表面上, 而且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制备合金薄膜时, 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可利用反应溅射技术, 用金属靶材制备化合物薄膜;⑤由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面的覆盖能力,降低薄膜表面的粗糙度和孔隙率。 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氧化薄膜; ②制备硬质薄膜; ③制备切削***和模具的超硬薄膜; ④制备固体润滑膜; ⑤制备光学薄膜。 18. 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: 是一种结合了蒸发与溅射两种薄膜沉积技术而发展起来的物理气相沉积方法。 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,且薄膜结构更为致密。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原子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