发或升华，由固态或液态变成气态。
2) 输运到衬底。气态原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。
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薄膜学
薄膜的历史，要追溯到三千多年以前。 近30年来，真正作为一门新型的薄膜科学与技术。
目前，薄膜材料已是材料学领域中的一个重要分支， 它涉及物理、化学、电子学、冶金学等学科，在国防、 通讯、航空、航天、电子工业、光学工业等方面有着 特殊的应用，逐步形成了一门独特的学科“薄膜学”。
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化学气相沉积
原 理 气相沉积的基本过程包括三个步骤：即提供气相镀料；镀 料向镀制的工件或基片输送；镀料沉积在基片上构成膜层。
气相沉积过程中沉积粒子来源于化合物的气相分解反应，
长出具有共格或半共格
联系的异类单晶体（异 质外延）。
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真空蒸镀
原 理： 在超高真空条件下， 将各组成元素的分子束流 以一个个分子的形式喷射 到衬底表面，在适当的温 度下外延沉积成膜。 应 用 目前MBE的膜厚控制水平达到单原子层，可用于制备超 晶格、量子点，及3-5族化合物的半导体器件。
真空蒸镀
对于化合物和合成材料，常用各种蒸发法和热壁法。 1）闪蒸蒸发（瞬间蒸发）： 呈细小颗粒或粉末的薄膜材料，以极小流量逐渐进入高温 蒸发源，使每个颗粒在瞬间全蒸发，成膜，以保证膜的组 分比例与合金相同。 2）多源蒸发： 组成合金薄膜的各元素，各自在单独的蒸发源中加热，蒸 发，并按薄膜材料组分比例成膜。 3）反应蒸发： 真空室通入活性气体后，其原子、分子与来自蒸发源的原子， 分子，在衬底表面反应生成所需化合物。一般用金属或低价 化合物反应生成高价化合物。
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真空蒸镀
工艺原理
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。通过一定加热方式使被蒸发材料受热蒸
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真空蒸镀
5） 脉冲激光沉积(PLD) 利用脉冲聚焦激光烧蚀靶材，使靶的局部在瞬间受高温 汽化，在真空室内的惰性气体羽辉等离子体作用下活化，并 沉积到衬底的一种制膜方法。
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薄膜材料分类
材料保护涂层
涂层或厚膜 (>1um) 薄膜材料 薄膜(<1um)
材料装饰涂层 光电子学薄膜 微电子学薄膜
其它功能薄膜 (力、热、磁、生物等)
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3) 衬底表面气体间的化学反应， 生成固态和气态产物，固态 生成物粒子经表面扩散成膜； TiCl4 +CH4 TiC +4HCl 4) 气态生成物由内向外扩散和 表面解吸； 5) 气态生成物向表面区外的扩 散和排放。
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离子成膜
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物理成膜
target
原子 层的 晶体 生长 “世 界” 与自 然世 界的 比拟
Cloud
substrate
Cloud Earth surface -- ground Natural rain Snow Hail Thunder storm Dust, Pollution Environmental protection Target/evaporated source Substrate surface Atomic rain Clusters Particles Discharge Impurity, Contamination Vacuum
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化学液相沉积
化学镀 利用还原剂在镀层物质的溶液中进行化学还原反应，并在衬底表
面得到镀层的方法。
电化学沉积 利用在特定的电解液中的电解反应，在底板的衬底上进行镀膜的
方法。
溶胶-凝胶法 无机材料或高分子聚合物溶解，制成均匀溶液，将干净的玻片或 其它基片插入溶液，或滴数滴溶液在基片上，用离心甩胶等方法敷于
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生活中的薄膜
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生活中的薄膜
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化学成膜
有化学反应的使用与参与，利用物质间的化学反应实现 薄膜生长的方法。
• •
化学气相沉积(CVD – Chemical Vapor Deposition ) 液相反应沉积(液相外延)
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典型制备方法
物理气相沉积 (PVD)——原子分子的物理迁移 PLD，Megnetron Sputtering，ALD，MBE 化学气相沉积——原子分子的化学反应 CVD，AMO-CVD，溶胶凝胶法…
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薄膜材料历史
可能最早的纳米薄膜： 古代铜镜表面的防锈 层（纳米氧化锡薄膜） 其年代可以追溯到商 代，甚至更早。
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薄膜材料优点
薄膜材料是相对块体材料而言，但不是简单 地将块体材料压薄而成的，而是采用特殊的方法 在体材料表面制备一层与体材料性质完全不同的 物质层，它一般具有特殊的材料性能或性能组合。 在真空薄膜沉积过程中，可以看成是原子级 的铸造工艺，它是将单个原子一个一个地凝结在 衬底表面形成薄膜。
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薄膜材料定义
当固体或液体的一维线性尺度远远小于其他二 维时，我们将这样的固体或液体称为膜。 薄膜材料的厚度为1nm~1um之间，它无法单 独存在，只能依附在基底上。
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薄膜的形成机理
(2) 层生长型（Frank-Vanber Merwe型） 特点：沉积原子在衬底的表面以单原子层的形式均匀地覆盖 一层，然后再在三维方向上生长第二层、第三层……。 一般在衬底原子与沉积原子之间的键能接近于沉积原子相互 之间键能的情况下（共格）发生这种生长方式的生长。
化学液相沉积
概念：利用液相中进行的反应而沉积薄膜的方法。
主要方法： 液相外延技术 化学镀 电化学沉积 溶胶-凝胶法
LB膜技术
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化学液相沉积
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物理成膜
1. 定义 利用蒸发、溅射沉积或复合的技术，不涉及到化学反应,
成膜过程基本是一个物理过程而完成薄膜生长过程的技术,
以PVD为代表。 2. 成膜方法与工艺 真空蒸发镀膜（包括脉冲激光沉积、分子束外延） 溅射镀膜
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目 录
1
2
薄膜材料定义 薄膜材料制备 薄膜材料应用3薄膜制备方法电镀
湿式成膜 制备技术 干式成膜
化学镀 阳极氧化 涂覆法（喷涂、甩胶、浸涂） 溶胶-凝胶膜
物理气相沉积技术 （真空蒸镀、溅射镀膜……） 化学气相沉积技术 （热CVD、光CVD……）
以这种方式形成的薄膜，一般是单晶膜，并且和衬底有确定 的取向关系。例如在Au衬底上生长Pb单晶膜、在PbS衬底上生长 PbSe单晶膜等。