薄膜材料的分析表征方法研究进展.

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1、宁波大学研究生期末考试答题纸(答案必须写在答题纸上)姓名:学号：课程名称:聚合物分析表征薄膜材料的制备与分析表征方法研究进展摘要：材料的表面与基体内部在结构和性能上都会存在差异，这就要求对薄膜材料的制备及其表征方法有基本的了解。分析了薄膜材料的分类、常见制备方法及其原理，对材料表面的组分、结构、形貌等分析方法进行了归纳总结。关键词：薄膜分类；制备；分析方法；薄膜分析技术应用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

2、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。1薄膜材料的分类薄膜材料[1]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。1.1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[2]、准晶薄膜[3]等。其中高温

3、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。第页，共页1.2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[4]、电极薄膜[5]、磁性薄膜[6]等。其中，光学薄膜主要用于光学和光电子技术领域，制造各种光学仪器，如反射膜、增

4、透膜、滤光膜、光学保护膜、偏振膜、分光膜和位相膜等；电极薄膜主要应用于太阳能电池及透明导电氧化物(TCO)薄膜;磁性薄膜一般按材料性质分为金属和非金属磁膜材料，按材料组织状态分为非晶、多层调制和微晶磁膜材料。磁膜材料广泛用于制造计算机存储，光通信中的磁光调制器、光隔离器和光环行器等;也用作磁记录薄膜介质、薄膜磁头和磁光记录盘等。2薄膜制备薄膜的制备方法很多，原理也有所不同，归纳起来，常见的薄膜制备方式主要有两种，物理气相沉积（PhysicalVaporDeposition,PVD)和等离子体化学气相沉积

5、（PlasmaChemicalVaporDeposition,PCVD)。其中物理气相沉积主要有3种常见的方法:磁控溅射镀膜、离子束溅射镀膜和脉冲激光沉积镀膜（PulsedLaserDeposition,PLD)[7-9]。以往薄膜制备主要采用PCVD方法,但此方法对于反应器工件的清洁度要求比较高，制备的薄膜表面比较粗糙。另外，由于是化学方法镀膜，对环境的污染比较大。相比之下,近年来兴起的PVD方法，综合性能比较好，所以目前薄膜制备更多采用的是PVD方法。2.1脉冲激光沉积镀膜PLD技术是将高能量的脉冲

6、激光束聚焦作用于靶材表面，使靶材瞬间在真空中蒸发，从而在衬底上沉积成膜的一种镀膜技术。特别适用于制备合金及化合物薄膜，即使靶材中不同组元有不同的蒸汽压，蒸发时也不会发生组分偏离.镀膜需要在真空下完成，通过PLD方法制得的薄膜成分与靶材成分基本一致,所以薄膜成分易控制，无需退火等苛刻条件，即可得到性能良好的薄膜，降低了制备的难度与成本。2.2磁控溅射镀膜磁控溅射镀膜主要有直流溅射镀膜和射频溅射镀膜两种，直流溅射镀膜只适合于金属，而射频溅射镀膜对金属和非金属都适用。第页，共页磁控溅射的基本原理是：系统抽到高

7、真空后，充入惰性气体（一般为氩气），在阴极和阳极间加几千伏电压，两极间即产生辉光放电。放电产生的正离子在电场作用下，高速轰击靶材，受碰撞后从靶面逸出的靶原子称为溅射原子，其能量在一至几十电子伏范围。溅射原子在基片表面沉积成膜。通过增加磁场控制溅射原子的路径，可大大提高沉积速率，提高镀膜的效率。由于在靶材表面建立与电场正交磁场,解决了二极溅射沉积速率低，等离子体离化率低等问题，是目前镀膜工业的主要方法之一。磁控溅射与其他镀膜技术相比具有如下特点:可制备成靶的材料范围广，几乎所有金属、合金和陶瓷材料都可以制

8、成靶材;在适当条件下，多元靶材共溅射方式,可沉积配比精确恒定的合金；在溅射的放电气氛中加入氧、氮或其他活性气体，可沉积形成靶材物质与气体分子的化合物薄膜;通过精确地控制溅射镀膜过程，容易获得均匀的高精度的膜厚;通过离子溅射靶材料物质由固态直接转变为等离子态，溅射靶的安装不受限制，适合于大容积镀膜室多靶布置设计;溅射镀膜具有速度快、膜层致密、附着性好等特点，很适合于大批量、高效率的工业生产。2.3离子束溅射镀膜离子束溅射镀膜（IonBeamS