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如何正確分析光學薄膜的成分
當小編在第一篇關于薄膜微觀結構的文章時,就介紹過薄膜的微觀結構包括兩方面,
一是薄膜表面與橫斷面的形貌,其主要表現為柱狀加空穴結構,柱狀幾乎垂直于表面生長,并且層與層之間有明顯的界限,上層柱體與下層柱體并不完全連續(xù),其與蒸發(fā)溫度及基板的溫度有很大關系。
二是薄膜內部的結晶機構。其與結晶時原子的遷移率有關,大多數薄膜都為多晶結構,這是由于薄膜材料從高溫蒸發(fā)源沉積在低溫基板上而迅速冷卻或淬火的緣故。通常淀積分子原子或分子重新排列需要一定的時間,而且在重新排列過程中會經歷較高溫的狀態(tài),如果冷卻速率大于結晶速率,則這種高溫狀態(tài)則會凍結在膜層內,形成多晶結構。在介紹薄膜微觀結構時,有過詳述,這里不在介紹。
今天介紹薄膜的成分,不同薄膜所用材料不盡相同,所以薄膜成分也就多種多樣,然而分析方法確實千篇一律。
薄膜材料經過固相-液相-氣相-固相或固相-氣相-固相轉化后在基板上凝固而成,因此不僅微觀結構和晶體結構,而且薄膜成分都會與塊狀材料不盡相同。
絕大多數金屬都是以原子形式蒸發(fā)的,但對一些半導體以及半金屬,它們多是以2個或2個以上的原子集合體蒸發(fā)的。
就Sb(銻)而言,Sb的四個原子都以4個相似的共價鍵相結合,故Sb膜中主要含有,同時混有少量的和Sb;
As(砷)主要含有和;
Bi(鉍)和Te(碲)主要含有和;
C(碳)、Ge(鍺)、Se(硒)、Si(硅)等中也都有類似的集合體。
化合物的情況更復雜。
對于硫屬化合物,蒸發(fā)時材料是分解的,例如:。但它們在基板上又重新化合了,因而仍能得到化學計量和化學計量一致的膜層。
CdS(硫化鎘)蒸汽分解時,可以得到Cd與S、、、。失硫現象比硫化鋅嚴重。
同時,氟化物也引起了不同程度度的失氟,下表1是幾種氟化物的失氟情況。
表一 距離的部分氟化物失氟的情況
Table I partial fluorination offluorides
膜層 | ||||||
原子 | ||||||
濃度比 | 1.3 | 3.6 | 1.3 | 1.4 | 1.5 | 0.6 |
失氟后的膜層吸附潮氣的能力的能力提高,這種失氟情況與蒸發(fā)源的的情況有密切關系,采用大容量的輻射蒸發(fā)源可得到塊狀化學計量近似一致的膜層。
在蒸發(fā)氧化物時,可觀察到分解的,即使是也包含著與。失氧最嚴重的是(氧化鈦)、(氧化鉭)和(氧化鎳)等。、、(氧化鈹)、(氧化鈷)幾乎接近于塊狀材料。
濺射也包含著大量的復合原子。離子加速器電壓越高,濺射的單原子分子就越少,以濺射Gu原子為例,對多晶銅靶,的加速原子為100eV時,Gu原子的含量約有5%左右,其余都是。對單晶Gu(100)靶,除含有和之外,還有。用和濺射Al,也可觀察到和。用濺射,濺射出來的99%是Ca與As的中性分子,其余才是CaAs分子。
薄膜化學成分的分析主要是借助表面分析技術,所謂表面分析技術,通常是用分子、光子或離子轟擊待分析的樣品表面,粒子與固體表面相互接觸,結果將引起,激發(fā)粒子的發(fā)射,即二次離子,利用這種激發(fā)和放射過程就能鑒定薄膜表面和薄膜的化學成分。
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