材料科学与工程专业 文献综述1.docx

毕业设计5 （论文）文献综述题 目多层渐变结构TiMoAlON光热吸收膜的制备及性能表征专 业班 级学 生扌旨导老师武涛―副教授O 一二年目录第一章 磁控溅射技术简介 11.1 工作原理 11.2 磁控溅射的分类 1第二章PEM系统介绍 32.1 设计及工作原理 32.2 组成部分简述 4第三章 太阳能光热转换技术 63.1 概述 63.2 平板集热 63.3 光谱选择性吸收涂层的基本常识 8第四章 TiAlMoON 相关薄膜在光热转换等方面的研究及应用 114.1 纳米 AlON 高温抗氧化性行为及其团聚机理的研究 114.1.1 陶瓷氮氧化物抗氧化行为的研究以及防氧化措施 114.1.2 陶瓷氮氧化物的团聚机理 124.2 y -AlON-TiN复相材料热稳定性能的研究 134.3 TiN及AlN薄膜的光学性能研究 144.3.1 AlN和TiN薄膜的光学特性与溅射工艺的关系 144.3.2 总结 19结语 21参考文献 22第一章 磁控溅射技术简介磁控溅射是为了在低气压下进行高速溅射，必须有效地提高气体的离 化率通过在靶阴极表面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束来提高等 离子体密度以增加溅射率的方法［1］。

1.1 工作原理磁控溅射的工作原理是指电子在电场 E 的作用下，在飞向基片过程中 与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子；新电子飞向基 片， Ar 离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶 材发生溅射在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜 而产生的二次电子会受到电场和磁场作用，产生E（电场）xB（磁场）所指的方 向漂移，简称ExB漂移，其运动轨迹近似于一条摆线若为环形磁场，则 电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动，它们的运动路径不仅很长， 而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，并且在该区域中电离出大量 的 Ar 来轰击靶材，从而实现了高的沉积速率随着碰撞次数的增加，二次 电子的能量消耗殆尽，逐渐远离靶表面，并在电场 E 的作用下最终沉积在 基片上由于该电子的能量很低，传递给基片的能量很小，致使基片温升 较低［2］磁控溅射是入射粒子和靶的碰撞过程入射粒子在靶中经历复杂的散 射过程，和靶原子碰撞，把部分动量传给靶原子，此靶原子又和其他靶原 子碰撞，形成级联过程在这种级联过程中某些表面附近的靶原子获得向 外运动的足够动量，离开靶被溅射出来［3］。

1.2 磁控溅射的分类磁控溅射包括很多种类各有不同工作原理和应用对象但有一共同 点：利用磁场与电场交互作用，使电子在靶表面附近成螺旋状运行，从而 增大电子撞击氩气产生离子的概率所产生的离子在电场作用下撞向靶面 从而溅射出靶材靶源分平衡和非平衡式，平衡式靶源镀膜均匀，非平衡式靶源镀膜膜 层和基体结合力强平衡靶源多用于半导体光学膜，非平衡多用于磨损装 饰膜磁控阴极按照磁场位形分布不同，大致可分为平衡态和非平衡磁控 阴极平衡态磁控阴极内外磁钢的磁通量大致相等，两极磁力线闭合于靶 面，很好地将电子/等离子体约束在靶面附近，增加碰撞几率，提高了离化 效率，因而在较低的工作气压和电压下就能起辉并维持辉光放电，靶材利 用率相对较高，但由于电子沿磁力线运动主要闭合于靶面，基片区域所受 离子轰击较小.非平衡磁控溅射技术概念，即让磁控阴极外磁极磁通大于内 磁极，两极磁力线在靶面不完全闭合，部分磁力线可沿靶的边缘延伸到基 片区域，从而部分电子可以沿着磁力线扩展到基片，增加基片 磁控溅射 区域的等离子体密度和气体电离率.不管平衡非平衡，若磁铁静止，其磁场 特性决定一般靶材利用率小于 30%为增大靶材利用率，可采用旋转磁场 但旋转磁场需要旋转机构，同时溅射速率要减小。

旋转磁场多用于大型或 贵重靶如半导体膜溅射对于小型设备和一般工业设备，多用磁场静止 靶源［4］技术分类可以分为直流磁控溅射法和射频磁控溅射法直流溅射法要 求靶材能够将从离子轰击过程中得到的正电荷传递给与其紧密接触的阴 极，从而该方法只能溅射导体材料，不适于绝缘材料，因为轰击绝缘靶材 时表面的离子电荷无法中和，这将导致靶面电位升高，外加电压几乎都加 在靶上，两极间的离子加速与电离的机会将变小，甚至不能电离，导致不 能连续放电甚至放电停止，溅射停止故对于绝缘靶材或导电性很差的非 金属靶材，须用射频溅射法（RF）第二章 PEM 系统介绍PEM 等离子体辐射监视系统是一个多通道设备它可以广泛用于磁控 溅射以及其它等离子体辅助镀膜工艺的工艺控制过程它可以稳定溅射过 程、特别是反应溅射工艺从测量原理上来说，PEM是利用光学辐射分光镜来测量溅射源等物质 上的等离子体辐射强度再根据光强来调节和定量控制充入的反应气体量 这套系统可以用 ITO、TiO2、SiO2、TiN、A12O3、AIN、SnO2 或 Ta2O5 等 化合物［5］2.1 设计及工作原理PEM® 05 等离子体辐射监视系统包括以下部件：• MK 06测量单元（带有FS 05光纤系统以及MS 06测量系统）;• PEM® 05控制板（带有高电压放大器）；图 2-1 PEM 系统示意图在反应溅射中，PEM® 05控制环的作用是在反应气体的充入和靶上的 放电区之间形成一个闭合的空间连接。

这样，受控部件的最小反应时间常 数就可以达到10 ms控制阀总是仅提供反应气体，反应气体的气流量刚好 能够满足沉积膜层中的溅射靶料所需要的量因此，虽然并没有任何元件 用来测量反应气体相对于每个工艺点的分压，可是测量控制环实际上还是 控制着这个参数2.2 组成部分简述1 、测量单元 MK 06MK 06 测量单元是 PEM® 05 等离子体辐射监视系统的一个重要部 件，用于测量在185 ~ 650 nm 这个波长范围内的辐射光线或波段它特别 适用于磁控管上2、 PCV 25 控制阀PEM 控制环中的这个部件根据强度来控制靶附近充入的反应气体量 控制阀通过压电变形片以及密封元件来发挥作用如果驱动信号是一 个正的直流电压，这个薄片就会发生变形并同时形成一个微小的开口这 个开口的大小刚好可以允许规定数量的气流进入镀膜工艺室3、 阀放大器 HVA 04阀放大器的作用是根据 PEM® 05 控制器的输出产生一个最高可以达 到 150V 的电压这个主输入的电压可以驱动压电陶瓷阀这个高压信号 与地和 PEM® 05 控制板传过来的输入信号都绝缘 Sub-D 端子内部彼此 连接在一起4、PEM® 05 控制器工控机 工控机必须能履行如下功能：1、可以放置并为最多四个PEM® 05控制板供电2、具有菜单和对话框的用户界面3、已经安装的 PEM 控制器的模式控制4、状态监视5、PEM® 05 值的查询、显示和存储6、通过 LAN 进行 PEM® 05 控制板的网络连接和远程控制 工控机必须为每个 PEM® 05 控制单元分配好一个满尺寸的 ISA 插 槽。

由于 PEM® 05 控制单元非常薄，那么一个插槽就足够了软件可以管 理最多四个PEM® 05控制板，也就是说最多16个控制通道工控机必须能够满足如下要求：1、 每个 PEM® 05 控制单元 2 Kbyte 的自由 UMB 内存(范围在 COOOOh・・・FFFFFh )2、 为第一个单元准备一个空闲的中断线(INT3, 5, 7, 9,10,11,12或15)输入需要使用键盘和鼠标一般来说，软件系统只要有键盘就可以工作了但是，在 windows 环境下，操作起来会非常吃力计算机的性能越 好，驱动情况也就会越好特别是曲线的图形显示也会变得越柔和需要 的硬盘空间大概是几个Mb推荐使用17寸的显示器第三章 太阳能光热转换技术3.1 概述太阳能必须经过各种转换,才可能方便地服务社会各种太阳能利用成 功的关键在于太阳能转换技术现代意义上的太阳能转换技术开发的全部 内容可归纳为两个主要方面：（1）高效地收集太阳能，主要技术内容有：① 选择性表面技术；② 受光面的光学设计；③ 集热体的热结构设计与分析‘④ 装置的机械结构设计2）将收集的太阳能高效地转换为其他形式的有用能，主要技术内容有：① 尽可能降低能量转换过程中的各种热、电损失；② 优异的系统设计。

太阳能光热转换在太阳能工程中占有重要地位，其基本原理是通过特 制的太阳能 采光面，将投射到该面上的太阳能辐射能作最大限度地采集和 吸收，并转换为热能，加热水或空气，为各种生产过程或人们生活提供所 需的热能［6］3.2 平板集热太阳能平板集热器在70 年代就已经发明和应用，自从80 年代发明真 空管集热器，在整个业界太阳能平板集热器就慢慢退出市场（在广东，云 南，海南等省至今还有在推广和使用）因为太阳能平板集热器自身的设 计特点决定了它的散热损失较大，故温度大多运行在60°C以下真空管集 热器是在平板集热器基础上发展起来的新型集热装置目前，市场上已开 发很多形式的真空集热管，最常用的有全玻璃真空集热管、热管式真空集 热管、 U 形管真空集热管等［7］全玻璃真空管由玻璃外管、玻璃内管、选择性吸收涂层、弹簧支架（固定卡）、吸气剂等部件组成，其形状如一只细长的暖水瓶胆1 2 3 456图3-1 全玻璃真空管结构示意图1.玻璃外管 2.玻璃内管 3.选择性吸收涂层 4.真空5.弹簧支架（固定卡） 6.吸气剂 7.保护帽全玻璃真空管的一端开口，将内玻璃管和外玻璃管的管口进行环状熔 封；另一端分别封闭成半球形圆头，内玻璃管用弹簧支架支撑于外玻璃管 上，以缓冲热胀冷缩引起的应力。

在内玻璃管和外玻璃管之间的夹层抽成 高真空在外玻璃管尾端一般粘结一只金属保护帽内玻璃管的外表面涂 有选择性吸收涂层弹簧支架上装有吸气剂，它在蒸散以后用于吸收真空 集热管运行时产生的气体，起保持管内真空度的作用真空管太阳能的特点：1. 真空管太阳能工作原理是采用内管的吸热涂层对太阳光吸收，加热内 管里的水，在与水箱或連箱进行交换，提高水温作它在吸热的同时也会 进行散热，而热量的传递只有三种方式：辐射，传导，对流真空管太阳 能的三种散热传热方式均很小，内管的水银涂层防止热量辐射；内外管中 间的真空层防止热量传导；至于热量的对流散发对真空管太阳能而言，几 乎为零2. 真空管太阳能的使用寿命长：内外涂层在真空的环境里不受氧化，在 不受外力的情况下寿命超 20年以上3. 各种环境的影响：散热小，保温效果好，抗冻能力强（在南极都有优 良表现）；真空管对风的阻力小，抗风能力强；真空管是圆形的形状，受 外来冲击力小，抗冰雹能力强4. 真空管太阳能管的热效率高［8］3.3 光谱选择性吸收涂层的基本常识1. 光谱选择性吸收涂层的基本概念 光谱选择性吸收涂层，顾名思义，就是对光谱吸收具有选择性的涂层 材料简而言之，光谱选择性吸收涂层对可见光区有较高的吸收率（a），对 红外光区有较低的发射率（Q,这也是选择性吸收涂层光学性能的2个重要参 数。

由于太阳能与集热器吸收表面之间是通过粒子辐射形式进行传递的， 所以只有具备特殊性能的材料才能做到尽可能多地吸收太阳能，同时又尽 可能少地减少自身热辐射损失，从而达到提高太阳能光热转换效率的效果2. 光谱选择性吸收涂层的组成 具有光谱选择性吸收特性的材料，必须是一种复合材料，即由吸收太 阳光辐射和反射红外光谱2部分材料组成吸收辐射是指当辐射通过物质 时，其中某些频率的辐射被组成物质的粒子（原子、离子或分子等）选择性地 吸收，从而使辐射强度减弱的现象。