《薄膜物理第二章》課件

《薄膜物理第二章》PPT課件薄膜物理的基本概念薄膜的力學(xué)性質(zhì)薄膜的熱學(xué)性質(zhì)薄膜的光學(xué)性質(zhì)薄膜的電學(xué)性質(zhì)目錄CONTENTS01薄膜物理的基本概念薄膜是由單層或多層原子、分子或離子等物質(zhì)層構(gòu)成的一種非常薄的物質(zhì)層，通常在襯底上形成。根據(jù)薄膜的組成和結(jié)構(gòu)，可以分為金屬薄膜、絕緣體薄膜、半導(dǎo)體薄膜、介質(zhì)薄膜等。薄膜的定義和分類分類定義物理氣相沉積（PVD）包括真空蒸發(fā)、濺射、離子束沉積等?；瘜W(xué)氣相沉積（CVD）包括常溫CVD、等離子體增強(qiáng)CVD、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積（MOCVD）等。溶液法通過溶液中的化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)形成薄膜。薄膜的制備方法030201包括硬度、韌性、彈性模量等。力學(xué)性質(zhì)包括電阻率、介電常數(shù)、電導(dǎo)率等。電學(xué)性質(zhì)包括反射率、透射率、吸收率等。光學(xué)性質(zhì)包括磁導(dǎo)率、磁化強(qiáng)度等。磁學(xué)性質(zhì)薄膜的物理性質(zhì)02薄膜的力學(xué)性質(zhì)03彈性力學(xué)中的邊界條件和初始條件討論在薄膜分析中需要考慮的邊界條件和初始條件，以及這些條件對薄膜力學(xué)行為的影響。01彈性力學(xué)基本概念介紹彈性力學(xué)的基本原理、假設(shè)和符號規(guī)定，為后續(xù)薄膜力學(xué)性質(zhì)的分析奠定基礎(chǔ)。02彈性力學(xué)基本方程闡述彈性力學(xué)的基本方程，包括平衡方程、幾何方程和物理方程，以及這些方程在薄膜問題中的應(yīng)用。彈性力學(xué)基礎(chǔ)123介紹應(yīng)力與應(yīng)變的概念、定義和測量方法，以及它們在薄膜力學(xué)中的特殊意義。應(yīng)力與應(yīng)變的定義分析薄膜在受到外力作用時(shí)內(nèi)部的應(yīng)力分布情況，包括平面應(yīng)力和平面應(yīng)變狀態(tài)的應(yīng)力分布。薄膜中的應(yīng)力分布根據(jù)彈性力學(xué)理論，推導(dǎo)薄膜的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，并討論不同類型薄膜的應(yīng)力-應(yīng)變行為。薄膜的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系薄膜的應(yīng)力與應(yīng)變薄膜材料的彈性常數(shù)介紹不同類型薄膜材料的彈性常數(shù)，包括金屬薄膜、介質(zhì)薄膜和復(fù)合薄膜等。彈性常數(shù)對薄膜性能的影響分析彈性常數(shù)對薄膜力學(xué)性能、光學(xué)性能和熱學(xué)性能的影響，以及這些影響在實(shí)際應(yīng)用中的意義。彈性常數(shù)的定義與物理意義闡述彈性常數(shù)的概念、物理意義和測量方法，以及它們在薄膜力學(xué)中的重要性。薄膜的彈性常數(shù)薄膜的斷裂準(zhǔn)則介紹用于判斷薄膜是否發(fā)生斷裂的準(zhǔn)則，包括最大應(yīng)力準(zhǔn)則、能量釋放率準(zhǔn)則和混合準(zhǔn)則等。薄膜的疲勞性能分析薄膜在循環(huán)載荷作用下的疲勞性能，包括疲勞極限、壽命預(yù)測和疲勞失效機(jī)制等。提高薄膜的抗斷裂與疲勞性能探討提高薄膜抗斷裂與疲勞性能的方法和措施，包括優(yōu)化材料選擇、改進(jìn)制備工藝和引入增強(qiáng)結(jié)構(gòu)等。薄膜的斷裂與疲勞03薄膜的熱學(xué)性質(zhì)熱傳導(dǎo)是熱量在物質(zhì)內(nèi)部由高溫區(qū)域向低溫區(qū)域傳遞的過程。熱傳導(dǎo)定義主要包括電子傳導(dǎo)、晶格振動傳導(dǎo)和分子傳導(dǎo)等。熱傳導(dǎo)機(jī)制熱量傳遞的方向與溫度梯度的方向相反，熱量傳遞的速度與溫度梯度成正比。傅里葉定律熱傳導(dǎo)基礎(chǔ)衡量薄膜導(dǎo)熱能力的物理量，取決于薄膜的組成和結(jié)構(gòu)。薄膜熱導(dǎo)率薄膜的厚度、晶格結(jié)構(gòu)和界面熱阻等。影響薄膜熱導(dǎo)率的因素?fù)诫s、改變晶格結(jié)構(gòu)、降低界面熱阻等。增強(qiáng)薄膜熱導(dǎo)率的方法薄膜的熱傳導(dǎo)性能當(dāng)溫度升高時(shí)，物質(zhì)會發(fā)生體積膨脹的現(xiàn)象。熱膨脹定義熱膨脹系數(shù)熱容定義薄膜的熱容計(jì)算表示物質(zhì)在溫度升高1K時(shí)，單位長度的物質(zhì)發(fā)生的膨脹量。表示物質(zhì)吸收熱量時(shí)溫度升高或放出熱量時(shí)溫度降低的物理量。根據(jù)薄膜的質(zhì)量、比熱容和密度等因素進(jìn)行計(jì)算。薄膜的熱膨脹與熱容04薄膜的光學(xué)性質(zhì)當(dāng)光照射到薄膜表面時(shí)，部分光能被吸收轉(zhuǎn)化為熱能或其他形式的能量。光的吸收光的散射光的干涉光在通過薄膜時(shí)，由于薄膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性，導(dǎo)致光向各個(gè)方向散射。當(dāng)兩束或多束相干光波在薄膜中相遇時(shí)，它們會相互加強(qiáng)或抵消，形成干涉現(xiàn)象。030201光與物質(zhì)的相互作用折射率光在薄膜中傳播的速度與在真空中的速度之比。消光系數(shù)表示光通過薄膜后強(qiáng)度減弱的程度。薄膜的光學(xué)常數(shù)光學(xué)厚度薄膜的光學(xué)厚度定義為薄膜的折射率與其厚度的乘積。光學(xué)均勻性描述薄膜內(nèi)部光學(xué)性質(zhì)的一致性。薄膜的光學(xué)性能利用薄膜的光學(xué)性能，可以制作各種光學(xué)濾鏡，用于過濾特定波長的光。光學(xué)濾鏡通過在光學(xué)元件表面鍍制特定厚度的薄膜，可以增加反射光的強(qiáng)度。增反膜利用薄膜的光學(xué)性能，可以制作各種光學(xué)傳感器，用于檢測物質(zhì)的光學(xué)特性。光學(xué)傳感器薄膜的光學(xué)應(yīng)用05薄膜的電學(xué)性質(zhì)電導(dǎo)是衡量材料導(dǎo)電能力的物理量，定義為材料在單位電場強(qiáng)度下，通過單位面積的電流。電導(dǎo)的定義電導(dǎo)的單位電導(dǎo)率與電阻率的關(guān)系電導(dǎo)的單位是西門子（S），國際單位制中的基本單位是歐姆（Ω）。電導(dǎo)率是電阻率的倒數(shù)，兩者都是衡量材料導(dǎo)電能力的物理量。電導(dǎo)基礎(chǔ)金屬薄膜的電導(dǎo)性能金屬薄膜具有高電導(dǎo)率，主要依靠自由電子導(dǎo)電。電導(dǎo)率隨溫度升高而降低。電導(dǎo)率的測量測量薄膜的電導(dǎo)率通常采用四探針法，通過測量電流和電壓來計(jì)算電導(dǎo)率。半導(dǎo)體薄膜的電導(dǎo)性能半導(dǎo)體薄膜的電導(dǎo)率較低，受溫度、光照、摻雜等因素影響較大。薄膜的電導(dǎo)性能介電常數(shù)與電容率介電常數(shù)是衡量電介質(zhì)材料儲存電荷能力的物理量，電容率定義為介電常數(shù)的倒數(shù)。薄膜的介電損耗介電損耗是指電介質(zhì)在電場作用下的能量損耗，與材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)和分子極化有關(guān)。介電性能的測量測量薄膜的介電常數(shù)和介電損耗通常采用共振法或傳輸線法。薄膜的介電性能鐵電薄膜具有自發(fā)極化，當(dāng)受到外