雕塑薄膜及其制备方法研究+文献综述(3)
2 薄膜技术与镀制工艺
2.1 薄膜的生长过程
薄膜的形成始于成核[22]。当蒸气原子接近基板表面，达到若干原子直径范围时，就进入基板的表面力场。如果入射原子到达基板表面后在法线方向上仍有相当大的动能，则在基板表面作短暂停留(约10-12s)后就被“反射”或再蒸发，如图2-1所示。如果入射原子的动能不是很大，则在到达基板表面后，失去法线方向的分速度而附着在基板表面。由于吸附原子仍保留平行于基板表面运动的动能，它将沿表面移动，并与其他原子一起生成原子对或原子团。并在表面上容易被捕获的地方(即原子尺寸大小的凹陷、弯角、台阶等捕获中心)形成临界核。这个临界核与接连不断地飞来的原子及邻近的核合并，当大小超过某一临界值时就成为稳定核。虽然稳定核的大小没有明确地定量，但一般认为是10个原子左右。如果吸附原子不能形成稳定核，则它将会被解吸。
图2-1 薄膜的成核过程
在薄膜成核以后，薄膜的生长过程可归结为以下四个主要阶段:
岛状阶段:当用电子显微镜观察在蒸气原子碰撞下的基板时，首先看到的是大小均匀的核突然充满视场，此时能够观察到的最小核的尺寸约为2--3 nm。这些核的生长是三文的，但平行于基板表面方向上的生长速度大于垂直方向的生长速度。这是因为核的生长主要是由基板表面的单原子扩散而不是由气相碰撞所决定的。这些核不断俘获生长，逐渐从圆球形核变成优尔面体孤立的岛。
聚结阶段:随着岛的长大，岛之间的距离减小，最后与相邻岛相遇合并。岛的形状呈优尔面体，因为优尔面体的自由能较小。岛聚结后，基板上所占的面积减小，表面能降低。聚结时基板表面空出的地方将再次成核。由于聚结过程伴随着结晶和晶粒生长，它对膜层的结构和性质无疑具有重要的影响。例如，岛聚结时具有一定的方向性，从而使膜具有特定的晶体结构。
沟渠阶段:当岛的分布达到临界状态时互相连接，逐渐形成网络结构。随着淀积的继续，最后剩下无规则的宽度只有5--20 nm的沟渠。沟渠内再次成核、聚结或与沟渠边缘接合，使沟渠消失而仅留下若干孔洞。
连续阶段:沟渠及孔洞消失以后，接着淀积的蒸气原子将堆砌在这些连续膜上，致使厚度迅速增加，并形成各种不同的结构。图2-2是用电子显微镜拍摄的薄膜生长过程。
图2-2 薄膜的生长过程
2.2 薄膜技术的发展
早在1817年，夫朗和费把玻璃抛光后用浓酸浸湿其表面24小时，他发现某些牌号的玻璃浸湿过的表面反射远小于未经浸湿过的，有些表面还呈现美丽的色彩。
在1819年，夫朗和费又进行了另一个实验，他将虫胶酒精溶液在玻璃上制造出了薄膜并发现与玻璃浸湿后的表面有相似的特点。于是确定的认为，上例中玻璃表面确实有一层膜。不过在那个时期，由于光学仪器尚不复杂，要求不高，光学薄膜尚无需求，因此薄膜理论和镀制技术发展十分缓慢。
1873年，麦克斯韦的电磁理论建立，完成了分析薄膜的光学性质的所必须的全部基础理论，人们对薄膜的光学性质的研究，是随着电磁学的发展而发展起来的，光的波动理论是它的基础。
第二次世界大战是现代化材料和工程的刺激物。光学薄膜，比如瞄准器上的减反膜，在战争中扮演了一个重要的角色，促使镀膜工业的成熟。随着完善的光学理论的成型，精确的光学测量设备和透射电子显微镜的面世，发展了对纳米量级的内部结构的观测，这时，在了解形态学和光学各向异性的关系方面，有了一个长足的进步[23]。
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