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技术文章

薄膜的附着原理

    简单附着是在薄膜和基体之间存在一个很清楚的分界面。这种附着是由两个接触面相互吸引形成的。当两个不相似或不相容的表面相互接触时易形成这种附着。
    扩散附着是由于在薄膜和基体之间互相扩散或溶解形成一个渐变的界面。当到达基片的原子具有较大的动能(如溅射粒子),它们沉积到基片上时可发生较深的纵向扩散从而形成扩散附着。
    通过中间层的附着是在薄膜和基体之间形成一种化合物中间层,薄膜再通过这种中间层与基体间形成牢固的附着。由于薄膜与基体之间有这样一个中间层,所以两者之间形成的附着就没有单纯的界面。
    通过宏观效应的附着有机械锁合和双电层吸引等。机械锁合是一种宏观的机械作用。当基体表面比较粗糙,有各种微孔或微裂缝时,在薄膜形成过程中,人射到基片表面上的气相原子便进人到粗糙表面的各种缺陷、微孔或裂缝中形成机械锁合,如果基体表面上各种微缺陷分布均匀适当,通过机械锁合作用可提高薄膜的附着性能。
    附着的主要机理是吸附。根据吸附能大小的不同,又可分为物理吸附与化学吸附。
    物理吸附包括范德华力吸咐和静电力吸附。范德华力是一种短程力,当吸附原子间的距离略有增大时,它便迅速趋向于零。静电力是一种长程力,即使薄膜和基体之间有微小位移其吸引力也不会有较大变化。因此虽然静电力数值小一些,但它对附着力的贡献却较大。物理吸附的吸附能在0. 001eV^-0. 1eV范围。
    化学吸附是薄膜与基体之间形成化学键结合力产生的一种吸附。化学键的结合有三种:共价键、离子键和金属键。化学键吸引力是一种短程力,但数值上却比范德华力大得多。化学吸附的吸附能在0. 1eV^-0. 5eV范围。
    附着现象是出现在两种材料的表面上,与基体比表面自由能65、薄膜比表面自由能6r、薄膜与基体间的界面自由能6gr有关。

   界面自由能与两种材料的原子种类、原子间距和键合特征等有关。