导图社区 薄膜电极的制备方法（磁控溅射为例）
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薄膜电极的制备方法 （磁控溅射为例）
等离子体（物质的第四态）
等离子状态与物质状态区别
固体状态——微观基本组元的热运动动能小于组元之间的相互作用势能→相互束缚空间位置相对固定
液体状态——分子热运动能与分子间相互作用势能相当→分子可自用移动，但在边界上大多数分子还不能克服表面束缚能
气体状态——分子热运动能克服分子间的相互作用势垒（包括表面束缚能）→分子成为彼此自由的个体，其占据最大可能占据的空间
等离子体状态——温度增高到使原子/分子间热运动动能与电离能相当的时候→部分电离气体，系统的基本组元变成离子、电子（可能含有大量的原子、分子）
电磁力开始作用→等离子体状态
等离子体特点
实际作为气态介质的等离子体
中性气体原子、分子、离子、自由的激发电子、光子
净电荷为0
带电离子相对很少（1000000个中性原子中可能有一个带电离子）
等离子体的形成
需对气体施加能量
热（温度＞4000℃），辐射，电场，磁场
形成过程
中性的气体分子/原子→存在少量的自由电子→热能可生成更多的自由电子→引入电场加速自由电子→加速的自由电子与气体分子发生碰撞→①解离②电离③激发
辉光效应
物理原理
在封闭容器内放置两个平行的电极板，产生的电子将中性原子或分子激发，激发态的粒子回到基态会以光的形式释放能量
辉光放电的空间分布 （直流电压加载于平行平板之间[阴/阳极]）
发光区域
多重电离/复合，激发/弛豫
光的颜色与所用的气体有关
一般很少用发光区域进行沉积
暗区
较大的电压降→离子加速
很少发生复合→不发光
绝大多数工作在此区域完成
阴阳极发光区域一般很弱→直流等离子体像由暗/明/暗构成
通常采用氩气
电离率高，易起辉
惰性气体，不反应
价格便宜
磁控溅射
原理
电子在电场作用下加速飞向基体的过程中与氩原子碰撞→电离出大量的氩离子、电子，电子飞向基体
氩离子在电场作用下加速轰击靶材，溅射出大量靶材原子/分子，呈中性的靶原子/分子沉积在基体上成膜
二次电子在加速飞向基片的过程中受到洛伦磁力的影响，被束缚在靠近靶面的等离子体区域内，该区域等离子体密度高，二次电子在磁场作用下碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材，经多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚→远离靶材，最终沉积在基片上
特点
磁控溅射由于磁场的设置，在靶材表面上方使磁场与电场方向垂直将电子轨迹限制到靶面附近
增加碰撞电离几率，对基片损伤小
可直达阳极的电子比例少
优势
所得的材料粒子与基体的附着力较强
溅射膜的厚度分布比蒸发膜均匀
适用于高熔点金属、合金和化合物材料成膜
硅基薄膜材料特点
无需导电剂、粘结剂可直接作为电极使用，且与集流体之间有很强的结合力
沉积的硅基薄膜通常为非晶态→降低体积效应
薄膜结构相较于硅颗粒而言，锂离子的扩散路径较短，硅基薄膜材料的比容量较高
硅基薄膜材料在嵌/脱锂的过程中，在二维平面发生的体积效应相对较小，有良好的循环性能
硅基薄膜的电化学性能取决于薄膜的成分、厚度、形貌结构等
①解离②电离③激发
①解离
气体分子分解为更小的“自由基”
自由基会自动复合成稳定态
②电离
（雪崩电离）
③激发
电子碰撞后，原子保持完整，但转变为激发态→激发态回落， 多余的能量转变为光子，能量发光释放→等离子体会发光（弛豫）
不同气体激发有不同的颜色
波长（颜色）与弛豫失去的能量有关
