新兴的交叉学科—薄膜科学

本文所谈的薄膜是指沉积在固体表面上的、厚度只有几个纳米的薄膜。薄膜科学则是研究薄膜的产生、结构、人工合成方法以及性能的科学。目前，薄膜科学已作为物理学、化学、材料学和微电子学等学科的交叉科学正式问世，各类新的检测仪器的出现为薄膜科学研究创造了良好的条件。众所周知，绝大多数物品的性质是通过表面来实现的。制造物品整体需要的材料多，如果在其表面制备一层有特殊性能的薄膜，则可大大节省价格昂贵的材料。例如，以前使用的香烟包装纸是纯锡箔或纯铝箔，制作这样的锡箔或铝箔费时费力，且需要大量的锡材或铝材。现在改为镀铝覆铝包装纸，用铝量仅为纯铝箔的 1％，而且可进行机械化大量生产，成本大大降低。
     再如，硬质的TiC、TiN等薄膜在制造刀具、模具等方面发挥了很大威力，可提高刀具、模具寿命5倍以上，如果刀具和模具完全用TiC、TiN制造，成本则会大大提高，而且没有这个必要。我国古代对薄膜技术的研究和应用就已颇有成就。1965年在湖北发掘出土的两把“越王勾践自作用制”宝剑，虽已埋藏了2000多年，仍光彩夺目、锋利异常、毫无锈蚀。经现代化学分析发现，宝剑上的菱形格状黑色花纹是表面经过硫化处理而形成的。
     这种表面既抗腐蚀，又美观大方。现在，各种表面薄膜不仅在工业领域里大显身手，如微电子技术和光电技术的发展，许多集成电路的制造要用到不同品种的薄膜材料，在日常生活中薄膜材料的应用也越来越广泛。就拿金光灿灿的表壳、表链来说吧，有些并不是用真金制成的，闪烁金光的只是淀积在钢制表壳、表链表面上的氮化钛薄膜。这层薄膜色泽和耐磨性如同黄金。制造薄膜有许多方法，目前最常用的是化学气相沉积法（CVD）、金属有机化合物气相沉积法（MOCVD）、激光气相沉积法、L—B膜法、磁控溅射法、离子束溅射法等。气相沉积的基本原理是用化学或物理方法，使欲沉积的物质成为气相原子、离子或分子态，或由它们组成的聚集体——原子簇、离子簇等。这些粒子以一定的能量淀积在固体的表面，便形成薄膜。薄膜科学作为一门新兴交叉科学已在国内外被普遍重视，专家们认为20世纪 90 年代将是薄膜技术大发展的时代。薄膜科学的发展为新型材料的诞生开辟了新的途径，其前景是十分诱人的。