薄膜材料與技術(shù)-試題A卷試題-答案(共4頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上試題A卷試題 答案一、填空題在離子鍍膜成膜過程中，同時存在沉積和濺射作用，只有當(dāng)前者超過后者時，才能發(fā)生薄膜的沉積薄膜的形成過程一般分為：凝結(jié)過程、核形成與生長過程、島形成與結(jié)合生長過程薄膜形成與生長的三種模式：層狀生長，島狀生長，層狀-島狀生長在氣體成分和電極材料一定條件下，起輝電壓V只與 氣體的壓強P 和 電極距離 的乘積有關(guān)。二、解釋下列概念1、氣體分子的平均自由程每個分子在連續(xù)兩次碰撞之間的路程稱為自由程，其統(tǒng)計平均值：稱為平均自由程， 2、飽和蒸氣壓：在一定溫度下，真空室內(nèi)蒸發(fā)物質(zhì)與固體或液體平衡過程中所表現(xiàn)出的壓力。3、凝結(jié)系數(shù)： 當(dāng)蒸發(fā)的氣相原子入射到基

2、體表面上，除了被彈性反射和吸附后再蒸發(fā)的原子之外，完全被基體表面所凝結(jié)的氣相原子數(shù)與入射到基體表面上總氣相原子數(shù)之比。4、物理氣相沉積法：物理氣相沉積法 (Physical vapor deposition)是利用某種物理過程，如物質(zhì)的蒸發(fā)或在受到粒子轟擊時物質(zhì)表面原子的濺射等現(xiàn)象，實現(xiàn)物質(zhì)原子從源物質(zhì)到薄膜的可控轉(zhuǎn)移的過程5、濺射：濺射是指荷能粒子轟擊固體表面 (靶)，使固體原子(或分子)從表面射出的現(xiàn)象三、回答下列問題1、真空的概念？怎樣表示真空程度，為什么說真空是薄膜制備的基礎(chǔ)？在給定的空間內(nèi)，氣體的壓強低于一個大氣壓的狀態(tài)，稱為真空真空度 、壓強、氣體分子密度：單位體積中氣體分子數(shù)；氣

3、體分子的平均自由程；形成一個分子層所需的時間等 物理氣相沉積法中的真空蒸發(fā)、濺射鍍膜和離子鍍等是基本的薄膜制備技術(shù)。它們均要求沉積薄膜的空間有一定的真空度。2、討論工作氣體壓力對濺射鍍膜過程的影響？在相對較低的壓力下，電子的平均自由程較長，電子在陽極上消耗的幾率增大，通過碰撞過程引起氣體分子電離的幾率較低。同時，離子在陰極上濺射的同時發(fā)射出二次電子的幾率又由于氣壓較低而相對較小。這些均導(dǎo)致低壓條件下濺射的速率很低。在相對較低的壓力下，入射到襯底表面的原子沒有經(jīng)過很多次碰撞，因而其能量較高，這有利于提供沉積時原子的擴散能力，提供沉積組織的致密性在相對較高的壓力下，濺射出來的靶材原子甚至?xí)簧⑸浠?/p>

4、靶材表面沉降下來，因而沉積到襯底的幾率反而下降在相對較高的壓力下，使得入射原子的能量降低，這不利于薄膜組織的致密化濺射法鍍膜的沉積速率將會隨著氣壓的變化出現(xiàn)一個極大值3、物理氣相沉積法的共同特點？(1) 需要使用固態(tài)的或者熔融態(tài)的物質(zhì)作為沉積過程的源物質(zhì)(2) 源物質(zhì)經(jīng)過物理過程而進入氣相(3) 需要相對較低的氣體壓力環(huán)境(4) 在氣相中及在襯底表面并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)4、簡述化學(xué)氣相沉積的特點？(1) 既可以制備金屬薄膜、非金屬薄膜，又可按要求制備多成分的合金薄膜(2) 成膜速度可以很快，每分鐘可達幾個微米甚至數(shù)百微米(3) CVD反應(yīng)在常壓或低真空進行，鍍膜的繞射性好，對于形狀復(fù)雜的表面或工件

5、的深孔、細孔都能均勻鍍覆，在這方面比PVD優(yōu)越得多(4) 能得到純度高、致密性好、殘余應(yīng)力小、結(jié)晶良好的薄膜鍍層。由于反應(yīng)氣體、反應(yīng)產(chǎn)物和基體的相互擴散，可以得到附著力好的膜層，這對表面鈍化、抗蝕及耐磨等表面 增強膜是很重要的(5) 由于薄膜生長的溫度比膜材料的熔點低得多，由此可以得到純度高、結(jié)晶完全的膜層，這是有些半導(dǎo)體膜層所必須的(6) CVD方法可獲得平滑的沉積表面(7) 輻射損傷低。這是制造MOS半導(dǎo)體器件等不可缺少的條件化學(xué)氣相沉積的主要缺點是：反應(yīng)溫度太高，一般要1000左右，許多基體材料都耐受不住CVD的高溫，因此限制了它的應(yīng)用范圍5、輝光放電過程中為什么P·d太小或太

6、大，都不容易起輝放電？如果氣體壓強太低或極間距離太小，二次電子在到達陽極前不能使足夠的氣體分子被碰撞電離，形成一定數(shù)量的離子和二次電子，會使輝光放電熄滅氣體壓強太高或極間距離太大，二次電子因多次碰撞而得不到加速，也不能產(chǎn)生輝光6、真空蒸發(fā)系統(tǒng)應(yīng)包括那些組成部分？(1) 真空室，為蒸發(fā)過程提供必要的真空環(huán)境(2) 蒸發(fā)源或蒸發(fā)加熱器，放置蒸發(fā)材料并對其加熱(3) 基板，用于接受蒸發(fā)物質(zhì)并在其表面形成固態(tài)薄膜(4) 基板加熱器及測溫器等7、什么是等離子體？以及等離子體的分類（按電離程度）？帶正電的粒子與帶負電的粒子具有幾乎相同的密度，整體呈電中性狀態(tài)的粒子集合體按電離程度等離子體可分為部分電離及弱

7、電離等離子體和完全電離等離子體兩大類部分電離及弱電離等離子體中大部分為中性粒子，只有部分或極少量中性粒子被電離完全電離等離子體中所有中性粒子都被電離，而呈離子態(tài)、電子態(tài)8、簡述化學(xué)吸附的特點？1. 吸附力是由吸附劑與吸附質(zhì)分子之間產(chǎn)生的化學(xué)鍵力，一般較強。2. 吸附熱較高，接近于化學(xué)反應(yīng)熱，一般在40kJ/mol 以上3. 吸附有選擇性，固體表面的活性位只吸附與之可發(fā)生反應(yīng)的氣體分子，如酸位吸附堿性分子，反之亦然4. 吸附很穩(wěn)定，一旦吸附，就不易解吸5.吸附是單分子層的6. 吸附需要活化能，溫度升高，吸附和解吸速率加快9、簡述分子束外延鍍膜的特點：(1) MBE雖然也是一個以氣體分子運動論為基

8、礎(chǔ)的蒸發(fā)過程，但它不是以蒸發(fā)溫度為控制參數(shù)，而是以系統(tǒng)中的四極質(zhì)譜儀、原子吸收光譜等近代分析儀器，精密地監(jiān)控分子束的種類和強度，從而嚴(yán)格控制生長過程和生長速率(2) MBE是一個超高真空的物理沉積過程，既不需要考慮中間化學(xué)反應(yīng)，又不受質(zhì)量傳輸?shù)挠绊懀⑶依每扉T可對生長和中斷瞬時調(diào)整。膜的組分和摻雜濃度可隨源的變化作迅速調(diào)整(3) MBE的襯底溫度低，因此降低了界面上熱膨脹引入的晶格失配效應(yīng)和襯底雜質(zhì)對外延層的自摻雜和擴散的影響(4) MBE是動力學(xué)過程，即將入射的中性粒子(原子或分子)一個一個地堆積在襯底上進行生長，而不是一個熱力學(xué)過程，所以它可生長按照普通熱平衡生長方法難以生長的薄膜(5)

9、 MBE的另一顯著特點是生長速率低，大約m/h，相當(dāng)于每秒生長一個單原子層，因此有利于實現(xiàn)精確控制厚度、結(jié)構(gòu)與成分和形成陡峭異質(zhì)結(jié)等。 MBE特別適于生長超晶格材料(6) MBE是在一個超高真空環(huán)境中進行的，而且襯底和分子束源相隔較遠，因此可用多種表面分析儀器實時觀察生長面上的成分結(jié)構(gòu)及生長過程，有利于科學(xué)研究10、簡述CVD輸運反應(yīng)的原理把需要沉積的物質(zhì)當(dāng)作源物質(zhì)(不揮發(fā)性物質(zhì))，借助于適當(dāng)?shù)臍鈶B(tài)介質(zhì)與之反應(yīng)而形成一種氣態(tài)化合物，這種氣態(tài)化合物經(jīng)化學(xué)遷移或物理載帶(利用載氣)輸運到與源區(qū)溫度不同的沉積區(qū)，并在基板上發(fā)生逆向反應(yīng)，使源物質(zhì)重新在基板上沉積出來，這樣的過程稱為化學(xué)輸運反應(yīng)。四、證

10、明下列公式 合金中組元A、B的蒸發(fā)速率之比可表示為 試證明之 證明：合金中各成分的蒸發(fā)速率為A、B兩種成分的蒸發(fā)速率之比為合金中組元A、B的蒸發(fā)速率之比為五、計算：處于1527下的鎳鉻合金(Ni 80%, Cr 20%)在PCr=10Pa, PNi=1Pa時，它們的蒸發(fā)速率之比 (MNi= 58.7 MCr = 52.0) 六、下圖表示濺射薄膜組織的四種典型斷面結(jié)構(gòu)及襯底相對溫度和濺射氣壓對薄膜組織的影響，試分析各種組織的形成條件和特點。(10分)在溫度很低、氣體壓力較高的條件下，入射粒子的能量很低。這種情況下形成的薄膜具有形態(tài)1型的微觀組織。沉積組織呈現(xiàn)一種數(shù)十納米的細纖維狀的組織形態(tài)，纖維

11、內(nèi)部缺陷密度很高或者就是非晶態(tài)結(jié)構(gòu)；纖維間的結(jié)構(gòu)明顯疏松，存在許多納米尺度的孔洞。此種膜的強度很低。形態(tài)T型的組織是介于形態(tài)1和形態(tài)2的過渡型組織。此時沉積的溫度仍然很低，沉積過程中臨界核心的尺寸仍然很小。形態(tài)1組織向形態(tài)T組織轉(zhuǎn)變的溫度與濺射時的氣壓有關(guān)。濺射氣壓越低，即入射粒子的能量越高，則發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度越向低溫方向移動。Ts Tm0.30.5溫度區(qū)間的形態(tài)2型的組織是原子表面擴散進行得較為充分時形成的薄膜組織。形成的組織為各個晶粒分別外延而形成的均勻的柱狀晶組織，柱狀晶的直徑隨沉積溫度的增加而增加。晶粒內(nèi)部缺陷密度較低，晶粒邊界的致密性較好，這使得薄膜具有較高的強度。襯底溫度的繼續(xù)升高(Ts Tm >