薄膜物理與技術基本概念常識大全1

1、薄膜物理基礎知識大全10弟一早:最可幾速度:平均速度：均方根速度: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;3RTRT1.73.MM其統(tǒng)計平均值成為平均自由程。kT,22P常用壓強單位的換算仃orr=133.322Pax10-3Torr1mba=100Pa1atm=1.013*100000Pa真空區(qū)域的劃分、真空計、各種真空泵粗真空1X105to1X102Pa低真空1X102to1X10-1Pa高真空1x10-1to1x10-6Pa超高真空<1X10-6Pa旋轉式機械真空泵油擴散泵復合分子泵屬于氣體傳輸泵，即通過氣體吸入并排出真空泵從而到達排氣的目的分子篩吸附泵鈦升華泵濺射

2、離子泵低溫泵屬于氣體捕獲泵，即通過各種吸氣材料特有的吸氣作用將被抽氣體吸除，以到達所需真空。不需要油作為介質，又稱為無油泵絕對真空計：U型壓力計、壓縮式真空計相對真空計：放電真空計、熱傳導真空計、電離真空計機械泵、擴散泵、分子泵的工作原理，真空計的工作原理第二章：1. 什么是飽和蒸氣壓、蒸發(fā)溫度？在一定溫度下，真空室內蒸發(fā)物質的蒸氣與固體或液體平衡過程中所表現出來的壓規(guī)定物質在飽和蒸氣壓為10-2Torr時的溫度2. 克-克方程及其意義？dPvHvHBHvBdTTVgVs1npzc而lgPvAgsRII3. 蒸發(fā)速率、溫度變化對其影響？根據氣體分子運動論，在氣體壓力為P時，單位時間內碰撞單位面

3、積器壁上的分子數量，即碰撞分子流量通量或蒸發(fā)速率J：蒸發(fā)源溫度微小變化就可以引起蒸發(fā)速率的很大變化4. 平均自由程與碰撞幾率的概念。蒸發(fā)分子在兩次碰撞之間所飛行的平均距離熱平衡條件下，單位時間通過單位面積的氣體分子數為5. 點蒸發(fā)源和小平面蒸發(fā)源特性？能夠從各個方向蒸發(fā)等量材料的微小球狀蒸發(fā)源稱為點蒸發(fā)源點源。這種蒸發(fā)源的發(fā)射特性具有方向性，使得在alpha角方向蒸發(fā)的材料質量和cos(alpha)成正比。6. 拉烏爾定律？如何控制合金薄膜的組分？在定溫下，在稀溶液中，溶劑的蒸氣壓等于純溶劑蒸氣壓乘以溶液中溶劑的物質的量分數在真空蒸發(fā)法制作合金薄膜時，為保證薄膜組成，經常采用瞬時蒸發(fā)法、雙蒸發(fā)

4、源法等。7. MBE勺特點？(分子束外延)外延:在一定的單晶材料襯底上，沿襯底某個指數晶面向外延伸生長一層單晶薄膜。1) MBE可以嚴格控制薄膜生長過程和生長速率。MBE雖然也是以氣體分子論為基礎的蒸發(fā)過程，但它并不以蒸發(fā)溫度為控制參數，而是以四極質譜、原子吸收光譜等近代分析儀器，精密控制分子束的種類和強度。2) MBE是一個超高真空的物理淀積過程，即不需要中間化學反應，又不受質量輸運的影響，利用快門可對生長和中斷進行瞬時控制。薄膜組成和摻雜濃度可以隨源的變化作迅速調整。3) MBE的襯底溫度低，降低了界面上熱膨脹引入的品格失配效應和襯底雜質對外延層自摻雜擴散的影響。4) MBE是一個動力學過

5、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，而不是一個熱力學過程，所以它可以生長普通熱平衡生長難以生長的薄膜。5) MBE生長速率低，相當于每秒生長一個單原子層，有利于精確控制薄膜厚度、結構和成分，形成陡峭的異質結結構。特別適合生長超晶格材料。6) MBE在超高真空下進行，可以利用多種外表分析儀器實時進行成分、結構及生長過程分析，進行科學研究。8. 膜厚的定義？監(jiān)控方法？厚度：是指兩個完全平整的平行平面之間的距離。理想薄膜厚度：基片外表到薄膜外表之間的距離。監(jiān)控方式見書上詳解P50第二章：1. 濺射鍍膜與真空鍍膜相比，有何特點？1) 任何物質都可以濺射，尤其是高熔點金屬、低

6、蒸氣壓元素和化合物；2) 濺射薄膜與襯底的附著性好；3) 濺射鍍膜的密度高、針孔少，膜層純度高；4) 膜層厚度可控性和重復性好。5) 濺射設備復雜，需要高壓裝置；6) 成膜速率較低m。2. 正常輝光放電和異常輝光放電的特征？在正常輝光放電區(qū)，陰極有效放電面積隨電流增加而增大，從而使有效區(qū)內電流密度保持恒定。當整個陰極均成為有效放電區(qū)域后，只有增加陰極電流密度，才能增大電流，形成均勻而穩(wěn)定的“異常輝光放電”，并均勻覆蓋基片，這個放電區(qū)就是濺射區(qū)域。3. 射頻輝光放電的特點？i. 在輝光放電空間產生的電子可以獲得足夠的能量，足以產生碰撞電離；ii. 由于減少了放電對二次電子的依賴，降低了擊穿電壓；

7、iii. 射頻電壓可以通過各種阻抗偶合，所以電極可以是非金屬材料。4. 濺射的概念及濺射參數。濺射是指荷能粒子轟擊固體外表靶，使固體原子或者分子從外表射出的現象。1) 濺射閾值2) 濺射率及其影響因素3) 濺射粒子的速度和能量分布4) 濺射原子的角度分布5) 濺射率的計算5. 濺射機理濺射現象是被電離氣體的離子在電場中加速并轟擊靶面，而將能量傳遞給碰撞處的原子，導致很小的局部區(qū)域產生高溫，使靶材融化，發(fā)生熱蒸發(fā)。濺射完全是一個動量轉移過程該理論認為，低能離子碰撞靶時，不能直接從外表濺射出原子，而是把動量傳遞給被碰撞的原子，引起原子的級聯碰撞。這種碰撞沿晶體點陣的各個方向進行。碰撞因在最緊密排列

8、的方向上最有效，結果晶體外表的原子從近鄰原子得到越來越多的能量。當原子的能量大于結合能時，就從外表濺射出來6. 二極直流濺射、偏壓濺射、三極或四極濺射、射頻濺射、磁控濺射、離子束濺射系統(tǒng)的結構和原理二極直流濺射：是依賴離子轟擊陰極所發(fā)射的次級電子來維持輝光放電靶與基板的距離以大于陰極暗區(qū)的3-4倍為宜。直流二極濺射射頻二極濺射偏壓濺射：結構、基片施加負偏壓。三極或四極濺射：熱陰極發(fā)射的電子與陽極產生等離子體靶相對于該等離子體為負電位、為使放電穩(wěn)定，增加第四個電極穩(wěn)定化電極射頻濺射：等離子體中的電子容易在射頻場中吸收能量并在電場內振蕩，與工作氣體的碰撞幾率增大，從而使擊穿電壓和放電電壓顯著降低。

9、磁控濺射：使用了磁控靶在陰極靶的外表上形成一個正交的電磁場。濺射產生的二次電子在陰極位降區(qū)內被加速成為高能電子，但是它并不直接飛向陽極，而在電場和磁場的作用下作擺線運動。高能電子束縛在陰極外表與工作氣體分子發(fā)生碰撞，傳遞能量，并成為低能電子。離子束濺射系統(tǒng)：離子束由惰性氣體或反應氣體的離子組成，離子能量高，它們打到由薄膜材料構成的靶上，引起靶原子濺射，并在襯底上形成薄膜。第四章：1 .離子鍍膜系統(tǒng)工作的必要條件？1) 造成一個氣體放電的空間；2)將鍍料原子(金屬原子或非金屬原子)引進放電空間，使其部別離化2 .離子鍍膜的原理及薄膜形成條件？nnj104N淀積過程jn-A60M以為淀積原子在基片

10、外表的淀積速率;P為薄膜質量密度；M為淀積物質的摩爾質量;NA阿佛加德羅常數。濺射過程：nj10 3 j1.6 10 190.63 1016j/cm2 sj是入射離子形成的電流密度3 .離子鍍膜技術的分類？按薄膜材料氣化方式分類：電阻加熱、電子束加熱、高頻感應加熱、陰極弧光放電加熱等。按原子或分子電離和激活方式分類：輝光放電型、電子束型、熱電子型、電弧放電型、以及各種離子源。4 .直流二極離子鍍、三極和多陰極離子鍍、活性反應離子鍍、射頻離子鍍的原理和特點？直流二極離子鍍：利用二極間的輝光放電產生離子、并由基板所加的負電壓對其加速轟擊離子能量大，引起基片溫度升高，薄膜外表粗糙，質量差；工藝參數難

11、于控制。附著力方面優(yōu)于其它的離子鍍方法。三極和多陰極離子鍍：1) 可實現低氣壓下的離子鍍膜。真空度比二級型離子鍍的真空度大約高一個數量級。所以，鍍膜質量好，光澤致密2) 通過改變輔助陰極(多陰極)的燈絲電流來控制放電狀態(tài)。3) 防止了直流二極型離子鍍?yōu)R射嚴重、成膜粗糙、溫升高而難以控制的弱點?；钚苑磻x子鍍：在離子鍍膜基礎上，假設導入與金屬蒸氣起反應的氣體，如O2N2、C2H2CH描代替Ar或摻入Ar之中，并用各種不同的放電方式使金屬蒸氣和反應氣體的分子、原子激活、離化、使其活化，促進其間的化學反應，在基片外表就可以獲得化合物薄膜，這種方法稱為活性反應離子鍍法。特點：1) 電離增加了反應物的活

12、性，在溫度較低的情況下就能獲得附著性能良好的碳化物、氮化物薄膜。2) 可以在任何材料上制備薄膜，并可獲得多種化合物薄膜。3) 淀積速率高。4) 調節(jié)或改變蒸發(fā)速率及反應氣體壓力可以十分方便地制取不同配比、不同結構、不同性質的同類化合物。5) 由于采用了大功率、高功率密度的電子束蒸發(fā)源，幾乎可以蒸鍍所有金屬和化合物。6) 清潔，無公害。射頻離子鍍：1以蒸發(fā)源為中心的蒸發(fā)區(qū)；2以線圈為中心的離化區(qū)；3以基板為中心，使生成的離子加速，并沉積在基板特點：a) 蒸發(fā)、離化、加速三種過程可分別獨立控制，離化率靠射頻激勵，而不是靠加速直流電場，基板周圍不產生陰極暗區(qū)。b) 在10-1-10-3Pa的較低工作

13、壓力下也能穩(wěn)定放電，而且離化率較高，薄膜質量好。c) 容易進行反應離子鍍。d) 和其它離子鍍方法相比，基板溫升低而且較容易控制。第五章：1. CVM力學分析的主要目的？預測某些特定條件下某些CVD反應的可行性化學反應的方向和限度。2. CVD±程自由能與反應平衡常數的過程判據？Kpnp(生成物)m號(反應物)Gr2.3RTlogKp小于零則反應i1'j13. CVCB力學基本內容？反應速率及其影響因素？反應動力學是一個把反應熱力學預言變?yōu)楝F實，使反應實際進行的問題；它是研究化學反應的速度和各種因素對其影響的科學。反應速率是指在反應系統(tǒng)的單位體積中，物質反應物或產物隨時間的變化

14、率。較低襯底溫度下，T隨溫度按指數規(guī)律變化。較高襯底溫度下，反應物及副產物的擴散速率為決定反應速率的主要因素。4. 熱分解反應、化學合成反應及化學輸運反應及其特點？熱分解反應吸熱反應：該方法在簡單的單溫區(qū)爐中，在真空或惰性氣體保護下加熱基體至所需溫度后，導入反應物氣體使之發(fā)生熱分解，最后在基體上沉積出固體圖層。化學合成反應：指兩種或兩種以上的氣態(tài)反應物在熱基片上發(fā)生的相互反應?；瘜W合成反應法比熱分解法的應用范圍更加廣泛?？梢灾苽鋯尉А⒍嗑Ш头蔷П∧?。容易進行摻雜。化學輸運反應：將薄膜物質作為源物質無揮發(fā)性物質，借助適當的氣體介質與之反應而形成氣態(tài)化合物，這種氣態(tài)化合物經過化學遷移或物理輸運到與

15、源區(qū)溫度不同的沉積區(qū)，在基片上再通過逆反應使源物質重新分解出來5. CVD勺必要條件？1) 在沉積溫度下，反應物具有足夠的蒸氣壓，并能以適當的速度被引入反應室；2) 反應產物除了形成固態(tài)薄膜物質外,都必須是揮發(fā)性的；3) 沉積薄膜和基體材料必須具有足夠低的蒸氣壓6 .什么是冷壁CVD什么是熱壁CVD特點是什么？冷壁CVD器壁和原料區(qū)都不加熱，僅基片被加熱，沉積區(qū)一般采用感應加熱或光輻射加熱。缺點是有較大溫差，溫度均勻性問題需特別設計來克服。適合反應物在室溫下是氣體或具有較高蒸氣壓的液體。熱壁CVD器壁和原料區(qū)都是加熱的，反應器壁加熱是為了防止反應物冷凝。管壁有反應物沉積，易剝落造成污染。7 .

16、什么是開管CVD什么是閉管CVD特點是什么？開管式：1) 能連續(xù)地供氣和排氣，物料的運輸一般是靠惰性氣體來實現的。反應總處于非平衡狀態(tài)，而有利于形成薄膜沉積層至少有一種反應產物可連續(xù)地從反應區(qū)排出。2) 在大多數情況下，開口體系是在一個大氣壓或稍高于一個大氣壓下進行的。但也可在真空下連續(xù)地或脈沖地供氣及不斷地抽出副產物。3) 開口體系的沉積工藝容易控制，工藝重現性好，工件容易取放，同一裝置可反復多次使用。4) 有立式和臥式兩種形式。閉管式:把一定量的反應物和適當的基體分別放在反應器的兩端，抽空后充入一定的輸運氣體，然后密封，再將反應器置于雙溫區(qū)爐內，使反應管內形成溫度梯度。閉管法的優(yōu)點：污染的

17、時機少，不必連續(xù)抽氣保持反應器內的真空，可以沉積蒸氣壓高的物質。閉管法的缺點：材料生長速率慢，不適合大批量生長，一次性反應器，生長成本高；管內壓力檢測困難等。8.什么是低壓CVDffi等離子CVD、早期CVDfe術以開管系統(tǒng)為主低壓下氣體擴散系數增大，使氣態(tài)反應物和副產物的質量傳輸速率加快，形成薄膜的反應速率增加。等離子化學氣相沉積如果能在反應室內形成低溫等離子體如輝光放電，則可以利用在等離子狀態(tài)下粒子具有的較高能量，使沉積溫度降低。第六章：1. 什么是化學鍍？它與化學沉積鍍膜的區(qū)別？化學鍍膜是指在復原劑的作用下，使金屬鹽中的金屬離子復原成原子，在基片外表沉積的鍍膜技術，又稱無電源電鍍?；瘜W鍍

18、不加電場、直接通過化學反應實現薄膜沉積?；瘜W鍍膜的復原反應必須在催化劑的作用下才能進行，且沉積反應只發(fā)生在基片外表上?；瘜W沉積鍍膜：復原反應是在整個溶液中均勻發(fā)生的，只有一部分金屬在基片上形成薄膜，大部分形成粉粒沉積物2. 自催化鍍膜的特點？自催化是指參與反應物或產物之一具有催化作用的反應過程。1) 可以在復雜形狀外表形成薄膜；2) 薄膜的孔隙率較低；3) 可直接在塑料、陶瓷、玻璃等非導體外表制備薄膜；4) 薄膜具有特殊的物理、化學性能；5) 不需要電源，沒有導電電極。3. Sol-Gel鍍膜技術的特點和主要過程？采用金屬醇鹽或其它鹽類作為原料，通常溶解在醇、醚等有機溶劑中形成均勻溶液solu

19、tion，該溶液經過水解和縮聚反應形成溶膠sol，進一步聚合反應實現溶膠-凝膠轉變形成凝膠gel，在經過熱處理脫除溶劑和水，最后形成薄膜。優(yōu)點：高度均勻性；高純度；可降低燒結溫度；可制備非晶態(tài)薄膜；可制備特殊材料薄膜、纖維、粉體、多孔材料等缺點：原料價格高；收縮率高，容易開裂；存在殘余微氣孔；存在殘余的羥基、碳等；?有機溶劑有毒。主要步驟：?復合醇鹽的制備；?成膜勻膠、浸漬提拉；?水解和聚合；?干燥；?焙燒。4. 陽極氧化鍍膜和電鍍的原理和特點？陽極氧化技術：金屬或合金在適當的電解液中作為陽極，并施加一定的直流電壓，由于電化學反應在陽極外表形成氧化物薄膜的方法1) 采用陽極氧化法生成的氧化膜的

20、結構、性質、色調隨電解液的種類、電解條件的不同而變化。2) 用陽極氧化法得到的氧化物薄膜大多是無定形結構。由于多孔性使得外表積特別大，所以顯示明顯的活性，既可吸附染料也可吸附氣體。3) 化學性質穩(wěn)定的超硬薄膜耐磨損性強，用封孔處理法可將孔隙塞住，使薄膜具有更好耐蝕性和絕緣性。4) 利用著色法可以使膜具有裝飾效果。電鍍：指在含有被鍍金屬離子的水溶液中通入直流電流，使正離子在陰極外表沉積，得到金屬薄膜的工藝過程。1) 膜層缺陷：孔隙、裂紋、雜質污染、凹坑等；2) 上述缺陷可以由電鍍工藝條件控制；3) 限制電鍍應用的最重要因素之一是拐角處鍍層的形成；4) 在拐角或邊緣電鍍層厚度大約是中心厚度的兩倍；

21、5) 多數被鍍件是圓形，可降低上述效應的影響。5.什么是LB技術？LB薄膜的種類？LB薄膜的特點？把液體外表的有機單分子膜轉移到固體襯底外表上的一種成膜技術。得到的有機薄膜稱為LB薄膜。、根據薄膜分子在基片上的相對取向，LB薄膜可分為X型、Y型、Z型三種類型優(yōu)點：1) LB薄膜中分子有序定向排列，這是一個重要特點；2) 很多材料都可以用LB技術成膜，3) LB膜有單分子層組成，它的厚度取決于分子大小和分子的層數；4) 通過嚴格控制條件，可以得到均勻、致密和缺陷密度很低的LB薄膜;5) 設備簡單，操作方便。缺點：1) 成膜效率低，2) LB薄膜均為有機薄膜，包含了有機材料的弱點；3) LB薄膜厚

22、度很薄，在薄膜表征手段方面難度較大。第七章：1. 薄膜形成的基本過程描述？薄膜形成分為：凝結過程、核形成與生長過程、島形成與結合生長過程2. 什么是凝聚？入射原子滯留時間、平均外表擴散時間、平均擴散距離的概念？凝結過程是指吸附原子在基體外表形成原子對及其后續(xù)過程。E入射原子的滯留時間：aoexpdkT平均外表擴散時間：吸附原子在吸附位置上的停留時間avnkTDoexp平均外表擴散距離：-1匚xDa2a。尸/expEdEd/kTDDSDN/n。3. 什么是捕獲面積？對薄膜形成的影響？答：吸附原子的捕獲面積：吸附原子在滯留時間內的遷移距離除以吸附位置密度?？偛东@面積:NnininiSdniNfDa

23、n。n。n。niexp n。Ed EdkT當時總的小于1時，每個吸附原子的捕獲面積內只有一個原子，故不能形成原子對，也不能產生凝結。當1到2之間時，發(fā)生部分凝結。平均每個吸附原子的捕獲面積內有一個或兩個吸附原子，可形成原子對或三原子團。在滯留時間內，一部分吸附原子有可能重新蒸發(fā)掉。當大于2時，每個吸附原子的捕獲面積內至少有兩個吸附原子?？尚纬稍訉蚋蟮脑訄F，從而到達完全凝結。4. 凝聚過程的表征方法？凝結系數：單位時間內，完全凝結的氣相原子數與入射到基片外表上的總原子數之比。粘附系數：單位時間內，再凝結的氣相原子數與入射到基片外表上的總原子數之比。熱適應系數：表征入射氣相或分子與基體外表碰撞時相互交換能量的程度的物理量稱為熱適應系數。5. 核形成與生長的物理過程。1入射到外表上的氣相原子，部分因能量較大而彈性反射出去。部分則吸附在基體外表上。其中有一小部分因能量稍大而再蒸發(fā)出去；2吸附氣相原子在基體外表擴散遷移，互相碰撞結合成原子對或小原子團并