薄膜物理與技術(shù)A卷答案

薄膜物理與技術(shù)A卷試題參考答案及評(píng)分細(xì)則一、名詞解釋：（本題滿分20分，每小題5分）1、飽和蒸汽壓在一定溫度下（1分），真空室內(nèi)蒸發(fā)物質(zhì)的蒸氣與固體或液體平衡過程中（2分）所表現(xiàn)出的壓力稱為該物質(zhì)的飽和蒸氣壓。（2分）2、濺射是指荷能粒子轟擊固體物質(zhì)表面（靶），（1分）并在碰撞過程中發(fā)生動(dòng)能與動(dòng)量的轉(zhuǎn)移，（2分）從而將物質(zhì)表面原子或分子激發(fā)出來的過程。（2分）3、化學(xué)氣相沉積把含有構(gòu)成薄膜元素的一種或幾種化合物的單質(zhì)氣體供給基片（2分），利用熱、等離子體、紫外線、激光、微波等各種能源（2分），使氣態(tài)物質(zhì)經(jīng)化學(xué)反應(yīng)形成固態(tài)薄膜。（1分）。4、外延生長(zhǎng)外延生長(zhǎng)技術(shù)就是在一塊半導(dǎo)體單晶片上（2分）沿著單晶片的結(jié)晶軸方向生長(zhǎng)（2分）一層所需要的薄單晶層。（1分）二、簡(jiǎn)答題：（本題滿分80分）1、什么叫真空？寫出真空區(qū)域的劃分及對(duì)應(yīng)的真空度（10分）答：真空是指低于一個(gè)大氣壓的氣體空間。 （2分）對(duì)真空的劃分：1）粗真空：105102Pa； （2分）2）低真空：10210-1Pa； （2分）3）高真空：10-110-6Pa； （2分）4）超高真空：10-6Pa。 （2分）2、什么是真空蒸發(fā)鍍膜法？其基本過程有哪些？（10分）答：真空蒸發(fā)鍍膜法(簡(jiǎn)稱真空蒸鍍)是在真空室中，加熱蒸發(fā)容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子從表面氣化逸出（2分），形成蒸氣流，入射到基片表面，凝結(jié)形成固態(tài)薄膜的方法。（2分）其基本過程包括：（1）加熱蒸發(fā)過程。包括凝聚相轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀嗟南嘧冞^程。（2分）（2）輸運(yùn)過程，氣化原子或分子在蒸發(fā)源與基片之間的輸運(yùn)。（2分）（3）蒸發(fā)原子或分子在基片表面的淀積過程，即使蒸氣凝聚、成核、核生長(zhǎng)、形成連續(xù)薄膜。（2分）3、簡(jiǎn)述磁控濺射的工作原理。（10分）答：磁控濺射的工作原理是：電子e在電場(chǎng)E作用下，在飛向基板過程中與氬原子發(fā)生碰撞，使其電離出Ar和一個(gè)新的電子e，電子飛向基片，Ar在電場(chǎng)作用下加速飛向陰極靶，（2分）并以高能量轟擊靶表面，使靶材發(fā)生濺射。在濺射粒子中，中性的靶原子或分子則淀積在基片上形成薄膜。（2分）二次電子e1一旦離開靶面，就同時(shí)受到電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用。一般可近似認(rèn)為：二次電子在陰極暗區(qū)時(shí)，只受電場(chǎng)作用；一旦進(jìn)入負(fù)輝區(qū)就只受磁場(chǎng)作用。（2分）從靶面發(fā)出的二次電子，首先在陰極暗區(qū)受到電場(chǎng)加速，飛向負(fù)輝區(qū)。進(jìn)入負(fù)輝區(qū)的電子具有一定速度，并且是垂直于磁力線運(yùn)動(dòng)的，此時(shí)電子受洛侖茲力的作用而繞磁力線旋轉(zhuǎn)。（2分）電子旋轉(zhuǎn)半圈之后，重新進(jìn)入陰極暗區(qū)，受到電場(chǎng)減速。當(dāng)電子接近靶面時(shí)，速度即可降到零。以后電子又開始一個(gè)新的運(yùn)動(dòng)周期，作EB漂移。（2分）4、簡(jiǎn)述離子鍍的原理。（10分）答：離子鍍的工作原理:蒸發(fā)源接陽(yáng)極，襯底接陰極，當(dāng)通以三至五千伏高壓直流電以后，蒸發(fā)源與工件之間產(chǎn)生輝光放電（2分）。由于真空罩內(nèi)充有惰性氬氣，在放電電場(chǎng)作用下部分氬氣被電離，從而在陰極襯底周圍形成一等離子暗區(qū)。（2分）帶正電荷的氬離子受陰極負(fù)高壓的吸引，猛烈地轟擊襯底表面，致使襯底表層粒子和臟物被轟濺拋出，從而使襯底待鍍表面得到了充分的離子轟擊清洗。（2分）隨后，接通蒸發(fā)源交流電源，蒸發(fā)粒子熔化蒸發(fā)，進(jìn)入輝光放電區(qū)并被電離。（2分）帶正電荷的蒸發(fā)料離子，在陰極吸引下，隨同氬離子一同沖向襯底，當(dāng)拋鍍于襯底表面上的蒸發(fā)料離子超過濺失離子的數(shù)量時(shí)，則逐漸堆積形成一層牢固粘附于襯底表面的鍍層。（2分）5、什么是有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法，當(dāng)選用含有化合物半導(dǎo)體元素的原料時(shí)需要滿足哪些條件？（10分）答：有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法是一種利用有機(jī)金屬化合物的熱分解反應(yīng)進(jìn)行氣相外延生長(zhǎng)薄膜的CVD技術(shù)。（4分）選用含有化合物半導(dǎo)體元素的原料時(shí)須滿足以下條件：（1）在常溫下較穩(wěn)定且容易處理；（2分）（2）反應(yīng)的副產(chǎn)物不應(yīng)妨礙晶體生長(zhǎng)，不應(yīng)污染生長(zhǎng)層；（2分）（3）為適應(yīng)氣相生長(zhǎng)，在室溫附近應(yīng)具有適當(dāng)?shù)恼魵鈮?。?分）6、簡(jiǎn)述溶膠-凝膠法制備薄膜的過程（10分）答：采用金屬醇鹽或其它鹽類作為原料（2分），通常溶解在醇、醚等有機(jī)溶劑中形成均勻溶液（solution），（2分）該溶液經(jīng)過水解和縮聚反應(yīng)形成溶膠（sol），（2分）進(jìn)一步聚合反應(yīng)實(shí)現(xiàn)溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變形成凝膠（gel）（2分），在經(jīng)過熱處理脫除溶劑和水，最后形成薄膜。（2分）7、簡(jiǎn)述核形成與生長(zhǎng)的步驟。（10分）答：核形成與生長(zhǎng)有四個(gè)步驟：（1）從蒸發(fā)源蒸發(fā)出的氣相原子入射到基體表面上，其中有一部分因能量較大而彈性反射回去，另一部分則吸附在基體表面上。在吸附的氣相原子中有一小部分因能量稍大而再蒸發(fā)出去。（3分）（2）吸附氣相原子在基體表面上擴(kuò)散遷移，互相碰撞結(jié)合成原子對(duì)或小原子團(tuán)并凝結(jié)在基體表面上。（3分）（3）這種原子團(tuán)和其他吸附原子碰撞結(jié)合，或者釋放一個(gè)單原子。這個(gè)過程反復(fù)進(jìn)行，一旦原子團(tuán)中的原子數(shù)超過某一個(gè)臨界值，原子團(tuán)進(jìn)一步與其他吸附原子碰撞結(jié)合，只向著長(zhǎng)大方向發(fā)展形成穩(wěn)定的原子團(tuán)。含有臨界值原子數(shù)的原子團(tuán)稱為臨界核，穩(wěn)定的原子團(tuán)稱為穩(wěn)定核。（2分）（4）穩(wěn)定核再捕獲其他吸附原子，或者與入射氣相原子相結(jié)合使它進(jìn)一步長(zhǎng)大成為小島。（2分）8、什