薄膜物理與技術(shù)-考試重點(diǎn)復(fù)習(xí)過程

1、薄膜物理與技術(shù)-考試重點(diǎn)精品文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除1.真空環(huán)境的劃分：低真空（ 102Pa）;中真空（10210-1Pa）;高真空（10-110-5Pa）;超高真空（ 10-5Pa）真空蒸發(fā)沉積：高真空和超高真空（10-1Pa2渦輪分子泵（輸運(yùn)式真空泵）：高速旋轉(zhuǎn)的葉片將動量傳給氣體分子，并使其向特 定方向運(yùn)動。10-81Pa3濺射離子泵（捕獲式真空泵）：高壓下電離的氣體分子撞擊Ti陰極，濺射出大量活性很高的Ti原子，以吸附或化學(xué)反應(yīng)的形式捕獲大量氣體分子。10-810-5Pa真空規(guī)測量氣壓的范圍： 熱偶真空規(guī)和皮拉尼真空規(guī)（相對真空計(jì)）10-2102Pa 電離真空規(guī)（相對真

2、空計(jì)）10-710-2Pa 薄膜真空規(guī)（絕對真空計(jì)）10-3105Pa3.氣體流動狀態(tài)的劃分：（克努森準(zhǔn)數(shù)KnD,D是氣體容器的尺寸，入是平均自由入4.概念。平均自由程：氣體分子在兩次碰撞的間隔時間里走過的平均距離。通量：氣體分子對于單位面積表面的碰撞頻率。流導(dǎo)：真空管路中氣體的通過能力。平衡蒸氣壓：一定溫度下，蒸發(fā)氣體與凝聚相平衡過程中所呈現(xiàn)的壓力。形核率：單位面積上，單位時間內(nèi)形成的臨界核心的數(shù)目。化學(xué)氣相淀積：利用氣態(tài)先驅(qū)反應(yīng)物，通過原子、分子間化學(xué)反應(yīng)的途徑生成固態(tài)薄 膜。物理氣相淀積：利用某種物理過程，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)原子從源物質(zhì)到薄膜的可控轉(zhuǎn)移的過 程。陰影效應(yīng)：蒸發(fā)的物質(zhì)被障礙物阻擋而不

3、能沉積到襯底上。濺射：離子轟擊物質(zhì)表面，并在碰撞過程中發(fā)生能量與動量的轉(zhuǎn)移，將物質(zhì)表面原子 激發(fā)出來的過程。濺射法：將被電場加速后具有一定動能的離子引向靶電極，與靶表面原子碰撞使之濺 射出來，濺射原子能夠沿一定方向射向襯底并沉積下來。等離子體鞘層：等離子體相對器壁會呈正電性，在等離子體和壁之間的非電中性薄層程）分子流狀態(tài)（Kn 100)精品文檔稱為鞘層。彈性碰撞：參加碰撞的粒子的總動能和總動量保持不變，并且不存在粒子內(nèi)能的變 化。濺射產(chǎn)額：被濺射出來的原子數(shù)與入射離子數(shù)之比。（衡量濺射過程效率的參數(shù)）靶材的中毒：隨著活性氣體壓力的增加，靶材表面可能形成一層相應(yīng)的化合物，導(dǎo)致 濺射和薄膜沉積速率

4、降低。等離子體輔助化學(xué)氣相沉積（PECVD:在低壓化學(xué)氣相沉積過程進(jìn)行的同時，利用輝 光放電等離子體對沉積過程施加影響。5.對元素蒸發(fā)速率影響最大的因素是 蒸發(fā)源所處的溫度。當(dāng)環(huán)境中元素分壓 小于平衡蒸 氣壓時，就發(fā)生元素的凈蒸發(fā)。6.濺射法工作于氣體的 異常輝光放電 階段，這一放電階段等離子存在的區(qū)域?yàn)槊娣e較大、分布較均勻。濺射法使用最廣泛的濺射氣體為Ar。對于金屬材料可采用 直流或射頻濺射法，對非金屬材料可采用射頻濺射法。在濺射系統(tǒng)中，可以在進(jìn)樣室通過反濺對襯底進(jìn)行預(yù)處理，通常采用 射頻濺射，對置于 陰極的襯底進(jìn)行反濺。電弧蒸發(fā)法工作于氣體的弧光放電階段7.真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個基本原則： 確

5、保真空管路的流導(dǎo)C大于真空泵的理論抽速 SP。利用理論抽速為S）的真空泵通過流導(dǎo)為C的管路抽除真空容器中的氣體（C=2SP），則真8.制備完整單晶薄膜的沉積條件是較高的沉積溫度和較低的氣相過飽和度，其生長模式 為層狀生長模式。外延生長（在完整的單晶襯底上延續(xù)生長單晶薄膜）條件：較高的襯底溫度 和較低的沉積速率。9.熔結(jié)過程中原子的擴(kuò)散機(jī)制有兩種，即體擴(kuò)散機(jī)制 和表面擴(kuò)散機(jī)制。其中 表面擴(kuò)散機(jī) 制對熔結(jié)過程的貢獻(xiàn)更大一些。PA:合金中A的平衡蒸氣壓； PA（0）:純組元A的平衡蒸氣壓；XA:合金中A的摩爾分 數(shù)；丫AA的活度系數(shù)；MA:A的相對原子質(zhì)量。注意A和B的位置襯底表面法線與空間角方向間

6、的偏離角度1：平面蒸發(fā)源法線與接收平面中心和平面源中心連線之間的夾角空容器出口處的實(shí)際抽速S最大為2/3 Sp，最小為0。實(shí)際抽速最大值：SSpCSpC10.合金組元蒸發(fā)速率之比:YAXAPA（0）MBYBXBPB（0）M11.點(diǎn)蒸發(fā)源襯底上沉積物的質(zhì)量密度：警dAscos0面蒸發(fā)源襯底上沉積物的質(zhì)量密度:dMdAcos0cos精品文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除r:襯底與蒸發(fā)源距離膜厚：tdMsPdAs0.8Me：蒸發(fā)物質(zhì)總量L0 -精品文檔厚度均勻性的改善方法：1加大蒸發(fā)源到襯底的距離2轉(zhuǎn)動襯底3面蒸發(fā)源和襯底表面置于同一個圓周上（同時需要沉積的樣品較多、尺寸較小時）coscos9

7、dM；Mecos9cosdAsnr24nro212.真空蒸發(fā)裝置按蒸發(fā)源的加熱原理可分為：電阻式蒸發(fā) 激光蒸發(fā)*、空心陰極蒸發(fā)。13.等離子體鞘層及其電位分布：直流輝光放電過程的電位分布和等離子直流輝光放電過程的電位分布和等離子I本稍層本稍層14.輝光放電屬于非彈性碰撞。電子將大部分能量轉(zhuǎn)移給其他質(zhì)量較大的粒子，引起其激 發(fā)或電離。15.濺射產(chǎn)額的影響因素：入射離子能量；入射離子種類和被濺射物質(zhì)種類；離子 入射角度；靶材溫度。濺射閾值：只有當(dāng)入射離子能量超過一定的閾值以后，才能濺射。16.主要濺射方法有：直流濺射*;射頻濺射*;磁控濺射*;反應(yīng)濺射；離子 束濺射。其他PVD方法：離子鍍*（結(jié)合

8、蒸發(fā)與濺射技術(shù)）；反應(yīng)蒸發(fā)沉積；離子束輔 助沉積；離化團(tuán)束沉積；等離子體浸沒式離子沉積。17.蒸發(fā)法：被蒸發(fā)物質(zhì)多處于熔融狀態(tài)，本身會發(fā)生擴(kuò)散、對流，表現(xiàn)出很強(qiáng)的自發(fā)均 勻化的傾向。濺射法：靶物質(zhì)的擴(kuò)散能力弱。由于濺射產(chǎn)額差別造成的靶材表面成分的偏離很快就 會使靶材表面成分趨于某一平衡成分，從而在隨后的濺射過程中實(shí)現(xiàn)一種成分的補(bǔ)償效應(yīng)。濺射沉積法的主要特點(diǎn)：點(diǎn)蒸發(fā)源的膜厚分布：-to面蒸發(fā)源的膜厚分布：to131 Ah11（丄）于h*、電子束蒸發(fā)*、電弧蒸發(fā)、自動電位陰極陽稅精品文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除1沉積原子的能量較高，因此薄膜的組織更致密、附著力也可以得到顯著改善；2制備

9、合金薄膜時，其成分的控制性能好；3濺射的靶材可以是極難熔的材料。濺射法可以方便地用于高熔點(diǎn)物質(zhì)的薄膜制備。4可利用反應(yīng)濺射技術(shù)，從金屬元素靶材制備化合物薄膜。5被沉積原子攜帶一定能量，有助于改善薄膜的覆蓋能力，降低薄膜表面的粗糙度。18.電子束蒸發(fā)、磁控濺射的原理；射頻濺射的原理。19.化學(xué)氣相沉積反應(yīng)的類型：1熱解反應(yīng)。氫化物、羰基化合物和有機(jī)金屬化合物。多晶S、非晶Si和Ni薄膜的沉積。2還原反應(yīng)。鹵化物、羰基化合物、鹵氧化物等。單晶Si薄膜的外延、難熔金屬W、Mo薄膜的制備。3氧化反應(yīng)。SiO2薄膜的沉積。4置換反應(yīng)。反應(yīng)先驅(qū)物以氣態(tài)存在且具有反應(yīng)活性。各種碳、氮、硼化物的沉積。5岐化反

10、應(yīng)。漂白粉的制備、Ge薄膜和其他金屬的沉積6氣相輸運(yùn)。利用升華和冷凝的可逆過程實(shí)現(xiàn)氣相沉積。CVD 方法的共同特點(diǎn)：反應(yīng)式總可以寫成 aA(g) + bB(g) cC(s) + dD(g)的形式，即由一個固相 和幾個氣相組成反應(yīng)式；這些反應(yīng)往往是可逆的。20.熱力學(xué)分析：預(yù)測化學(xué)氣相沉積過程的方向與限度。動力學(xué)分析：預(yù)測化學(xué)氣相沉積過程發(fā)生的速度，及它在有限時間內(nèi)可以進(jìn)行的程 度。21.化學(xué)氣相沉積制備薄膜主要過程：氣相輸運(yùn)和氣相反應(yīng)；氣相擴(kuò)散；表面吸 附；表面化學(xué)反應(yīng)；表面擴(kuò)散；表面解吸附。制備薄膜的兩個重要參數(shù)：氣相反應(yīng)物的過飽和度和沉積溫度。CVD裝置的基本部分：反應(yīng)氣體和載氣的供給和計(jì)

11、量裝置；必要的加熱和冷卻系 統(tǒng)；反應(yīng)產(chǎn)物氣體的排出裝置或真空系統(tǒng)。反應(yīng)體系的要求：1在沉積溫度下，反應(yīng)物必須有足夠高的蒸汽壓，以保證能以適當(dāng)?shù)乃俣缺灰敕磻?yīng) 室；2反應(yīng)產(chǎn)物除了所需要的沉積物為固態(tài)薄膜之外，其他反應(yīng)產(chǎn)物必須是揮發(fā)性的；3沉積薄膜本身必須具有足夠低的蒸汽壓，基體材料的蒸汽壓也必須足夠低。22.化學(xué)氣相沉積裝置：高溫和低溫CVD裝置*、激光輔助CVD裝置*、低壓CVDLPCVD)裝置、等離子體輔助CVD(PECVD)裝置*、金屬有機(jī)化合物CVD(MOCVD)裝置23.薄膜的生長過程：1新相的形核階段：氣態(tài)的原子或分子凝聚到襯底表面，擴(kuò)散遷移形成晶核，晶核結(jié) 合其他吸附的氣相原子逐漸

12、長大形成小島。2薄膜的生長階段：小島階段；聚結(jié)階段；溝道階段；連續(xù)薄膜階段。三種生長模式：島狀生長模式(浸潤性較差)、層狀生長模式(浸潤性很好)、層狀一島狀生長模 式。24.新相形核過程的類型：精品文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除自發(fā)形核：整個形核過程完全是在 相變自由能的推動下進(jìn)行的。 非自發(fā)形核：除了有相變自由能作推動力之外，還有其他的因素幫助新相核心生成。25.核心的三種吞并機(jī)制：奧斯瓦爾多吞并過程、熔結(jié)過程、原子團(tuán)的遷移。26.薄膜厚度的測量方法有 光學(xué)測量法和機(jī)械測量法。27.薄膜結(jié)構(gòu)按所研究的尺度范圍分為三個層次：薄膜的宏觀形貌；薄膜的微觀形 貌；薄膜的顯微組織。28.表征

13、圖及作用（a）模糊一片體數(shù)字（b）energy、intensity（c）degree（d）有具SEMXPSXRDHRTEM表面形貌分析成分分析結(jié)構(gòu)分析兀素物相分析計(jì)算題試計(jì)算通過熱蒸發(fā)法和濺射法，如何得到成分為 80%Cu-20%AI （摩爾分?jǐn)?shù)）的 合金薄膜。 已知：蒸發(fā)溫度為 1350K, Cu 的平衡蒸汽壓為 2X10-4Pa, Al 的 平衡蒸汽壓為10-3Pa；濺射離子為 Ar+，元素濺射產(chǎn)額：S（Cu）=17, S（AI）=13。（提示：AI 和 Cu 在合金中的活度系數(shù)可近似認(rèn)為等于 1。）答：（1）熱蒸發(fā)法： 為了獲得80%Cu-20%A|的合金薄膜，兩種元素的蒸發(fā)速率比應(yīng)為普

14、20（2 分）即 CuPcuMAl丫CuXCuPcu（0）MAlAlPAI,MCu丫A|XAIPAI（0）MCu分）因此，使用成分為 96.85%Cu-3.15%AI （摩爾分?jǐn)?shù)）的靶材作為蒸發(fā)源，可獲得80%Cu-20%AI （摩爾分?jǐn)?shù)）的合金薄膜。（2 分）（2）濺射法：由于 Cu 的濺射產(chǎn)額較高，隨著濺射的進(jìn)行，靶材表面 Cu 的含量將逐漸降低。 （1分）使用成分為 80%Cu-20%AI （摩爾分?jǐn)?shù)）的靶材作為濺射靶，預(yù)濺射一定時間，80 x13靶材表面 Cu、Al 的原子比將變?yōu)? ，即 75.37%Cu-24.63%AI （摩爾分?jǐn)?shù)）20X17時，（2 分）80 x13X17此時開始正式濺射，兩種元素濺射速率之比為 - ，即 80/20,因此可獲（Y解得xCuXAl30. 79，推導(dǎo)可得XcuXAIXCU96.85%（2分）Xcu? 210-4XAI10-38020，精品文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除20X17X13得成分為 80%Cu-20%AI 的合金薄膜。（2 分）