薄膜材料與薄膜技術(shù)復(fù)習(xí)題

1、薄膜材料與薄膜技術(shù)復(fù)習(xí)題1. 薄膜材料與體材料的聯(lián)系與區(qū)別。1. 薄膜所用原料少，容易大面積化，而且可以曲面加工。例：金箔、飾品、太 陽能電池， GaN，SiC，Diamond2. 厚度小、比表面積大，能產(chǎn)生許多新效應(yīng)。如： 極化效應(yīng)、表面和界面效 應(yīng)、耦合效應(yīng)等。3. 可以獲得體態(tài)下不存在的非平衡和非化學(xué)計量 比結(jié)構(gòu)。如： Diamond: 工業(yè) 合成,2000 C, 5.5萬大氣壓,CVD生長薄膜：常壓，800度.Mgx Zn 1-x 0:體相 中Mg的平衡固溶度為0.04, PLD法生長的薄膜中，X可01.4. 容易實現(xiàn)多 層膜，多功能 薄膜。如：太 陽能電池、 超 晶格： GaAlAs

2、/GaAs5. 薄膜和基片的粘附性， 一般由范德瓦耳斯力、靜電力、表面能（浸潤）和 表面互擴(kuò)散決定。范德瓦耳2. 真空度的各種單位及換算關(guān)系如何？1pa=1N2（1atm） 1.013 × 105Pa（帕）1Torr 1 / 760atm 1mmHg1Torr 133Pa 102 Pa1bar = 0.1MPa3. 機(jī)械泵、擴(kuò)散泵、渦輪分子泵和低溫泵的工作原理是什么？旋片式機(jī)械泵工作過程：1. 氣體從入口進(jìn)入轉(zhuǎn)子和定子之間2. 偏軸轉(zhuǎn)子壓縮空氣并輸送到出口3. 氣體在出口累積到一定壓強(qiáng)，噴出到大氣工作范圍及特點：-3Atmosphere to 10 torr耐用，便宜 由于泵的定子、

3、轉(zhuǎn)子都浸入油中，每周期都有油進(jìn)入容器，有污染。 要求機(jī)械泵油有低的飽和蒸汽壓、一定潤滑性、黏度和高穩(wěn)定性。油擴(kuò)散泵1. 加熱油從噴嘴高速噴出，氣體分子與油分子碰撞實現(xiàn)動量轉(zhuǎn)移，向出 氣口運動，或溶入油中，油冷凝后，重新加熱時，排出溶入的氣體，并 由出氣口抽出；2. 需要水冷，前級泵3. 10 -3 to 10 -7 Torr （to 10-9 Torr ，液氮冷阱 ）優(yōu)點： 耐用、 成本低，抽速快 無震動和聲音 缺點： 油污染渦輪分子泵特點：1. 氣體分子被高速轉(zhuǎn)動的渦 輪片撞擊，向出口運動2. 多級速度：30,000-60,000 rpm. 轉(zhuǎn)子的切向速度與分子運動速率相當(dāng)-103. Atm

4、osphere to 10 Torr4. 啟動和關(guān)閉很快5. 無油，有電磁污染6. 噪聲大、有振動、比較昂貴 .低溫泵（CryOPumP特點：1. 利用 20K 以下的低溫表面來凝聚氣體分子實現(xiàn)抽氣，是目前最高極限真空的 抽氣泵；2. 可對各種氣體捕集，凝結(jié)在冷凝板上，所以工作一段時間后必須對冷凝板加 熱“再生”；3. “再生”必須徹底；4. 加熱“再生”溫度 >200 °C 烘烤除去吸附的氣體5. 無油污染；6. 制冷機(jī)式低溫泵運作成本低， 較常采用。4. 為什么薄膜的主要PVD制備技術(shù)要在真空中完成？真空的特點是 a 氣體分子的平均自由程大b 單位面積上分子與固體表面碰撞的

5、頻率小c 氣體分子密度低d 剩余氣體對沉積膜的摻雜 想要得到高純度的薄膜，就必須盡量在較高真空度的環(huán)境下，或是在不會與薄 膜材料產(chǎn)生反應(yīng)的氬氣等的惰性氣體中進(jìn)行。e 改變反應(yīng)進(jìn)程 薄膜要求密致，純度高，針孔小，然后真空可以提高沉積速率，降低對薄膜的 污染5. 哪些是有油真空泵，哪些是無油真空泵？無油泵有哪些主要點？ 機(jī)械泵和擴(kuò)散泵是有油泵，渦輪分子泵，羅茲泵，離子泵，鈦升華泵無有油，6. 敘述熱偶規(guī)、電離規(guī)測量真空度的原理和使用必須的注意事項。7. 什麼是CVD和PVD薄膜制備技術(shù)？8. CVD 過程自由能與反應(yīng)平衡常數(shù)的過程判據(jù)是什么？9. 寫出CVD沉積Si、Sio2、Si3N4'

6、 GaAS薄膜的反應(yīng)方程？各采用什么類型的 CVD裝 置？10. CVD 薄膜沉積的必要條件是什么？11. 說出APCVD LPCVD PECVD勺原理和特點。12. 什么是化學(xué)鍍？它與化學(xué)沉積鍍膜的區(qū)別？有何特點？13. 電鍍與化學(xué)鍍有何區(qū)別？有那些主要應(yīng)用？14. SOl-Gel 成膜技術(shù)的特點和主要工藝過程是什么？15. 說出四種以上薄膜的化學(xué)制備方法和四種以上物理制備方法？16. 什么是飽和蒸氣壓？與蒸發(fā)溫度的關(guān)系怎樣？17. 溫度變化對蒸發(fā)速率有何影響？18. 蒸發(fā)時如何控制合金薄膜的組分？19. 膜厚的主要監(jiān)控方法有哪些？20. 什麼是輝光放電？它有哪些主要應(yīng)用領(lǐng)域？21. 濺射鍍

7、膜與真空鍍膜相比，有何特點？22. 濺射率的大小與那些因素有關(guān)？以 Ar 為濺射源，常溫下能獲得 較高濺射率的合適的濺射能量、濺射角度在什么范圍？23. 什麼是直流濺射？什麼是射頻濺射？比較它們在原理、結(jié)構(gòu)與使用方面的異 同點。24. 濺射率的大小主要有哪五種因素決定？沉積率的大小又有哪些因素決定？25. 試述磁控濺射的機(jī)理，主要優(yōu)點是什麼？26. 什麼是反應(yīng)濺射？如何合理控制反應(yīng)濺射條件得到需要的薄膜？27. 多源蒸發(fā)與多靶濺射有哪些重要的用途？為了得到需要組分的多元彌散薄 膜，需要如何調(diào)節(jié)？28. 離子束濺射沉積的主要優(yōu)點是什么？29. 離子鍍膜的原理和特點是什么？30. 離子助有那些類型

8、，離子束增強(qiáng)沉積薄膜合成的原理是什么？31. 有那些薄膜外延的手段？試比較它們的特點。32. 描述薄膜形成的基本過程。33. 什么是凝聚？入射原子滯留時間、平均表面擴(kuò)散時間、平均擴(kuò)散距離的概 念？34. 什么是捕獲面積？對薄膜形成的影響？35. 凝聚過程的表征方法是什麼？36. 核形成與生長的物理過程。37. 核形成的相變熱力學(xué)和原子聚集理論的基本內(nèi)容？38. 什么是同質(zhì)外延、異質(zhì)外延？失配度？39. 形成外延薄膜的條件（外延材料、襯底、保護(hù)氣氛等）？40. 設(shè)計一種沉積制備 Fe0.75Cr0.2Mn0.05 均勻復(fù)合薄膜的合理方法。41. 設(shè)計兩種制備TiN薄膜的PVD方法。42. 有哪些

9、薄膜形貌分析的技術(shù) ?43. 有哪些薄膜結(jié)構(gòu)分析的技術(shù) ?44. 有哪些薄膜組分分析的技術(shù) ?45. X射線衍射基于什么原理？如何從 X射線譜確定晶粒的尺寸？46. RBS基于什么原理？如何從產(chǎn)額譜確定二元合金的組分?47.電子衍射與X射線衍射有何異同？如何區(qū)別單晶、多晶和非晶的衍射圖像？48. 用SIMS技術(shù)分析材料的組分要注意什么問題？49. XPS 和俄歇能譜適合分析材料的那些性能？有何限制？50. 設(shè)計一套摻硼非晶硅薄膜的形貌、結(jié)構(gòu)、組分、厚度的表征方法。51. 設(shè)計一套 W-Ti 共摻 二氧化釩薄膜的形貌、結(jié)構(gòu)、組分、厚度、價態(tài)的表征方法。52. 超硬材料的組成有那些規(guī)律？53. 金

10、剛石薄膜有什么特殊性能？如何制備？54. 類金剛石薄膜與金剛石薄膜的差別是什么？有何應(yīng)用？55. CNx 薄膜的特性和合成方法如何？56. 如何用磁控濺射制備形狀記憶薄膜 NiTi ？57. 納米材料有那些特殊性能？58. 舉出三種三族元素氮化物薄膜，說出它們的主要制備方法。59. 三族元素氮化物的特性如何？談?wù)勚饕獞?yīng)用領(lǐng)域。60. 什么是巨磁電阻和龐磁電阻？巨磁電阻薄膜有什么應(yīng)用？填空題（每題 5 分）1. 熱蒸發(fā)時沉積速率的大小與、 、等因素有關(guān)。在合金材料蒸發(fā)時，為了保 證蒸發(fā)膜組分與源的一致，可采用 、 蒸發(fā)方法。2. 分子泵是泵（有油、無油） ，常用 ，等低真空泵的作其前級泵；分子泵

11、正 常使用時，腔體真空度必須達(dá)到時才能與分子泵連通。在分子泵停止轉(zhuǎn)動 后，冷卻水和機(jī)械泵可以關(guān)閉。3. 核形成有兩種主要理論：和。凡是自發(fā)的相變都應(yīng)伴隨者體系 能的降低。4. 寫出外延沉積 Si 薄膜的三種化學(xué)反應(yīng)： 、；用 Si 3N4 薄膜可用以下反應(yīng)生成： 。5. Pa ，Torr ，atm 都是真空的量度單位。 1 N/m2 = Pa ；1 atm = Pa ； 1 Torr = mmHg = Pa 。6. 化學(xué)氣相沉積是常用的薄膜制備方法，根據(jù)氣壓、溫度等不同的工藝條件，發(fā)展了多種CVD方法，如：、等 。7. X 射線衍射峰的極大值滿足布拉格公式，它的形式為：，式中，為與的夾角；利用

12、謝樂公式：由X射線譜可計算晶粒的大小，其中 B為衍射峰8. 溶膠- 凝膠是一種化學(xué)成膜方法，它的成膜工藝包括：等主要工藝過程9. 機(jī)械泵是低真空泵，常用作 ，等高真空泵的前級泵；為了防止油對樣品的 污染，常用， 等無油泵作高真空泵； 在擴(kuò)散泵停止后， 應(yīng)當(dāng)保持冷卻水暢通， 在分鐘后可以關(guān)閉冷卻水和機(jī)械泵。10. 薄膜制備的常用物理沉積方法有： 、；常用的化學(xué)制備方法有： 、等。11. 濺射率的大小與、 、等因素有關(guān)。常用的濺射角 在 范圍，常用的濺射能量在 范圍。12. 化學(xué)氣相沉積必須具備的三個條件是： 、13. 薄膜沉積的臨界厚度大小決定於沉積速率、樣品溫度、是否加電場及樣品 片的傾斜程度

13、等。為了獲得厚度均勻的超薄連續(xù)膜，通常采用：的沉積速率 （高或低）、的樣品溫度（高或低） 、靜電場（加或不加）和 沉積（傾斜或 垂直）。14. 常用的薄膜結(jié)構(gòu)分析方法有： 、；常用的厚度測量方法有： 、 、；方法測得的是薄膜的形狀厚度， 方法測得的是薄膜的光學(xué)厚度，而方法測得的 是薄膜的質(zhì)量厚度。、概念題（每題 10 分）1. 敘述電離規(guī)測量真空度的原理和電離規(guī)的使用注意事項。2. 濺射率與那些因素有關(guān)？對一定的濺射材料，如何選擇合適的濺射條件得 到最大的濺 射率？3. 可用那些方法測量薄膜的厚度？薄膜厚度的隨線檢測常用石英晶體振蕩 器，它的厚度檢測原理是什么？4. 簡要敘述薄膜的主要生長過程

14、。5. 什麼是化學(xué)鍍？它與電鍍成膜的主要差別什麼？如何在塑料的非金屬材 料表面用化學(xué)鍍方法鍍金屬層？6. 金剛石薄膜與類金剛石薄膜的主要結(jié)構(gòu)差別是什么？在其制備過程中原 子 H 起什么作用？7. 敘述熱偶規(guī)、電離規(guī)測量真空度的原理和注意事項。8. 寫出CVD沉積Si、Sio2、Si 3N4、GaAS薄膜的反應(yīng)方程？9. Sol-Gel 成膜技術(shù)的特點和主要工藝過程是什么？10. 蒸發(fā)與濺射有什么區(qū)別？各自的成膜特點是什么？11. 電鍍與化學(xué)鍍有何區(qū)別？有那些主要應(yīng)用？12. 超硬材料的組成有那些規(guī)律？13. 說出APCVD LPCVD PECV的原理和特點。14. 金剛石薄膜與類金剛石薄膜的主要結(jié)構(gòu)差別是什么？在其制備過程中原子H起什么作用?三、設(shè)計題（每題 10 分）1. 優(yōu)質(zhì)光學(xué)透明薄膜ITo由摻8流右Sn的In 2Q構(gòu)成，Sn的ln2O的熔點 1913°C,密度為 7.18gcm3; Sn 的熔點 231.93 °C, 7.31 g/cm 3,用學(xué)過的 知識，設(shè)計一