薄膜材料與薄膜技術(shù)復(fù)習(xí)資料完整版本

1、1. 為了研究真空和實際使用方便，根據(jù)各壓強(qiáng)范圍內(nèi)不同的物理特點，把真空劃分為粗真空 ， 低真空， 高真空 ，超高真空四個區(qū)域。2. 在 高真空真空條件下，分子的平均自由程可以與容器尺寸相比擬。3. 列舉三種氣體傳輸泵 旋轉(zhuǎn)式機(jī)械真空泵，油擴(kuò)散泵和復(fù)合分子泵。4. 真空計種類很多，通常按測量原理可分為絕對真空計和相對真空計。5. 氣體的吸附現(xiàn)象可分為物理吸附和化學(xué)吸附。6. 化學(xué)氣相反應(yīng)沉積的反應(yīng)器的設(shè)計類型可分為常壓式 ，低壓式，熱壁式和冷壁式 。7. 電鍍方法只適用于在導(dǎo)電的基片上沉積金屬和合金，薄膜材料在電解液中是以正離子的形式存在。制備有序單分子膜的方法是 LB技術(shù) 。8. 不加任何電

2、場，直接通過化學(xué)反應(yīng)而實現(xiàn)薄膜沉積的方法叫化學(xué)鍍 。9. 物理氣相沉積過程的三個階段：從材料源中發(fā)射出粒子，粒子運(yùn)輸?shù)交土Ｗ釉诨夏?、成核、長大、成膜。10. 濺射過程中所選擇的工作區(qū)域是異常輝光放電 ，基板常處于 負(fù)輝光 區(qū)，陰極和基板之間的距離至少應(yīng)是克魯克斯暗區(qū)寬度的3-4倍。11. 磁控濺射具有兩大特點是可以在較低壓強(qiáng)下得到較高的沉積率和可以在較低基片溫度下獲得高質(zhì)量薄膜。12. 在離子鍍成膜過程中，同時存在吸附 和 脫附 作用，只有當(dāng)前者超過后者時，才能發(fā)生薄膜的沉積。13. 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。14. 原子聚集理論中最

3、小穩(wěn)定核的結(jié)合能是以原子對結(jié)合能為最小單位不連續(xù)變化的。15. 薄膜成核生長階段的高聚集來源于：高的沉積溫度、氣相原子的高的動能氣相入射的角度增加。這些結(jié)論假設(shè)凝聚系數(shù)為常數(shù)，基片具有原子級別的平滑度。16.溥膜生長的三種模式有島狀、層狀、層狀-島狀。17.在薄膜中存在的四種典型的缺陷為：點缺陷、 位錯、晶界和層錯。18.列舉四種薄膜組分分析的方法：X射線衍射法、電子衍射法、掃描電子顯微鏡分析法和俄歇電子能譜法。19. 紅外吸收是由引起偶極矩變化的分子振動產(chǎn)生的，而拉曼散射則是由引起極化率 變化的分子振動產(chǎn)生的。由于作用的方式不同，對于具有對稱中心的分子振動，紅外吸收 不敏感，拉曼散射 敏感：

4、相反，對于具有反對稱中心的分子振動，紅外吸收 敏感而 拉曼散射 不敏感。對于對稱性高的分子振動， 拉曼散射 敏感。20. 拉曼光譜和紅外吸收光譜是測量薄膜樣品中分子振動的振動譜，前者是 散射光譜，而后者是吸收 光譜。21. 表征濺射特性的主要參數(shù)有濺射閾值、濺射產(chǎn)額 、濺射粒子的速度和能什么叫真空？寫出真空區(qū)域的劃分及對應(yīng)的真空度。真空，一種不存在任何物質(zhì)的空間狀態(tài)，是一種物理現(xiàn)象。粗真空105102Pa粘滯流,分子間碰撞為主低真空10210-1 Pa過渡流 高真空10210-1 Pa分子流，氣體分子與器壁碰撞為主 超高真空10-510-8 Pa氣體在固體表面吸附滯留為主極高真空10-8 Pa

5、以下什么是真空蒸發(fā)鍍膜法？其基本過程有哪些？真空蒸發(fā)鍍膜是在真空中通過加熱蒸發(fā)某種物質(zhì)使其沉積在固體表面，由三個步驟組成：蒸發(fā)源材料由凝聚相轉(zhuǎn)變成氣相，在蒸發(fā)源與基片之間蒸發(fā)粒子的運(yùn)輸，蒸發(fā)粒子到達(dá)基片后凝結(jié)、成核、長大、成膜。什么是濺射鍍膜？列舉常見的濺射鍍膜的類型(至少三種)。用帶電粒子轟擊靶材，加速的離子轟擊固體表面時，發(fā)生表面原子碰撞并發(fā)生能量和動量的 轉(zhuǎn)移，使靶材原子從表面逸出并淀積在襯底材料上的過程。輝光放電直流濺射、三級濺射、 射頻濺射簡述正常輝光放電和異常輝光放電的特征。在正常輝光放電時，放電僅僅覆蓋陰極的一部分表面，隨著放電電流變化，覆蓋面也變化，但兩極間電壓不隨電流變化。在

6、異常輝光放電時， 放電已經(jīng)覆蓋陰極表面的全部，電流變化會導(dǎo)致電流密度變化，必須有比最合適條件高的放電電壓。磁控濺射為什么具有“低溫”、“高速”兩大特點？磁控濺射是以磁場來改變電子的運(yùn)動方向并束縛和延長電子的運(yùn)動軌跡從而提高電子對工作氣體的電離幾率和有效的利用了電子的能量。因此是正離子對靶材轟擊所引起的靶材濺射更加有效。同時受正交電磁場的束縛電子又只能在其能量要耗盡時才沉積在基片上。所以磁控濺射具有“低溫”“高速”這兩大特點。簡述核形成與生長的物理過程。在基底表面上吸附的氣相原子凝結(jié)之后， 吸附原子在其表面上擴(kuò)散遷移而形成晶核。 晶核再 結(jié)合其他吸附氣體原子逐漸長大， 最后便形成了薄膜。因此薄膜

7、的形成是由成核開始的， 由 核生長而形成薄膜。簡述離子轟擊的作用有哪些？(至少三點)1.離子濺射對基片表面產(chǎn)生清洗作用2.產(chǎn)生缺陷作用3.破壞表面結(jié)晶結(jié)構(gòu)4.改變表面形貌5.離子摻入6.溫度升高7.表面成分變化簡述薄膜生長階段及各階段的特點。1)首先形成無序分布的三維核，然后少量的沉積物迅速達(dá)到飽和密度，這些核隨后形成所 觀察到的島，島的形狀由界面能和沉積條件決定。整個生長過程受擴(kuò)散控制，即吸附和亞臨界原子團(tuán)在基片表面擴(kuò)散并被穩(wěn)定島俘獲。(2) 當(dāng)島通過進(jìn)一步沉積而增大尺寸時，島彼此靠近，大島似乎以合并小島而生長。島密度以沉積條件決定的速率單調(diào)減少。這一階段(稱為合并階段I)涉及島間通過擴(kuò)散實

8、現(xiàn)可觀的質(zhì)量傳遞。(3) 當(dāng)島分布達(dá)到臨界狀態(tài)時，大尺寸島的迅速合并導(dǎo)致形成聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，島將變平以增加表面覆蓋度。這個過程(稱合并階段II )開始時很迅速，一旦形成網(wǎng)絡(luò)便很快慢下來。網(wǎng)絡(luò)包含大量的空隧道，在外延生長情況下，這些隧道是結(jié)晶學(xué)形貌中的孔洞。(4 )生長的最后階段是需要足夠量的沉積物緩慢填充隧道過程。不管大面積空位在合并形 成復(fù)合結(jié)構(gòu)的何處形成，都有二次成核發(fā)生。 這一二次成核隨著進(jìn)一步沉積，一般緩慢生長和合并。簡述薄膜生長的三種模式及生長條件。(I )島狀模式。當(dāng)最小的穩(wěn)定核在基片上形成就會出現(xiàn)島狀生長，它在三維尺度生長，最終形成多個島。當(dāng)沉積物中的原子或分子彼此間的結(jié)合較之與基

9、片的結(jié)合強(qiáng)很多時，就會出現(xiàn)這種生長模式。(2 )單層模式。在單層生長模式中，最小的穩(wěn)定核的擴(kuò)展以壓倒所有其他方式出現(xiàn)在二維 空間，導(dǎo)致平面片層的形成， 在這一生長模式中，原子或分子之間的結(jié)合要弱于原子或分子 與基片的結(jié)合。第一個完整的單層會被結(jié)合稍松弛一些的第二層所覆蓋。只要結(jié)合能的減少是連續(xù)的，直至接近體材料的結(jié)合能值，單層生長模型便可自持。(3)層島復(fù)合模式。層島模式是上述兩種模式的中間復(fù)合。在這種模式中，在形成一層或 更多層以后，隨后的層狀生長變得不利，而島開始形成。從二維生長到三維生長的轉(zhuǎn)變，人們還未認(rèn)識清楚其緣由，但任何干擾層狀生長結(jié)合能特性的單調(diào)減小因素都可能是出現(xiàn)層島 生長模式的

10、原因。簡述薄膜組分及結(jié)構(gòu)表征的主要分析方法。X射線衍射方法、低能電子衍射和反射式高能電子衍射X射線能量色散譜、俄歇電子能譜、X射線光電子能譜、盧瑟福背散射技術(shù)、二次離子質(zhì)譜化學(xué)氣相沉積化學(xué)氣相沉積(Chemical vapor deposition,簡稱CVD)是反應(yīng)物質(zhì)在氣態(tài)條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)， 生成固態(tài)物質(zhì)沉積在加熱的固態(tài)基體表面，進(jìn)而制得固體材料的工藝技術(shù)。1.激光化學(xué)氣相沉積反應(yīng)由激光激發(fā)的化學(xué)氣相沉積方法。1.電鍍電鍍是利用電解的原理將導(dǎo)電體鋪上一層金屬的方法。1.化學(xué)鍍化學(xué)鍍也稱無電解鍍或者自催化鍍，是在無外加電流的情況下借助合適的還原劑，使鍍液中金屬離子還原成金屬，并沉積到零件表

11、面的1種鍍覆方法。1. LB技術(shù)LB膜技術(shù)在適當(dāng)?shù)臈l件下，不溶物單分子層可以通過特定的方法轉(zhuǎn)移到固體基底上，并且基本保持其定向排列的分子層結(jié)構(gòu)。1.金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法是在基板上成長半導(dǎo)體薄膜的一種方法。1.真空蒸鍍真空蒸鍍是將待成膜的物質(zhì)置于真空中進(jìn)行蒸發(fā)或升華，使之在工件或基片表面析出的過程。1.濺射用帶電粒子轟擊靶材，加速的離子轟擊固體表面時，發(fā)生表面原子碰撞并發(fā)生能量和動量的 轉(zhuǎn)移，使靶材原子從表面逸出并淀積在襯底材料上的過程。1.離子鍍離子鍍在真空條件下，利用氣體放電使氣體或被蒸發(fā)物質(zhì)部分電離，并在氣體離子或被蒸發(fā)物質(zhì)離子的轟擊下，將蒸發(fā)物質(zhì)或其反應(yīng)物沉積在基片

12、上的方法。1. 分子束外延 在超高真空條件下， 由裝有各種所需組分的爐子加熱而產(chǎn)生的蒸氣， 經(jīng)小孔準(zhǔn)直后形成的分 子束或原子束， 直接噴射到適當(dāng)溫度的單晶基片上， 同時控制分子束對襯底掃描， 就可使分 子或原子按晶體排列一層層地“長”在基片上形成薄膜。1. 盧瑟福背散射（ RBS）通過將一束確定能量的高能離子束（通常是質(zhì)子或a粒子）打到待分析材料上，檢測背向反 射的離子的能量，即可確定靶原子的種類、濃度和深度分布。1. X 射線光電子譜（ XPS）以 X 射線為激發(fā)光源的光電子能譜1. 俄歇電子譜（ AES）俄歇電子能譜（AES、Auger）是一種利用高能電子束為激發(fā)源的表面分析技術(shù) .AES

13、分析區(qū)域 受激原子發(fā)射出具有元素特征的俄歇電子。紅外吸收和拉曼散射 紅外吸收是指物質(zhì)對紅外光的吸收。拉曼散射指光波在被散射后頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。?描述旋片式機(jī)械泵、復(fù)合分子泵、油擴(kuò)散泵、低溫泵的工作原理及范圍。旋片式機(jī)械泵：轉(zhuǎn)子帶動葉片轉(zhuǎn)動，當(dāng)葉片處于入口時，葉片從轉(zhuǎn)子中伸出最長，此時，介 質(zhì)進(jìn)入，隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，葉片將逐漸縮短，葉片與泵體的空間也將越來越小，直逼出口， 最終將介質(zhì)送出。復(fù)合式分子泵的形式很多， 按結(jié)構(gòu)分， 主要有兩種： 一種是渦輪葉片與盤式牽引泵的串聯(lián)組 合；另一種是渦輪葉片與筒式牽引泵的串聯(lián)組合。 渦輪級主要用來提高泵的抽速， 一般采用 有利于提高抽速的葉片形狀，級數(shù)在l0

14、 級以內(nèi)。牽引級主要用來增加泵的壓縮比，提高泵的出口壓力。油擴(kuò)散泵所使用的任何泵油， 都是蒸氣壓不同的多組分的混合物。 因此， 要提高油擴(kuò)散泵的 抽氣和真空性能， 泵在工作中自身還要對泵油進(jìn)行分餾和凈化。 分餾目的是使高蒸氣壓組分 的油不進(jìn)入高真空工作噴嘴 （高真空端的噴嘴） ；凈化目的是使高蒸氣壓組分的油在工作過 程中不斷為前級泵所抽除，使油逐漸趨于純凈 .低溫泵內(nèi)設(shè)有由液氦或制冷機(jī)冷卻到極低溫度的冷板。 它使氣體凝結(jié)， 并保持凝結(jié)物的蒸汽 壓力低于泵的極限壓力，從而達(dá)到抽氣作用。述測量高、低真空的電離規(guī)、電阻規(guī)和熱偶規(guī)的原理和使用范圍。電阻規(guī)：當(dāng)給熱絲加恒定的電流時，由于氣壓不同通過氣體傳導(dǎo)走的熱量不同， 熱絲所保持的溫度就不同， 這導(dǎo)致熱絲電阻大小不同， 通過測量熱絲電阻大小就 可以推算