薄膜知識(shí)點(diǎn)匯總參考資料

第一章1.真空的定義及其度量單位概念：利用外力將肯定密閉空間內(nèi)的氣體分子移走，使該空間內(nèi)的氣壓小于1個(gè)大氣壓，則該空間內(nèi)的氣體的物理狀態(tài)就被稱為真空。真空，實(shí)際上指的是一種低壓的、淡薄的氣體狀態(tài)。0攝氏度時(shí)，水銀密度13.59509g/cm3，重力加速度980.665cm/2時(shí)，760mm水銀柱所產(chǎn)生的壓強(qiáng)為1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。1atm=1.01*105Pa=760Torr=1.0133*106微巴105-102氣態(tài)空間近似為大氣狀態(tài)，分子以熱運(yùn)動(dòng)為主，分子之間碰撞頻繁。低真空，可以獲得壓力差而不轉(zhuǎn)變空間的性質(zhì)。中真空102-10-1 中真空，氣體分子密度與大氣狀態(tài)有很大差異。氣體分子的流動(dòng)從黏滯流狀態(tài)向分子狀態(tài)過(guò)渡，氣體對(duì)流現(xiàn)象消逝。氣體中帶電離子在電場(chǎng)作用下，產(chǎn)生氣體導(dǎo)電現(xiàn)象〔離子鍍、濺射鍍膜等氣體放電和低溫等離子體相關(guān)鍍膜技術(shù)〕高真空10-1-10-5容器中分子數(shù)很少，分子平均自由程大于一般容器的線度，分子流淌為分子流，分子與容器壁碰撞為主，在此真空下蒸發(fā)材料，粒子將按直〔拉制單晶、外表鍍膜、電子管生產(chǎn)〕超高真空10-5-10-9 氣體分子數(shù)更少，幾乎不存在分子間碰撞，此時(shí)氣體分子在固體外表上是以吸附停留為主。入射固體外表的分子數(shù)到達(dá)單分子層需要的時(shí)間也較長(zhǎng)，可以獲得純潔外表〔薄膜沉積、外表分析…)極高真空《10-9 氣體分子入射固體外表的頻率已經(jīng)很低，可以保持外表干凈。適合分子尺寸加工及納米科學(xué)的爭(zhēng)論。抱負(fù)氣體狀態(tài)方程：

P nkT PV

mRTM2kTm2RTMv 1.412kTm2RTMm M8kTm8RTMv 1.598kTm8RTMa M3kTm3RTMv 1.733kTm3RTMr M每個(gè)氣體分子在與其它氣體分子連續(xù)2自由程。 1222nn－分子密度1nv4a入射頻率：入射頻率1nv4a真空在薄膜制備中的作用1〕避開(kāi)被蒸發(fā)分子或原子與氣體分子發(fā)生碰撞；〔2〕避開(kāi)被蒸發(fā)分子或原子與氣體分子發(fā)生反響。獲得真空的設(shè)備：真空泵機(jī)械泵：利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)形成的輸運(yùn)作用獲得真空的泵。分類：旋片式〔最常見(jiàn)、定片式、滑閥式運(yùn)轉(zhuǎn)模式：吸氣 排氣〔不斷循環(huán)〕優(yōu)缺點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)潔工作牢靠有油污染的 題。油集中泵將真空油加熱到高溫蒸發(fā)狀態(tài)〔約20℃；讓油蒸汽分多級(jí)向下定向高速噴出；大量油滴通過(guò)撞擊將動(dòng)能傳遞給氣體分子；氣體分子向排氣口方向運(yùn)動(dòng)，并在動(dòng)壓作用下排出泵體；油氣霧滴飛向低溫介質(zhì)冷卻的泵體外壁，被冷卻分散成液態(tài)后返回泵底部的蒸發(fā)器。優(yōu) 點(diǎn)：1〕造價(jià)較低的高真空泵方案；2〕沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件。缺 點(diǎn)：油蒸汽回流有可能污染真空系統(tǒng).泵內(nèi)穿插布置轉(zhuǎn)向不同的多級(jí)轉(zhuǎn)子和定子；轉(zhuǎn)子葉片以20k~60kr/min的高速旋轉(zhuǎn)；葉片通過(guò)碰撞將動(dòng)能不斷傳遞給氣體分子；氣體分子被賜予動(dòng)能后被逐級(jí)壓縮排出。低溫吸附泵工作原理：利用20K以下的超低溫外表來(lái)分散氣體分子以實(shí)現(xiàn)抽氣。優(yōu) 點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)目前最高的極限真空度：10-11。缺 點(diǎn)：1〕屬于捕獲泵的一種，使用要求高，需要外加冷源.濺射離子泵電離放電，而電離后的氣體分子在高速撞擊陰極時(shí)又會(huì)濺射出大量的Ti原子。由于Ti原子的活性很高，因而它將以吸附或化學(xué)反響的形式捕獲大量的氣體分子并在泵體內(nèi)沉積下來(lái)，實(shí)現(xiàn)超高真空的獲得。真空的測(cè)量熱偶真空計(jì)工作原理：氣體的熱導(dǎo)率隨氣體壓力變化，通過(guò)熱電偶測(cè)出熱絲的溫度，也就相應(yīng)的測(cè)出了環(huán)境的氣體壓強(qiáng)。熱偶規(guī)10-4-10-2Pa熱阻真空計(jì)工作原理：通過(guò)測(cè)量熱絲的電阻隨溫度的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)真空度的測(cè)量。102-10-2Pa第三章CVD〔四個(gè)階段〕反響氣體向基片外表集中；反響氣體吸附于基片外表；在基片外表發(fā)生化學(xué)反響；在基片外表產(chǎn)生的氣相副產(chǎn)物脫離外表，向空間集中或被抽氣系統(tǒng)抽走；基片外表留下不揮發(fā)的固相反響產(chǎn)物---膜。最常見(jiàn)的幾種CVD反響類型有：熱分解反響〔吸熱反響、化學(xué)合成反響、復(fù)原反響、氧化反響、歧化反響〔對(duì)具有多種氣態(tài)化合物的氣體，可在肯定條件下促使一種化合物轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N更穩(wěn)定的化合物，同時(shí)形成薄膜。CVD法的主要特點(diǎn)主要優(yōu)勢(shì)：1〕能形成多種金屬、非金屬和化合物薄膜；2〕組分易于掌握，易獲得抱負(fù)化學(xué)計(jì)量比，薄膜純度高；3〕成膜速度快、工效高〔沉積速率>>PVD、單爐處理批量大；沉積溫度高、薄膜致密、結(jié)晶完整、外表平滑、內(nèi)部剩余應(yīng)力低；沉積繞射性好，可在簡(jiǎn)單不規(guī)章外表〔深孔、大臺(tái)階〕沉積；主要缺點(diǎn)：1〕沉積溫度高，熱影響顯著，有時(shí)甚至具有破壞性；設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝掌握難度較大。CVD沉積裝置全部反響體系需滿足三個(gè)條件：在沉積溫度下，反響物必需有足夠高的蒸汽壓，要保證能以適當(dāng)速度被引入反響室；反響產(chǎn)物除了所需要的沉積物為固態(tài)薄膜之外，其他反響物必需是揮發(fā)性的；沉積薄膜本身必需有足夠低的蒸汽壓，以保證沉積的薄膜在整個(gè)沉積反響過(guò)程中都能保持在受熱的基體上；基體材料在沉積溫度下的蒸汽壓也必需足夠低。 反響氣體和載氣的供給和計(jì)量裝置根本系統(tǒng)構(gòu)成：加熱和冷卻系統(tǒng)反響氣體的排出裝置或真空系統(tǒng)薄膜的化學(xué)溶液制備技術(shù)化學(xué)鍍概念：在無(wú)電流通過(guò)〔無(wú)外界動(dòng)力〕時(shí)借助復(fù)原劑在金屬鹽溶液中使目標(biāo)金屬離子復(fù)原，并沉積在基片外表上形成金屬合金薄膜的方法。主要優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需電源，鍍層孔隙率較低，可直接在非導(dǎo)體上鍍膜，可在盲孔等簡(jiǎn)單外表均勻鍍膜。概念：將III、VVI族金屬半金屬元素的有機(jī)化合物和無(wú)機(jī)鹽(氯化物、硝酸鹽、乙酸鹽)溶于有機(jī)溶劑(乙酸、丙酮等)中獲得溶膠鍍液，承受浸漬或離心甩膠等方法涂覆于基片外表，因溶膠水解而獲得膠體膜，之后再進(jìn)展枯燥脫水處理獲得氧化物等固體薄膜的方法。膜厚取決于溶液中金屬有機(jī)化合物的濃度、溶膠液的溫度和黏度、基片的旋轉(zhuǎn)速度、角度以及環(huán)境溫度等。對(duì)薄膜材料的要求：1、有機(jī)極性溶質(zhì)溶解度范圍要寬，因此一般不用水溶液；2、有少量水參與時(shí)應(yīng)簡(jiǎn)潔發(fā)生水解；3、水解形成的薄膜應(yīng)不溶解，生成的揮發(fā)物易于去除；4、水解形成的氧化物應(yīng)易于低溫充分脫水；5、薄膜與基片有良好的附著力。優(yōu)點(diǎn)：1、薄膜組分均勻、成分易掌握；2、成膜平坦、可制備較大面積的薄膜；3、本錢低、周期短、易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。陽(yáng)極氧化概念：在適當(dāng)?shù)碾娊庖褐?，承受金屬或合金基片作為?yáng)極，陰極一般承受石墨電極，并賜予肯定的直流電壓，由于電化學(xué)反響在陽(yáng)極外表形成金屬氧化物薄膜的方法。LB技術(shù)：是指把液體外表的有機(jī)單分子膜轉(zhuǎn)移到固體襯底外表上的一種成膜LB薄膜。原理：將有機(jī)分子分散在水面上，沿水平方向?qū)λ媸┘訅毫?，使分子在水面上?yán)密排列，形成一層排列有序的不溶性單分子層。再利用端基與固體基片表面的吸附作用，將單分子層沉積在基片上。LB薄膜的特點(diǎn)：LB薄膜中分子有序定向排列；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(shù)；通過(guò)嚴(yán)格掌握條件，可以得到均勻、致密和缺陷密度很低的LB薄膜；設(shè)備簡(jiǎn)潔，操作便利。LBLB薄膜厚度很薄，在薄膜表征手段方面難度較大。單分子層的轉(zhuǎn)移〔沉積〕依據(jù)薄膜分子在基片上的相對(duì)取向，LB薄膜構(gòu)造可分為X型、Y型、Z型三種類型。時(shí)才有膜沉積，LB薄膜每層分子的親油基指向基片外表。

只有基片進(jìn)入水面基片每次進(jìn)出水面時(shí)都有分子沉積。LB薄膜每層分子的親水基與親水基相連，親油基與親油基相連。只有基片拉出水面時(shí)才有膜沉積，LB薄膜每層分子的親水基指向基片外表。第四章1.膜厚的測(cè)量石英晶體法：利用了石英晶體片的振蕩頻率隨晶體外表薄膜沉積的厚度變化的原理。利用石英晶體的壓電效應(yīng)，在將源材料鍍到基片的同時(shí)，也將其鍍到與振蕩電路相連的石英片上，依據(jù)石英體的諧振頻率的變化，來(lái)計(jì)算膜的厚度。第五章晶核的形成與生長(zhǎng)成核理論主要有兩種理論模型：毛細(xì)理論：薄膜形成：氣相→吸附相→固相的相變過(guò)程。毛細(xì)理論視原子團(tuán)為微小的分散滴。成核過(guò)程定性分析：原子團(tuán)通過(guò)吸附原子而增大，外表能增大，體系自由能增加GGmax；然后，原子團(tuán)再增大，體系G〔看書〕原子聚攏理論：原子聚攏理論將核〔原子團(tuán)〕看作一個(gè)大分子，用其內(nèi)部原子之間的結(jié)合能或與基片外表原子之間的結(jié)合能代替熱力學(xué)理論中的自由能。結(jié)合能不是連續(xù)變化而是以原子對(duì)結(jié)合能為最小單位的不連續(xù)變化。薄膜的生長(zhǎng)模式島狀模式：這種形成模式在薄膜生長(zhǎng)的初期階段，潤(rùn)濕角不為零，在基片外表上形成很多三維的島狀晶核、核生長(zhǎng)、合并進(jìn)而形成薄膜，大多數(shù)膜生長(zhǎng)屬于此類型。單層生長(zhǎng)模式：沉積原子在基片外表上均勻地掩蓋，潤(rùn)濕角為零，在襯底上形成很多二維晶核，晶核長(zhǎng)大后形成單原子層，鋪滿襯底，逐層生長(zhǎng)。層島復(fù)合模式：在基片外表上形成一層或更多層以后，隨后的層狀生長(zhǎng)變得不利，而島開(kāi)頭形成，從二維生長(zhǎng)到三維生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變，島長(zhǎng)大、結(jié)合，形成肯定厚度的連續(xù)薄膜。連續(xù)膜階連續(xù)膜階影響薄膜生長(zhǎng)特性的因素〔1〕沉積速率：一般來(lái)說(shuō)，沉積速率影響膜層中晶粒的大小與晶粒分布的均勻度以及缺陷等。低速率：金屬原子在基片上遷移時(shí)間長(zhǎng)，簡(jiǎn)潔到達(dá)吸附點(diǎn)位，或被吸附點(diǎn)位置上的小島捕獲而形成粗大的晶粒，使得薄膜的構(gòu)造粗糙，膜不致密。后續(xù)原子不能準(zhǔn)時(shí)到達(dá)，致使暴露時(shí)間長(zhǎng)，易引入雜質(zhì)，以及產(chǎn)生缺陷。因此，沉積速率高一些好。高沉積速率：薄膜晶粒細(xì)小，構(gòu)造致密，但由于同時(shí)分散成的核很多，在能量上核處于能量比較高的狀態(tài)，所以膜內(nèi)部存在比較大的應(yīng)力?；獗頎顟B(tài)：粗糙度低、外表光滑，則膜層構(gòu)造致密，簡(jiǎn)潔結(jié)晶，否則相反，而且附著力差?；诇囟龋河绊懕∧どL(zhǎng)的粘附系數(shù)〔多數(shù)降低〕、高遷移速率、增加島P161〔5〕性。隨著結(jié)晶顆粒的增大，入射的沉積原子就漸漸沿著原子的入射方向長(zhǎng)大，于是會(huì)產(chǎn)生所謂的自身影響效應(yīng)，從而使薄膜外表不平坦，消滅各向異性。這種沿原子入射方向生長(zhǎng)的傾向，在入射角越大時(shí)，表現(xiàn)得越明顯。第七章附著現(xiàn)象：從宏觀角度看，附著就是薄膜和基體外表相互作用將薄膜粘附在基體上的一種現(xiàn)象。薄膜的附著可分為四種類型：〔a〕簡(jiǎn)潔附著〔b〕集中附著〔c〕通過(guò)中間層附著，d〕宏觀效應(yīng)附著等。簡(jiǎn)潔附著：是在薄膜和基體之間存在一個(gè)很清楚的分界面。由兩個(gè)接觸面相互吸引形成的。當(dāng)兩個(gè)不相像或不相容的外表相互接觸時(shí)就易形成這種附著。集中附著：是由于在薄膜和基體之間相互集中或溶解形成一個(gè)漸變的界面。所以兩者之間形成的附著就沒(méi)有單純的界面。通過(guò)宏觀效應(yīng)的附著：包括機(jī)械鎖合和雙電層吸引。機(jī)械鎖合是一種宏觀的機(jī)械作用。當(dāng)基體外表比較粗糙，有各種微孔或微裂縫時(shí)，在薄膜形成過(guò)程中，入射到基體外表上的氣相原子便進(jìn)入到粗糙外表的各種缺陷、微孔或裂縫中形層而產(chǎn)生吸引。因薄膜和基體兩種材料的功函數(shù)不同，兩者間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移在界面兩邊積存起電荷。薄膜的附著力三種附著力：范德華力、靜電力〔物理吸附、化學(xué)鍵力〔化學(xué)吸附。增加附著力的方法①清洗基片；污染物導(dǎo)致薄膜與基片不能直接接觸→范德華力大大減弱→集中更不行能→吸附性極差②提高基片溫度；提高溫度的相互集中→集中附著有利于加速化學(xué)反響形成中間層→中間層附著；③引入很?。虎転R射法增加附著力。看書以下無(wú)正文僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、爭(zhēng)論；不得用于商業(yè)用途。Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse.僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、爭(zhēng)論；不得用于商業(yè)用途。Nurfürde