薄膜物理與技術(shù)題庫

第一次作業(yè)

L試述狹義薄膜材料的概念。

答：薄膜，薄膜是一種薄而軟的透明薄片。用塑料、膠粘劑、

橡膠或其他材料制成。薄膜科學(xué)上的解釋為:由原子，分子或離子

沉積在基片表面形成的2維材料。例:光學(xué)薄膜、復(fù)合薄膜、超導(dǎo)

薄膜、聚酯薄膜、尼龍薄膜、塑料薄膜等等。薄膜被廣泛用于電

子電器，機(jī)械，印刷等行業(yè)。

2.簡述薄膜在形成穩(wěn)定核之前及之后的生長過程？

答：形成穩(wěn)定核之前：沉積原子到達(dá)基片表面，會發(fā)生三

種狀態(tài)。一種是能量較大，在到達(dá)基片表面時就會發(fā)生反射離開；

如果能量較低，變會停留在基片表面，而另一部分原子能量較大，

在到達(dá)基片表面時，會發(fā)生表面遷移擴(kuò)散。如果擴(kuò)散原子在駐留時

間內(nèi)不能與其它原子結(jié)合形成更大原子團(tuán)，就會發(fā)生再蒸發(fā)離開基

片表面，而擴(kuò)散原子團(tuán)在駐留時間內(nèi)不能與其它原子相結(jié)合，便會

發(fā)生分解。如果表面原子或原子團(tuán)在駐留時間內(nèi)能與其它原子結(jié)

合，便形成更大原子團(tuán)；原子團(tuán)繼續(xù)吸附其它原子就會不斷長到形

成穩(wěn)定核；

形成穩(wěn)定核之后：大多數(shù)薄膜通過島狀生長，少部分通過層狀

生長模式或者層島復(fù)合模式生長成薄膜。詳細(xì)過程為形成穩(wěn)定核

后，穩(wěn)定核長大，彼此連接形成小島，新面積形成，新面積吸附單

體，發(fā)生“二次”成核，小島結(jié)合形成大島，大島長大并相互結(jié)

合，有產(chǎn)生新面積，并發(fā)生“二次”、“三次”成核；形成溝道和帶

有孔洞的薄膜；溝道填平，封孔，形成連續(xù)薄膜。

3.簡述薄膜的生長過模式及主要的控制因素？

答：（1）島狀生長模式；（2）層狀生長模式；（3）層島復(fù)

合模式。

控制因素主要分兩類：晶格失配度和基片表面（或者基片濕

潤性或浸潤性）；

4.從沉積速率和沉積溫度出發(fā)，簡述如何形成單晶或者粗大

晶粒？如何形成多晶、微晶甚至非晶？請給出簡單圖示？

答：提高溫度或降低沉積速率可以形成單晶或者粗大晶粒；

降低溫度或提高沉積速率可形成多晶、微晶甚至非晶。

5.薄膜外延生長的概念？影響實(shí)現(xiàn)外延生長主要因素是什

么？

在單晶基片上延續(xù)生長單晶薄膜的方法稱為外延生長；

溫度、沉積速率、單晶基片；

第二次作業(yè)

1.真空的概念？怎樣表示真空程度，為什么說真空是薄膜制

備的基礎(chǔ)？

答：(1)真空概念：空在給定的空間內(nèi)，氣體的壓強(qiáng)低于一個大

氣壓的狀態(tài)，稱為真空；

(2)真空程度：真空度、壓強(qiáng)、氣體分子密度：單位體積中氣

體分子數(shù)；氣體分子的平均自由程；形成一個分子層所需的時間等；

(3)物理氣相沉積法中的真空蒸發(fā)、濺射鍍膜和離子鍍等是基

本的薄膜制備技術(shù)。它們均要求沉積薄膜的空間有一定的真空度。

2.試述真空各區(qū)域的氣體分子運(yùn)動規(guī)律。

答：(1)粗真空下，氣態(tài)空間近似為大氣狀態(tài)，分子仍以熱運(yùn)

動為主，分子之間碰撞十分頻繁;(2)低真空是氣體分子的流動逐漸

從黏滯流狀態(tài)向分子狀態(tài)過渡，氣體分子間和分子和器壁間的碰

撞次數(shù)差不多；(3)高真空時，氣體分子的流動已為分子流，氣體分

子和容器壁之間的碰撞為主，而且碰撞次數(shù)大大減少，在高真空下

蒸發(fā)的材料，其粒子將沿直線飛行;(4)在超高真空時，氣體的分子

數(shù)目更少，幾乎不存在分子間的碰撞，分子和器壁的碰撞機(jī)會也更

少了。

3.簡述旋片機(jī)械泵、油擴(kuò)散泵、分子泵的工作原理及性能特

點(diǎn)？

答：旋片機(jī)械泵：原理利用機(jī)械運(yùn)動部件轉(zhuǎn)動或滑動形成的

輸運(yùn)作用獲得真空的泵。特點(diǎn)：需加真空油（密封用）；可從大氣

壓開始工作；真空度要求低玲可單獨(dú)使用；真空度要求高少作

為前級泵使用

油擴(kuò)散泵：原理：將真空油加熱到高溫蒸發(fā)狀態(tài)（約

200℃）；

讓油蒸汽分多級向下定向高速噴出；

大量油滴通過撞擊將動能傳遞給氣體分子；

氣體分子向排氣口方向運(yùn)動，并在動壓作用下排出泵體；

油氣霧滴飛向低溫介質(zhì)冷卻的泵體外壁，被冷卻凝結(jié)成液態(tài)

后返回泵底部的蒸發(fā)器。

特點(diǎn)：1-10-6Pa（因此需要前級機(jī)械泵提供1Pa的出口壓力）

分子泵:原理泵內(nèi)交錯布置轉(zhuǎn)向不同的多級轉(zhuǎn)子和定子；

轉(zhuǎn)子葉片以20k~60kl7min的高速旋轉(zhuǎn)；

葉片通過碰撞將動能不斷傳遞給氣體分子；

氣體分子被賦予動能后被逐級壓縮排出。

4.按測量原理真空計可分幾種，各自的定義及特點(diǎn)？

答：熱偶真空計：大量用于真空度較低、精度要求不高的場合；

結(jié)構(gòu)簡單、使用方便；

對不同氣體測量結(jié)果不同，需要校正；不能測量過高或過低

的氣壓；熱慣性較大，易發(fā)生零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。

皮拉尼真空計（熱偶真空計的改進(jìn)形式）：大量用于真空度較低、

精度要求不高的場合；

響應(yīng)速度比熱偶真空計快得多；一定程度上解決了零點(diǎn)漂移的問

題。

電離真空計：利用氣體分子與振蕩電子的碰撞電離作用測得氣壓,

可快速、連續(xù)測量；

不適于低真空測量（改進(jìn)的S-P型也要求P<10Pa）；測量結(jié)果

與氣體種類有關(guān)；需要定期除氣處理。

薄膜真空計：依靠金屬薄膜在氣體壓力差下產(chǎn)生機(jī)械位移測量氣

體的絕對壓力。測得的是絕對壓力；測量精度很高，且與氣體種類無

關(guān)；對環(huán)境溫度非常敏感，必須作好溫控；盡管屬于絕對真空計，仍

然需要精確地校正后才能使用。

第三次作業(yè)

6.如何解決蒸發(fā)過程中的分饋問題？

⑴使用較多的物質(zhì)作為蒸發(fā)源，盡量減少組元成分的相對變化

率

⑵采用向蒸發(fā)容器中不斷地，但每次僅加入少量被蒸發(fā)物質(zhì)的

方法

⑶利用加熱不同溫度的雙蒸發(fā)源或多蒸發(fā)源的方法，分別控制

和調(diào)節(jié)每個組元的蒸發(fā)速率，此方法用得較為普遍

采用真空蒸發(fā)法制作預(yù)定組成的薄膜，經(jīng)常采用瞬時蒸發(fā)法、雙

蒸發(fā)源法及合金升華法

7.點(diǎn)蒸發(fā)和小平面蒸發(fā)源特性，如何改善蒸鍍存在的膜厚均勻性問

題。

（1）點(diǎn)蒸發(fā)源：能夠從各個方向蒸發(fā)等量材料小平面蒸發(fā)源：發(fā)

射具有方向性，使在e角方向蒸發(fā)的材料質(zhì)量和cose成正比。

（2）改善基板溫度分布：若不均勻，由于凝聚系數(shù)不同，溫度

高的基板上膜厚變薄

蒸發(fā)速率必須穩(wěn)定：最典型的是DWDM濾光片，膜厚均勻性誤

差應(yīng)＜0.003%,如打開擋板后沒有轉(zhuǎn)整數(shù)圈（如缺1/4）,則總?cè)?shù)應(yīng)

25/0.003=8300圈；常用窄帶濾光片（HW1%）膜厚均勻性誤差應(yīng)＜0.5%,

如打開擋板后沒有轉(zhuǎn)到整數(shù)圈（如缺1/4）,則總?cè)?shù)應(yīng)25/0.5=50圈；

真空度：真空度高，均勻性較好，真空度降低，邊緣變薄

IAD離子流密度的均勻性：清洗以后或換燈絲等都會導(dǎo)致分布變

化

蒸發(fā)材料：象Ti02之類的融熔材料，每次裝料差不多；對半升華

和升華材料防止挖坑；對升華材料避免大塊材料引起蒸氣發(fā)射分布變

化。

8.濺射機(jī)理？如何提高濺射率？

濺射是指這充滿腔室的工藝氣體在高電壓的作用下，形成氣體等離

子體（輝光放電），其中的陽離子在電場力作用下高速向靶材沖

擊，陽離子和靶材進(jìn)行能量交換，使靶材原子獲得足夠的能量從靶

材表面逸出（其中逸出的還可能包含靶材離子）。這一整個的動力

學(xué)過程，就叫做濺射。提高濺射率：①提高離子動能（取決于電

源電壓和氣體壓力）②：等離子密度（取決于氣體壓力和電流

9.二極直流濺射、偏壓濺射、三極或四極濺射、射頻濺射、磁控濺

射、離子束濺射結(jié)構(gòu)及原理？

二極直流濺射：靶材為良導(dǎo)體，依靠氣體放電產(chǎn)生的正離子飛向陰

極靶，一次電子飛向陽極，放電依靠正離子轟擊陰極所產(chǎn)生的二次電

子，經(jīng)陰極加速后被消耗補(bǔ)充的一次電子維持。

三極或四極濺射：熱陰極發(fā)射的電子與陽極產(chǎn)生等離子體，靶相對于

該等離子體為負(fù)電位.為把陰極發(fā)射的電子全部吸引過來，陽極上加

正偏壓，20V左右。為使放電穩(wěn)定，增加第四個電極——穩(wěn)定化電極.

偏壓激射：基片施加負(fù)偏壓,在淀積過程中，基片表面將受到氣體

粒子的穩(wěn)定轟擊，隨時消除可能進(jìn)入薄膜表面的氣體，有利于提高薄

膜純度，并且也可除掉粘除力弱的淀積粒子，對基片進(jìn)行清洗，表面

凈化，還可改變淀積薄膜的結(jié)構(gòu)。

射頻濺射：可以用射頻輝光放電解釋。等離子體中的電子容易在

射頻場中吸收能量并在電場內(nèi)振蕩，與工作氣體的碰撞幾率增大，從

而使擊穿電壓和放電電壓顯著降低。

磁控濺射：使用了磁控靶，施加磁場來改變電子的運(yùn)動方向，束縛

并延長電子運(yùn)動軌跡，進(jìn)而提高電子對工作氣體的電離效率和濺射沉

積率。在陰極靶的表面上形成一個正交的電磁場。濺射產(chǎn)生的二次

電子在陰極位降區(qū)內(nèi)被加速成為高能電子，但是它并不直接飛向陽極，

而在電場和磁場的作用下作擺線運(yùn)動。高能電子束縛在陰極表面與工

作氣體分子發(fā)生碰撞，傳遞能量，并成為低能電子。

離子束濺射:離子源、屏蔽罩。由大口徑離子束發(fā)生源引出惰性氣

體，使其照射在靶上產(chǎn)生建設(shè)作用，利用濺射出的粒子淀積在基片上

制得薄膜。

10.離子鍍膜的優(yōu)缺點(diǎn)？

答：優(yōu)點(diǎn)（1）膜層的附著性好。利用輝光放電產(chǎn)生的大量高能粒

子對基片進(jìn)行清洗，在膜基界面形成過渡層或膜材與基材的成分混合

層，有效的改善膜層的附著性能（2）膜層的密度高（通常和大塊材

料密度相同卜（3）繞射性能好。（4）可鍍材質(zhì)范圍廣泛（5）有利于

化合物膜層的形成（6）淀積速率高，成膜速率快，可鍍較厚的膜。

缺點(diǎn)：（1）膜層的缺陷密度高（2）高能粒子轟擊基片溫度高，需

要進(jìn)行冷卻。

第四次作業(yè)

5.CVD的必要條件?

1.在沉積溫度下，反應(yīng)物具有足夠的蒸氣壓，并能以適當(dāng)?shù)乃俣?/p>

被引入反應(yīng)室；

2.反應(yīng)產(chǎn)物除了形成固態(tài)薄膜物質(zhì)外，都必須是揮發(fā)性的；

3.沉積薄膜和基體材料必須具有足夠低的蒸氣壓，

6.什么是低壓CVD和等離子CVD?各有何優(yōu)點(diǎn)？

答：低壓CVD：氣相輸運(yùn)和反應(yīng)。低壓下氣體擴(kuò)散系數(shù)增大，使氣

態(tài)反應(yīng)物和副產(chǎn)物的質(zhì)量傳輸速率加快，形成薄膜的反應(yīng)速率增加。

等離子CVD：等離子體參與的利用在等離子狀態(tài)下粒子具有的較

高能量，使沉積溫度降低。

7.試述薄膜與襯底附著的機(jī)理及對附著力的影響。

薄膜與襯底的附著機(jī)理：薄膜之所以能附著在基底上，是范德華力、

擴(kuò)散附著、機(jī)械咬合等綜合作用結(jié)果，可能涉及以下3種機(jī)理:①機(jī)

械結(jié)合。由于薄膜本身和基底均是凹凸不平，兩者之間形成相互交錯

咬合。在單純機(jī)械結(jié)合情況下，薄膜的附著力一般都較低。②物理結(jié)

合。薄膜與基底之間因范德華力而結(jié)合在一起。雖然這種引力的值較

小，只有0.1~0.5eV,但仍會造成很強(qiáng)的薄膜附著力,附著力一般在10-

至10lN.cm2o③化學(xué)鍵合。薄膜與襯底界面兩側(cè)原子之間可能形成

化學(xué)鍵合。化學(xué)鍵合對于提高薄膜附著力具有重要影響?；?/p>

學(xué)鍵合所提供的能量--般在0.5~10eV之間，相應(yīng)的附著力為10°

N-cm上述3種機(jī)理單獨(dú)或者共同決定著薄膜與襯底附著。

8.化學(xué)鍍的原理和特點(diǎn)？

答：化學(xué)鍍膜是指在還原劑的作用下，使金屬鹽中的金屬離子還原

成原子，在基片表面沉積的鍍膜技術(shù)，又稱無電源電鍍?；瘜W(xué)鍍不加

電場、直接通過化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)薄膜沉積。

化學(xué)鍍膜的還原反應(yīng)必須在催化劑的作用下才能進(jìn)行，且沉積反應(yīng)只

發(fā)生在基片表面上。

薄膜物理與技術(shù)題庫

一、填空題

在離子鍍膜成膜過程中，同時存在沉積和濺射作用，只有當(dāng)前

者超過后者時，才能發(fā)生薄膜的沉積

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

薄膜形成與生長的三種模式：層狀生長，島狀生長，層狀-

島狀生長

在氣體成分和電極材料一定條件下，起輝電壓V只與氣體的壓

強(qiáng)P和電極距離的乘積有關(guān)。

1.表征濺射特性的參量主要有濺射率濺射閾

濺射粒子的速度和能量等。

2.溶膠（Sol）是具有液體特征的膠體體系，分散的粒子是固體或

者大分子，分散的粒子大小在1~100nm之間。

3.薄膜的組織結(jié)構(gòu)是指它的結(jié)晶形態(tài)，其結(jié)構(gòu)分為四種類型：無

定形結(jié)構(gòu)，多晶結(jié)構(gòu)，纖維結(jié)構(gòu)，單晶結(jié)

構(gòu)。

4.氣體分子的速度具有很大的分布空間。溫度越高、氣體分子的

相對原子質(zhì)量越小，分子的平均運(yùn)動速度越快。

二、解釋下列概念

濺射：濺射是指荷能粒子轟擊固體表面（靶），使固體原子

（或分子）從表面射出的現(xiàn)象

氣體分子的平均自由程：每個分子在連續(xù)兩次碰撞之間的路程稱為

自由程，其統(tǒng)計平均值：、②—”稱為平均自由程，

飽和蒸氣壓：在一定溫度下，真空室內(nèi)蒸發(fā)物質(zhì)與固體或液體平衡

過程中所表現(xiàn)出的壓力。

凝結(jié)系數(shù)：當(dāng)蒸發(fā)的氣相原子入射到基體表面上，除了被彈性

反射和吸附后再蒸發(fā)的原子之外，完全被基體表面所凝結(jié)的氣相原

子數(shù)與入射到基體表面上總氣相原子數(shù)之比。

物理氣相沉積法：物理氣相沉積法(Physicalvapordeposition)

是利用某種物理過程，如物質(zhì)的蒸發(fā)或在受到粒子轟擊時物質(zhì)表面

原子的濺射等現(xiàn)象，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

真空蒸發(fā)鍍膜法：是在真空室內(nèi)，加熱蒸發(fā)容器中待形成薄膜的源

材料，使其原子或分子從表面汽化逸出，形成蒸氣流，入射到固體

(稱為襯底、基片或基板)表面，凝結(jié)形成固態(tài)

濺射鍍膜法：利用帶有電荷的離子在電場加速后具有一定動能的特

點(diǎn)，將離子引向欲被濺射的物質(zhì)作成的靶電極。在離子能量合適的

情況下，入射離子在與靶表面原子的碰撞過程中將靶原子濺射出

來，這些被濺射出來的原子帶有一定的動能，并且會沿著一定的方

向射向襯底，從而實(shí)現(xiàn)薄膜的沉積。

離化率：離化率是指被電離的原子數(shù)占全部蒸發(fā)原子數(shù)的百分比

例。是衡量離子鍍特性的一個重要指標(biāo)。

化學(xué)氣相沉積：是利用氣態(tài)的先驅(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)薄膜的技術(shù)。

物理氣相沉積：是利用某種物理過程，如物質(zhì)的蒸發(fā)或在受到離子

轟擊時物質(zhì)表面原子濺射的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)原子從源物質(zhì)到薄膜的

可控轉(zhuǎn)移過程。

濺射閾值：濺射閾值是指使靶材原子發(fā)生濺射的入射離子所必須具

有的最小能量。

薄膜材料：采用特殊工藝，在體材表面上，一層或多層，厚度為一

個或幾十個原子層，性質(zhì)不同于體材表面的特質(zhì)層。

氣體平均自由程：指氣體分子在兩次碰撞的間隔時間里走過的平均

距離。

等離子體的鞘層電位：電子與離子具有不同的速度的一個直接后果

就是形成所謂的等離子體鞘層電位，即相對于等離子體，任何位于

等離子體中或其附近的物體都將會自動地處于一個負(fù)電位，并且在

其表面伴有正電荷的積累。

5.薄膜的外延生長：在完整的單晶存底上延續(xù)生長單晶薄膜的方

法稱為外延生長。

6.氣體分子的通量：單位時間，氣體分子在單位表面積上碰撞分子

的頻率。

7.磁控濺射：通過引入磁場，利用磁場對帶電粒子的束縛作用來

提高濺射效率和沉積速率的濺射方法稱為磁控濺射。

8.真空規(guī)：真空測量用的元件稱為真空規(guī)。

三、回答下列問題

1、真空的概念？怎樣表示真空程度，為什么說真空是薄膜制備的

基礎(chǔ)？

在給定的空間內(nèi)，氣體的壓強(qiáng)低于一個大氣壓的狀態(tài)，稱為真空

真空度、壓強(qiáng)、氣體分子密度：單位體積中氣體分子數(shù)；氣體分

子的平均自由程；形成一個分子層所需的時間等

物理氣相沉積法中的真空蒸發(fā)、濺射鍍膜和離子鍍等是基本的薄膜

制備技術(shù)。它們均要求沉積薄膜的空間有一定的真空度。

2、討論工作氣體壓力對濺射鍍膜過程的影響？

在相對較低的壓力下，電子的平均自由程較長，電子在陽極上消耗

的幾率增大，通過碰撞過程引起氣體分子電離的幾率較低。同時，

離子在陰極上濺射的同時發(fā)射出二次電子的幾率又由于氣壓較低而

相對較小。這些均導(dǎo)致低壓條件下濺射的速率很低。

在相對較低的壓力下，入射到襯底表面的原子沒有經(jīng)過很多次碰

撞，因而其能量較高，這有利于提供沉積時原子的擴(kuò)散能力，提供

沉積組織的致密性

在相對較高的壓力下，濺射出來的靶材原子甚至?xí)簧⑸浠匕胁谋?/p>

面沉降下來，因而沉積到襯底的幾率反而下降

在相對較高的壓力下，使得入射原子的能量降低，這不利于薄膜組

織的致密化

濺射法鍍膜的沉積速率將會隨著氣壓的變化出現(xiàn)一個極大值

3、物理氣相沉積法的共同特點(diǎn)？

(1)需要使用固態(tài)的或者熔融態(tài)的物質(zhì)作為沉積過程的源物質(zhì)

(2)源物質(zhì)經(jīng)過物理過程而進(jìn)入氣相

(3)需要相對較低的氣體壓力環(huán)境

(4)在氣相中及在襯底表面并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)

4、簡述化學(xué)氣相沉積的特點(diǎn)？

(1)既可以制備金屬薄膜、非金屬薄膜，又可按要求制備多成分的

合金薄膜

(2)成膜速度可以很快，每分鐘可達(dá)幾個微米甚至數(shù)百微米

(3)CVD反應(yīng)在常壓或低真空進(jìn)行，鍍膜的繞射性好，對于形狀復(fù)

雜的表面或工件的深孔、細(xì)孔都能均勻鍍覆，在這方面比PVD優(yōu)

越得多

(4)能得到純度高、致密性好、殘余應(yīng)力小、結(jié)晶良好的薄膜鍍

層。由于反應(yīng)氣體、反應(yīng)產(chǎn)物和基體的相互擴(kuò)散，可以得到附著力

好的膜層，這對表面鈍化、抗蝕及耐磨等表面增強(qiáng)膜是很重要的

(5)由于薄膜生長的溫度比膜材料的熔點(diǎn)低得多，由此可以得到純

度高、結(jié)晶完全的膜層，這是有些半導(dǎo)體膜層所必須的

(6)CVD方法可獲得平滑的沉積表面

(7)輻射損傷低。這是制造MOS半導(dǎo)體器件等不可缺少的條件

化學(xué)氣相沉積的主要缺點(diǎn)是：

反應(yīng)溫度太高，一般要1000°C左右，許多基體材料都耐受不

住CVD的高溫，因此限制了它的應(yīng)用范圍

5、輝光放電過程中為什么Pd太小或太大，都不容易起輝放電？

如果氣體壓強(qiáng)太低或極間距離太小，二次電子在到達(dá)陽極前不能使

足夠的氣體分子被碰撞電離，形成一定數(shù)量的離子和二次電子，會

使輝光放電熄滅

氣體壓強(qiáng)太高或極間距離太大，二次電子因多次碰撞而得不到加

速，也不能產(chǎn)生輝光

6、真空蒸發(fā)系統(tǒng)應(yīng)包括那些組成部分？

(1)真空室，為蒸發(fā)過程提供必要的真空環(huán)境

(2)蒸發(fā)源或蒸發(fā)加熱器，放置蒸發(fā)材料并對其加熱

(3)基板，用于接受蒸發(fā)物質(zhì)并在其表面形成固態(tài)薄膜

(4)基板加熱器及測溫器等

7、什么是等離子體？以及等離子體的分類(按電離程度)？

帶正電的粒子與帶負(fù)電的粒子具有幾乎相同的密度，整體呈電中性

狀態(tài)的粒子集合體

按電離程度等離子體可分為

部分電離及弱電離等離子體和完全電離等離子體兩大類

部分電離及弱電離等離子體中大部分為中性粒子，只有部分或極少

量中性粒子被電離

完全電離等離子體中所有中性粒子都被電離，而呈離子態(tài)、電子態(tài)

8、簡述化學(xué)吸附的特點(diǎn)？

1.吸附力是由吸附劑與吸附質(zhì)分子之間產(chǎn)生的化學(xué)鍵力，一般較

強(qiáng)。

2.吸附熱較高，接近于化學(xué)反應(yīng)熱，一般在40kJ/mol以上

3.吸附有選擇性，固體表面的活性位只吸附與之可發(fā)生反應(yīng)的氣

體分子，如酸位吸附堿性分子，反之亦然

4.吸附很穩(wěn)定，一旦吸附，就不易解吸

5.吸附是單分子層的

6.吸附需要活化能，溫度升高，吸附和解吸速率加快

9、簡述分子束外延鍍膜的特點(diǎn)：

(1)MBE雖然也是一個以氣體分子運(yùn)動論為基礎(chǔ)的蒸發(fā)過程，但它

不是以蒸發(fā)溫度為控制參數(shù)，而是以系統(tǒng)中的四極質(zhì)譜儀、原子吸

收光譜等近代分析儀器，精密地監(jiān)控分子束的種類和強(qiáng)度，從而嚴(yán)

格控制生長過程和生長速率

(2)MBE是一個超高真空的物理沉積過程，既不需要考慮中間化學(xué)

反應(yīng)，又不受質(zhì)量傳輸?shù)挠绊?，并且利用快門可對生長和中斷瞬時

調(diào)整。膜的組分和摻雜濃度可隨源的變化作迅速調(diào)整

(3)MBE的襯底溫度低，因此降低了界面上熱膨脹引入的晶格失配

效應(yīng)和襯底雜質(zhì)對外延層的自摻雜和擴(kuò)散的影響

(4)MBE是動力學(xué)過程，即將入射的中性粒子(原子或分子)一

個一個地堆積在襯底上進(jìn)行生長，而不是一個熱力學(xué)過程，所以它

可生長按照普通熱平衡生長方法難以生長的薄膜

(5)MBE的另一顯著特點(diǎn)是生長速率低，大約1|Jm/h,相當(dāng)于每

秒生長一個單原子層，因此有利于實(shí)現(xiàn)精確控制厚度、結(jié)構(gòu)與成分

和形成陡峭異質(zhì)結(jié)等。MBE特別適于生長超晶格材料

(6)MBE是在一個超高真空環(huán)境中進(jìn)行的，而且襯底和分子束源相

隔較遠(yuǎn)，因此可用多種表面分析儀器實(shí)時觀察生長面上的成分結(jié)構(gòu)

及生長過程，有利于科學(xué)研究

10、簡述CVD輸運(yùn)反應(yīng)的原理

把需要沉積的物質(zhì)當(dāng)作源物質(zhì)(不揮發(fā)性物質(zhì))，借助于適當(dāng)?shù)?/p>

氣態(tài)介質(zhì)與之反應(yīng)而形成一種氣態(tài)化合物，這種氣態(tài)化合物經(jīng)化學(xué)

遷移或物理載帶(利用載氣)輸運(yùn)到與源區(qū)溫度不同的沉積區(qū)，

并在基板上發(fā)生逆向反應(yīng)，使源物質(zhì)重新在基板上沉積出來，這樣

的過程稱為化學(xué)輸運(yùn)反應(yīng)。

1、描述氣體分子從表面的反射-余弦定律及其意義？

寺=京-皿'碰撞于固體表面的分子，它們飛離表面的方向與原入射

方向無關(guān)，并按與表面法線方向所成角度e的余弦進(jìn)行分布。則一

個分子在離開其表面時，處于立體角dw(與表面法線成e角)中

的幾率是：

式中1/TT是歸一化條件，即位于2TT立體角中的幾率為1而出現(xiàn)

的余弦定律的重要意義在于:

(1)它揭示了固體表面對氣體分子作用的另一個方面，即將分子原

有的方向性徹底“消除”，均按余弦定律散射

(2)分子在固體表面要停留一定的時間，這是氣體分子能夠與固體

進(jìn)行能量交換和動量交換的先決條件，這一點(diǎn)有重要的實(shí)際意義

2.氣體分子的平均自由程概念及其與壓強(qiáng)關(guān)系的表達(dá)式？

每個分子在連續(xù)兩次碰撞之間的路程稱為自由程，其統(tǒng)計平均值：

4二]

、泛e尸稱為平均自由程，平均自由程與分子密度n和分子直徑

。的平方成反比關(guān)系

平均自由程與壓強(qiáng)成反比，與溫度成正比。

3.通常對蒸發(fā)源材料的要求？

(1)熔點(diǎn)要高

(2)飽和蒸氣壓低

(3)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在高溫下不與蒸發(fā)材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)

(4)具有良好的耐熱性，熱源變化時，功率密度變化很小

(5)原料豐富，經(jīng)濟(jì)耐用

4.如何解決蒸發(fā)過程中的分儲問題？

(1)使用較多的物質(zhì)作為蒸發(fā)源，盡量減少組元成分的相對變化率

(2)采用向蒸發(fā)容器中不斷地，但每次僅加入少量被蒸發(fā)物質(zhì)的方

法

(3)利用加熱不同溫度的雙蒸發(fā)源或多蒸發(fā)源的方法，分別控制和

調(diào)節(jié)每個組元的蒸發(fā)速率，此方法用得較為普遍

采用真空蒸發(fā)法制作預(yù)定組成的薄膜，經(jīng)常采用瞬時蒸發(fā)法、雙蒸

發(fā)源法及合金升華法

5.簡述激光蒸發(fā)法的特點(diǎn)？

(1)激光加熱可以達(dá)到極高的溫度，可蒸發(fā)任何高熔點(diǎn)的材料，且

可獲得很高的蒸發(fā)速率

(2)由于采用非接觸式加熱，激光器可以安放在真空室外，既完全

避免了蒸發(fā)源的污染，又簡化了真空室，非常適宜在高真空下制備

高純薄膜

(3)利用激光束加熱能夠?qū)δ承┗衔锘蚝辖疬M(jìn)行閃爍蒸發(fā)，有利

于保證膜成分的化學(xué)計量比或防止分解；又由于材料氣化時間短

促，不足以使四周材料達(dá)到蒸發(fā)溫度，所以激光蒸發(fā)不易出現(xiàn)分儲

現(xiàn)象

6.簡述蒸發(fā)鍍膜相比濺射鍍膜工藝的特點(diǎn)？

濺射鍍膜與真空鍍膜相比，有如下特點(diǎn)：

(1)任何物質(zhì)均可以濺射，尤其是高熔點(diǎn)、低蒸氣壓元素和化合

物。不論是金屬、半導(dǎo)體、絕緣體、化合物和混合物等，只要是固

體，不論是塊狀、粒狀的物質(zhì)都可以作為靶材

(2)濺射膜與基板之間的附著性好

(3)濺射鍍膜密度高，針孔少，且膜層的純度較高，因?yàn)樵跒R射鍍

膜過程中，不存在真空蒸鍍時無法避免的士甘摒污染現(xiàn)象

(4)膜厚可控性和重復(fù)性好；可在較大面積上獲得厚度均勻的薄膜

7.為什么射頻輝光放電的擊穿電壓和維持放電的工作電壓均降

低？

產(chǎn)生射頻放電時，外加電壓的變化周期小于電離和消電離所需時間

(一般在10-6秒左右)，等離子體濃度來不及變化。由于電子的

質(zhì)量小，很容易跟隨外電場從射頻場中吸收能量并在場內(nèi)作振蕩運(yùn)

動。因此增加了氣體分子的碰撞幾率，并使電離能力顯著提高

射頻輝光放電的擊穿電壓只有直流輝光放電的1/10

射頻輝光放電可以在較低的壓力下進(jìn)行。直流輝光放電常在1-

10Pa運(yùn)行,射頻輝光放電可以在10-2-10-1Pa運(yùn)行

8.簡述CVD反應(yīng)的基本類型？

a.熱分解反應(yīng)

b.還原或置換反應(yīng)

c.氧化或氮化反應(yīng)

d.歧化反應(yīng)

9.簡述任何CVD所用的反應(yīng)體系，都必須滿足的基本條件？

(1)在沉積溫度下，反應(yīng)物必須有足夠高的蒸氣壓，要保證能以適

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氣壓，以保證在整個沉積反

應(yīng)過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氣

壓也必須足夠低

10.簡述膠體制備的一般條件，及主要制備方法？

(1)分散相在介質(zhì)中的溶解度須極小

(2)必須有穩(wěn)定劑存在

制備方法：

(1)還原法主要用于制備各種金屬溶膠

(2)氧化法用硝酸等氧化劑氧化硫化氫水溶液，可制得硫溶膠

(3)水解法多用來制備金屬氫氧化物溶膠

(4)復(fù)分解反應(yīng)法常用來制備鹽類的溶膠

五、計算：處于1527℃下的銀鋁合金(Ni80%,Cr20%)在PCr

=10Pa,

PNi=1Pa時，它們的蒸發(fā)速率之比(MNi=58.7MCr=

52.0)

瓦一瓦瓦寸亞

薄膜物理與技術(shù)要點(diǎn)總結(jié)

第一章

最可幾速率：根據(jù)麥克斯韋速率分布規(guī)律，可以從理論上推得分子速

率在匕“處有極大值，匕“稱為最可幾速率

秒%=產(chǎn)%=I?同，Vm速度分布

平均速度：下%=/%=L59歷7,分子運(yùn)動平均距離

均方根速度：=〃%=丹%八73核平均動能

真空的劃分：粗真空、低真空、高真空、超高真空。

真空計：利用低壓強(qiáng)氣體的熱傳導(dǎo)和壓強(qiáng)有關(guān)；（熱偶真空計）

利用氣體分子電離；（電離真空計）

真空泵：機(jī)械泵、擴(kuò)散泵、分子泵、羅茨泵

機(jī)械泵：利用機(jī)械力壓縮和排除氣體

擴(kuò)散泵：利用被抽氣體向蒸氣流擴(kuò)散的想象來實(shí)現(xiàn)排氣作用

分子泵：前級泵利用動量傳輸把排氣口的氣體分子帶走獲得真空。

第二章

1.什么是飽和蒸氣壓？蒸發(fā)溫度？

飽和蒸氣壓：在一定溫度下，真空室內(nèi)蒸發(fā)物質(zhì)的蒸氣與固體或液體

平衡過程中所表現(xiàn)出的壓力

蒸發(fā)溫度：物質(zhì)在飽和蒸氣壓為10-2托時的溫度。

2.克-克方程及其意義？

克-克方程竺=，可以知道飽和蒸氣壓和溫度的關(guān)系，對于

dTT（Vg-Vs）

薄膜的制作技術(shù)有重要實(shí)際意義，幫助我們合理地選擇蒸發(fā)材料和

確定蒸發(fā)條件.

3.蒸發(fā)速率、溫度變化對其的影響？

在蒸發(fā)源以上溫度蒸發(fā)，蒸發(fā)源溫度的微小變化即可以引起蒸發(fā)速率

發(fā)生很大變化。

4.平均自由程與碰撞幾率的概念？

氣體分子處于不規(guī)則的熱運(yùn)動狀態(tài)，每個氣體分子在連續(xù)兩次碰撞之

間的路程稱為“自由程”，其統(tǒng)計平均值稱為“平均自由程

蒸發(fā)材料分子能與真空室中殘余氣體分子相互碰撞的數(shù)目占總的蒸

發(fā)材料分子的百分?jǐn)?shù)

5.點(diǎn)蒸發(fā)和小平面蒸發(fā)源特性？

點(diǎn)蒸發(fā)源：能夠從各個方向蒸發(fā)等量材料小平面蒸發(fā)源：發(fā)射具有

方向性，使在。角方向蒸發(fā)的材料質(zhì)量和cose成正比。

6.拉烏爾定律？如何控制合金薄膜的組分？

拉烏爾定律：在定溫下，在稀溶液中，溶劑的蒸氣壓等于純?nèi)軇┱魵?/p>

壓乘以溶液中溶劑的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)。為保證薄膜組成，經(jīng)常采

用瞬時蒸發(fā)法、雙蒸發(fā)源法(將要形成合金的每一成分，分別裝入各

自的蒸發(fā)源中，然后獨(dú)立地控制其蒸發(fā)速率，使達(dá)到基板的各種原子

符合組成要求。)

7.MBE的特點(diǎn)？

(1)是以系統(tǒng)中的四級質(zhì)譜儀、原子吸收光譜等儀器，精密的監(jiān)測

分子束的強(qiáng)度和種類，

從而嚴(yán)格控制生長過程和生長速率。

(2)膜的組分和摻雜濃度可隨源的變化迅速做出調(diào)整。

(3)襯底溫度低，降低了界面上熱膨脹引起的晶格失配效應(yīng)和襯底

雜質(zhì)對外延層的自摻雜擴(kuò)散影響。

(4)是一個動力學(xué)過程，它可以生長按照普通熱平衡生長方法難以

生長的薄膜。

（5）生長速率低，有利于實(shí)現(xiàn)精確控制厚度、結(jié)構(gòu)與成分和形成陡

峭異質(zhì)結(jié)

（6）可用多種分析儀器實(shí)時觀察生長面上的成分、結(jié)構(gòu)和生長過程，

有利于科學(xué)研究

8.膜厚的定義？監(jiān)控方法？

膜厚的定義，應(yīng)該根據(jù)測量的方法和目的來決定。

稱重法（微量天平法石英晶體振蕩法）電學(xué)方法（電阻法電

容法電離式監(jiān)控記法）

光學(xué)方法（光吸收法光干涉法等厚干涉條紋法）觸針法（差動

變壓器法阻抗放大法

壓電元件法

第三章

1.濺射鍍膜和真空鍍膜的特點(diǎn)？

1.任何物質(zhì)都可以濺射，尤其是高熔點(diǎn)、低蒸氣壓元素化合物2.濺

射膜和基板的附著性好

3.濺射鍍膜密度高，針孔少，且膜層的純度較高4.膜度可控性和重

復(fù)性好

2.正常輝光放電和異常輝光放電的特征？

正常輝光放電：在一定電流密度范圍內(nèi)，放電電壓維持不變。

異常輝光放電：電流增大時，放電電極間電壓升高，且陰極電壓降

與電流密度和氣體壓強(qiáng)有關(guān)。

3.射頻輝光放電的特點(diǎn)？

1.在輝光放電空間產(chǎn)生的電子可以獲得足夠的能量，足以產(chǎn)生碰撞電

2.由于減少了放電對二次電子的依賴，降低了擊穿電壓；

3.射頻電壓可以通過各種阻抗偶合，所以電極可以是非金屬材料。

4.濺射的概念及濺射參數(shù)？

濺射是指荷能粒子轟擊固體表面（靶），使固體原子或者分子從表面

射出的現(xiàn)象。

1.濺射閾值2.濺射率及其影響因素3.濺射粒子的速度和能量分布4.

濺射原子的角度分布

5.濺射率的計算

5.濺射機(jī)理？

1.濺射率隨入射離子能量增大而增大，在離子能量達(dá)到一定程度后，

由于離子注入效應(yīng)，濺射率減?。?/p>

2.濺射率的大小與入射離子的質(zhì)量有關(guān)；

3.當(dāng)入射離子能量小于濺射閾值時，不會發(fā)生濺射；

4.濺射原子的能量比蒸發(fā)原子大許多倍；

5.入射離子能量低時，濺射原子角度分布不完全符合余弦定律，與入

射離子方向有關(guān)；

6.電子轟擊靶材不會發(fā)生濺射現(xiàn)象。

6.二極直流濺射、偏壓濺射、三極或四極濺射、射頻濺射、磁控濺射、

離子束濺射結(jié)構(gòu)及原理？

二極直流濺射靶材為良導(dǎo)體，依靠氣體放電產(chǎn)生的正離子飛向陰極靶，

一次電子飛向陽極，放電依靠正離子轟擊陰極所產(chǎn)生的二次電子，經(jīng)

陰極加速后被消耗補(bǔ)充的一次電子維持。

三極或四極濺射：熱陰極發(fā)射的電子與陽極產(chǎn)生等離子體，靶相對于

該等離子體為負(fù)電位.為把陰極發(fā)射的電子全部吸引過來，陽極上加

正偏壓，20V左右。為使放電穩(wěn)定，增加第四個電極——穩(wěn)定化電極.

偏壓濺射：基片施加負(fù)偏壓,在淀積過程中，基片表面將受到氣體粒子

的穩(wěn)定轟擊，隨時消除可能進(jìn)入薄膜表面的氣體，有利于提高薄膜純

度，并且也可除掉粘除力弱的淀積粒子，對基片進(jìn)行清洗，表面凈化，

還可改變淀積薄膜的結(jié)構(gòu)。

射頻濺射：可以用射頻輝光放電解釋。等離子體中的電子容易在射頻

場中吸收能量并在電場內(nèi)振蕩，與工作氣體的碰撞幾率增大，從而使

擊穿電壓和放電電壓顯著降低。

磁控濺射：使用了磁控靶，施加磁場來改變電子的運(yùn)動方向，束縛并延

長電子運(yùn)動軌跡，進(jìn)而提高電子對工作氣體的電離效率和濺射沉積率。

在陰極靶的表面上形成一個正交的電磁場。濺射產(chǎn)生的二次電子在

陰極位降區(qū)內(nèi)被加速成為高能電子，但是它并不直接飛向陽極，而在

電場和磁場的作用下作擺線運(yùn)動。高能電子束縛在陰極表面與工作氣

體分子發(fā)生碰撞，傳遞能量，并成為低能電子。

離子束濺射:離子源、屏蔽罩。由大口徑離子束發(fā)生源引出惰性氣體，

使其照射在靶上產(chǎn)生建設(shè)作用，利用濺射出的粒子淀積在基片上制得

薄膜。

第四章

1.離子鍍膜的優(yōu)缺點(diǎn)？

優(yōu)點(diǎn):（1）膜層的附著性好。利用輝光放電產(chǎn)生的大量高能粒子對基

片進(jìn)行清洗，在膜基界面形成過渡層或膜材與基材的成分混合層，有

效的改善膜層的附著性能（2）膜層的密度高（通常和大塊材料密度

相同卜（3）繞射性能好。（4）可鍍材質(zhì)范圍廣泛（5）有利于化合物

膜層的形成（6）淀積速率高，成膜速率快，可鍍較厚的膜。

缺點(diǎn)：（1）膜層的缺陷密度高（2）高能粒子轟擊基片溫度高，需要

進(jìn)行冷卻。

2.離子鍍膜系統(tǒng)工作的必要條件？

必要條件：造成一個氣體放電的空間；將鍍料原子（金屬原子或非金屬

原子）引進(jìn)放電空間，使其部分離化。

成膜條伴?%

3.離子鍍膜技術(shù)的分類？

直流二極型離子鍍、三極和多陰極型離子鍍、活性反應(yīng)離子鍍膜、射

頻離子鍍膜技術(shù)、

4.直流二極激射、三極和多陰極離子鍍、活性反應(yīng)離子鍍、射頻離子

鍍的原理和特點(diǎn)？

直流二極型離子鍍是利用二極間的輝光放電產(chǎn)生離子、并由基板所加

的負(fù)電壓對其加速。

特點(diǎn)：轟擊離子能量大，引起基片溫度升高，薄膜表面粗糙，質(zhì)量差；

工藝參數(shù)難于控制。設(shè)備簡單，技術(shù)容易實(shí)現(xiàn)，用普通真空鍍膜機(jī)就

可以改裝，因此也具有一定實(shí)用價值。附著力好。

三極和多陰極型離子鍍

特點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)低氣壓下的離子鍍膜，鍍膜質(zhì)量好，光澤致密；多陰極

方式中，陰極電壓在200V就能在10-3Torr左右開始放電；改變輔

助陰極（多陰極）的燈絲電流來控制放電狀態(tài)；燈絲處于基板四周，擴(kuò)

大了陰極區(qū)、改善了繞射性，減少了高能離子對工件的轟擊作用.

活性反應(yīng)離子鍍：并用各種不同的放電方式使金屬蒸氣和反應(yīng)氣體的

分子、原子激活、離化、使其活化，促進(jìn)其間的化學(xué)反應(yīng)，在基片表

面就可以獲得化合物薄膜

特點(diǎn)：增加了反應(yīng)物的活性，在溫度較低的情況下就能獲得附著性能

良好的碳化物、氮化物薄膜；可以在任何材料上制備薄膜，并可獲得

多種化合物薄膜；淀積速率高；調(diào)節(jié)或改變蒸發(fā)速率及反應(yīng)氣體壓力

可以十分方便地制取不同配比、不同結(jié)構(gòu)、不同性質(zhì)的同類化合物;

由于采用了大功率、高功率密度的電子束蒸發(fā)源，幾乎可以蒸鍍所有

金屬和化合物；清潔，無公害。

射頻離子鍍：通過分別調(diào)節(jié)蒸發(fā)源功率、線圈的激勵功率、基板偏壓

等，可以對上述三個區(qū)域進(jìn)行獨(dú)立的控制，由此可以在一定程度上改

善膜層的物性。

特點(diǎn)：蒸發(fā)、離化、加速三種過程可分別獨(dú)立控制，離化率靠射頻激

勵，基板周圍不產(chǎn)生陰極暗區(qū)；較低工作壓力下也能穩(wěn)定放電，而且

離化率較高，薄膜質(zhì)量好；容易進(jìn)行反應(yīng)離子鍍；基板溫升低而且較

容易控制；工作真空度較高，故鍍膜的繞射性差，射頻對人體有害;

可以制備敏感、耐熱、麗磨、抗蝕和裝飾薄膜。

第五章

1.CVD熱力學(xué)分析的主要目的？

CVD熱力學(xué)分析的主要目的是預(yù)測某些特定條件下某些CVD反應(yīng)

的可行性（化學(xué)反應(yīng)的方向和限度）0在溫度、壓強(qiáng)和反應(yīng)物濃度給

定的條件下，熱力學(xué)計算能從理論上給出沉積薄膜的量和所有氣體的

分壓，但是不能給出沉積速率。熱力學(xué)分析可作為確定CVD工藝參

數(shù)的參考

2點(diǎn)VD過程自由能與反應(yīng)舞衡常數(shù)蝌置瞬施K.

〃與反應(yīng)系統(tǒng)的化學(xué)平衡常數(shù)有關(guān)。

Kp=[[月（生成物）/H與（反應(yīng)物）

/=!/六1

3.CVD熱力學(xué)基本內(nèi)容？反應(yīng)髀及其影響因素？2

按熱力學(xué)蠅用年觸物）吃熊魁物）可以用反應(yīng)物和生成

物的標(biāo)準(zhǔn)自由能

來計算"即

T=AeRT

較低襯底溫度下，施溫度按指數(shù)規(guī)律變化。較高襯底

溫度下，反應(yīng)物及副產(chǎn)物的擴(kuò)散速率為決定反應(yīng)速率的主要因素。

4.熱分解反應(yīng)、化學(xué)合成反應(yīng)及化學(xué)輸運(yùn)反應(yīng)及其特點(diǎn)？

熱分解反應(yīng)：在簡單的單溫區(qū)爐中，在真空或惰性氣體保護(hù)下加熱基

體至所需溫度后，導(dǎo)入反應(yīng)物氣體使之發(fā)生熱分解，最后在基體上沉

積出固體圖層。

特點(diǎn)：主要問題是源物質(zhì)的選擇和確定分解溫度。選擇源物質(zhì)考慮蒸

氣壓與溫度的關(guān)系，注意在該溫度下的分解產(chǎn)物中固相僅為所需沉積

物質(zhì)。

化學(xué)合成反應(yīng)：化學(xué)合成反應(yīng)是指兩種或兩種以上的氣態(tài)反應(yīng)物在熱

基片上發(fā)生的相互反應(yīng)。

特點(diǎn)：比熱分解法的應(yīng)用范圍更加廣泛。可以制備單晶、多晶和非晶

薄膜。容易進(jìn)行摻雜。

化學(xué)輸運(yùn)反應(yīng)：將薄膜物質(zhì)作為源物質(zhì)（無揮發(fā)性物質(zhì)），借助適當(dāng)

的氣侯徽與自反應(yīng)而形成氣態(tài)化合物，這種氣態(tài)化合物經(jīng)過化學(xué)遷

移或物理輸運(yùn)到與源區(qū)溫度不同的沉積區(qū)，在基片上再通過逆反應(yīng)使

源物質(zhì)重新分解出來，這種反應(yīng)過程稱為化學(xué)輸運(yùn)反應(yīng)。

特點(diǎn)：不能太大；平衡常數(shù)KP接近于1。

5.CVD的必要條件？

1.在沉積溫度下，反應(yīng)物具有足夠的蒸氣壓，并能以適當(dāng)?shù)乃俣缺灰?/p>

入反應(yīng)室；

2.反應(yīng)產(chǎn)物除了形成固態(tài)薄膜物質(zhì)外，都必須是揮發(fā)性的；

3.沉積薄膜和基體材料必須具有足夠低的蒸氣壓，

6.什么是冷壁CVD?什么是熱壁CVD?特點(diǎn)是什么？

冷壁CVD:器壁和原料區(qū)都不加熱，僅基片被加熱，沉積區(qū)一般采用

感應(yīng)加熱或光輻射加熱。缺點(diǎn)是有較大溫差，溫度均勻性問題需特別

設(shè)計來克服。適合反應(yīng)物在室溫下是氣體或具有較高蒸氣壓的液體。

熱壁CVD:器壁和原料區(qū)都是加熱的，反應(yīng)器壁加熱是為了防止反

應(yīng)物冷凝。管壁有反應(yīng)物沉積，易剝落造成污染。

7.什么是開管CVD?什么是閉管CVD?特點(diǎn)是什么？

開口CVD的特點(diǎn)：能連續(xù)地供氣和排氣；反應(yīng)總處于非平衡狀態(tài)；

在大多數(shù)情況下，開口體系是在一個大氣壓或稍高于一個大氣壓下進(jìn)

行的；開口體系的沉積工藝容易控制，工藝重現(xiàn)性好，工件容易取放，

同一裝置可反復(fù)多次使用；有立式和臥式兩種形式。

閉管法的優(yōu)點(diǎn)：污染的機(jī)會少，不必連續(xù)抽氣保持反應(yīng)器內(nèi)的真空，

可以沉積蒸氣壓高的物質(zhì)。缺點(diǎn)：材料生長速率慢，不適合大批量生

長,一次性反應(yīng)器，生長成本高；管內(nèi)壓力檢測困難等。關(guān)鍵環(huán)節(jié)：

反應(yīng)器材料選擇、裝料壓力計算、溫度選擇和控制等。

8.什么是低壓CVD和等離子CVD?

低壓CVD:氣相輸運(yùn)和反應(yīng)。低壓下氣體擴(kuò)散系數(shù)增大，使氣態(tài)反應(yīng)

物和副產(chǎn)物的質(zhì)量傳輸速率加快，形成薄膜的反應(yīng)速率增加。

等離子CVD:等離子體參與的利用在等離子狀態(tài)下粒子具有的較高

能量，使沉積溫度降低化學(xué)氣相沉積稱為等離子化學(xué)氣相沉積。

第六章

1.什么是化學(xué)鍍？它與化學(xué)沉積鍍膜的區(qū)別？

化學(xué)鍍膜是指在還原劑的作用下，使金屬鹽中的金屬離子還原成原子，

在基片表面沉積的鍍膜技術(shù)，又稱無電源電鍍?；瘜W(xué)鍍不加電場、直

接通過化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)薄膜沉積。

化學(xué)鍍膜的還原反應(yīng)必須在催化劑的作用下才能進(jìn)行，且沉積反應(yīng)只

發(fā)生在基片表面上。

化學(xué)沉積鍍膜的還原反應(yīng)是在整個溶液中均勻發(fā)生的，只有一部分金

屬在基片上形成薄膜，大部分形成粉粒沉積物。

2.自催化鍍膜的特點(diǎn)？

1.可以在復(fù)雜形狀表面形成薄膜；2.薄膜的孔隙率較低；3.可直接

在塑料、陶瓷、玻璃等非導(dǎo)體表面制備薄膜4薄膜具有特殊的物理、

化學(xué)性能；5.不需要電源，沒有導(dǎo)電電極。

3.Sol-Gel鍍膜技術(shù)的特點(diǎn)和主要過程？

優(yōu)點(diǎn)：高度均勻性；高純度；可降低燒結(jié)溫度；可制備非晶態(tài)薄膜；

可制備特殊材料（薄膜、纖維、粉體、多孔材料等卜

缺點(diǎn)：原料價格高；收縮率高，容易開裂；存在殘余微氣孔；存在殘

余的羥基、碳等；有機(jī)溶劑有毒。

主要過程：復(fù)合醇鹽的制備；成膜（勻膠、浸漬提拉）；水解和聚合；

干燥；焙燒。

4.陽極氧化鍍膜和電鍍的原理和特點(diǎn)？

金屬或合金在適當(dāng)?shù)碾娊庖褐凶鳛殛枠O，并施加一定的直流電壓，由

于電化學(xué)反應(yīng)在陽極表面形成氧化物薄膜的方法，稱為陽極氧化技術(shù)。

特點(diǎn)：得到的氧化物薄膜大多是無定形結(jié)構(gòu)。由于多孔性使得表面

積特別大，所以顯示明顯的活性，既可吸附染料也可吸附氣體"匕學(xué)

性質(zhì)穩(wěn)定的超硬薄膜耐磨損性強(qiáng)，用封孔處理法可將孔隙塞住，使薄

膜具有更好耐蝕性和絕緣性；利用著色法可以使膜具有裝飾效果。

電鍍的特點(diǎn)：膜層缺陷：孔隙、裂紋、雜質(zhì)污染、凹坑等；上述缺陷

可以由電鍍工藝條件控制；限制電鍍應(yīng)用的最重要因素之一是拐角

處鍍層的形成；在拐角或邊緣電鍍層厚度大約是中心厚度的兩倍；多

數(shù)被鍍件是圓形，可降低上述效應(yīng)的影響。

5.什么是LB技術(shù)？LB薄膜的種類？LB薄膜的特點(diǎn)？

（LB技術(shù)）是指把液體表面的有機(jī)單分子膜轉(zhuǎn)移到固體襯底表面上

的一種成膜技術(shù)。得到的有機(jī)薄膜稱為LB薄膜。

種類：X型膜（薄膜每層分子的親油基指向基片表面入丫型膜（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入Z型膜（薄

膜每層分子的親水基指向基片表面）

優(yōu)點(diǎn)：LB薄膜中分子有序定向排列，這是一個重要特點(diǎn)；很多材料

都可以用LB技術(shù)成膜，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)；通過嚴(yán)格控制條件，可以得到均勻、致密和缺陷

密度很低的LB薄膜；設(shè)備簡單，操作方便

缺點(diǎn)：成膜效率低；LB薄膜均為有機(jī)薄膜，包含了有機(jī)材料的弱點(diǎn)；

LB薄膜厚度很薄，在薄膜表征手段方面難度較大。

第七章

1.薄膜形成的基本過程描述？

薄膜形成分為：凝結(jié)過程、核形成與生長過程、島形成與結(jié)合生長過

程。

2.什么是凝聚？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？

凝聚：吸附原子結(jié)合成原子對及其以后的過程

入射原子滯留時間：入射到基體表面的原子在表面的平均滯留時間心

與吸附能Ed之間的關(guān)系為Ta=r0exp（Ed/kT）

平均表面擴(kuò)散時間：吸附原子在一個吸附位置上的停留時間稱為平均

表面擴(kuò)散時間，用的表示。它和表面擴(kuò)散能昂之間的關(guān)系是

TD=r0'exp（pD/kT）o

平均擴(kuò)散距離：吸附原子在表面停留時間經(jīng)過擴(kuò)散運(yùn)動所移動的距離

（從起始點(diǎn)到終點(diǎn)的間隔）稱為平均表面擴(kuò)散時間，并用［表示，它

與吸附能自和擴(kuò)散能4之間的關(guān)系為7=a。exp畫-3）/仃］

3.什么是捕獲面積？對薄膜形成的影響？

捕獲面積：吸附原子的捕割面領(lǐng)”。

當(dāng)皎之要個吸附原子的捕獲面積內(nèi)只有一個原子，故不能形成

原子對，也不能產(chǎn)生凝結(jié)。當(dāng)時，發(fā)生部分凝結(jié)。平均每

個吸附原子的捕獲面積內(nèi)有一個或兩個吸附原子，可形成原子對或三

原子團(tuán)。在滯留時間內(nèi)，一部分吸附原子有可能重新蒸發(fā)掉。當(dāng)

時，每個吸附原子的捕獲面積內(nèi)至少有兩個吸附原子。可形成原子對

或更大的原子團(tuán)，從而達(dá)到完全凝結(jié)。

4.凝聚過程的表征方法？

凝結(jié)系數(shù)（單位時間內(nèi)，完全凝結(jié)的氣相原子數(shù)與入射到基片表面上

的總原子數(shù)之比x粘附系數(shù)（單位時間內(nèi)，再凝結(jié)的氣相原子數(shù)與

入射到基片表面上的總原子數(shù)之比x熱適應(yīng)系數(shù)（表征入射氣相（或

分子）與基體表面碰撞時相互交換能量的程度的物理量稱為熱適應(yīng)系

數(shù)b

5.核形成與生長的物理過程。

島狀生長模式、層狀生長模式、層島混合模式

6.核形成的相變熱力學(xué)和原子聚集理論的基本內(nèi)容？

認(rèn)為薄膜形成過程是由氣相到吸附相、再到固相的相變過程，其中從

吸附相到固相的轉(zhuǎn)變是在基片表面上進(jìn)行的。

原子聚集理論將核（原子團(tuán)）看作一個大分子聚集體，用其內(nèi)部原子

之間的結(jié)合能或與基片表面原子之間的結(jié)合能代替熱力學(xué)理論中的

自由能。

7.什么是同質(zhì)外延、異質(zhì)外延？晶格失配度？

外延工藝是一種在單晶襯底的表面上淀積一個單晶薄層的方法。如果

薄膜與襯底是同一種材料該工藝被稱為同質(zhì)外延，常被簡單地稱為外

延。

如果薄膜與襯底不是同一種材料該工藝被稱為異質(zhì)外延，常被簡單地

稱為外延。

晶格失配度若沉積薄膜用的基片材料的晶格常數(shù)為a,薄膜材料的晶

格常數(shù)為b,在基片上外延生長薄膜的晶格失配數(shù)m可用下式表示

b-a

m=---o

a

8..形成外延薄膜的條件？

設(shè)沉積速率為，基用溫度笏A，e：P1蒜］薄膜生

長速率要小于吸附原子在基片表面上的遷移速率；提高溫度有利于形

成外延薄膜

第八章

1.薄膜結(jié)構(gòu)是指哪些結(jié)構(gòu)？其特點(diǎn)是哪些？

薄膜的結(jié)構(gòu)按研究對象不同分為組織結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)、表面結(jié)構(gòu)。

(1)組織結(jié)構(gòu)是指薄膜的結(jié)晶形態(tài)，包括無定形結(jié)構(gòu)、多晶結(jié)構(gòu)、

纖維結(jié)構(gòu)、單晶結(jié)構(gòu)。無定形結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)特性：近程有序、長程無序；

不具備晶體的性質(zhì)；亞穩(wěn)態(tài)。晶界上存在晶格畸變；界面能：界面移

動造成晶粒長大和界面平直化；空位源：雜質(zhì)富集；纖維結(jié)構(gòu)薄膜是

指晶粒具有擇優(yōu)取向的薄膜

(2)晶體結(jié)構(gòu)：多數(shù)情況下，薄膜中晶粒的晶格結(jié)構(gòu)與體材料相同，

只是晶粒取向和晶粒尺寸不同，晶格常數(shù)也不同。薄膜材料本身的晶

格常數(shù)與基片材料晶格常數(shù)不匹配；

薄膜中有較大的內(nèi)應(yīng)力和表面張力。

(3)表面結(jié)構(gòu)：薄膜表面形成過程，由熱力學(xué)能量理論，薄膜表面

平化；晶粒的各向異性生長，薄膜表面粗化；低溫基片上，薄膜形成

多孔結(jié)構(gòu)。

2.蒸發(fā)薄膜微觀結(jié)構(gòu)隙溫度變化如何改變？

低溫時，擴(kuò)散速率小，成核數(shù)目有限，形成不致密帶有縱向氣孔的葡

萄結(jié)構(gòu)；隨著溫度升高，擴(kuò)散速率增大，形成緊密堆積纖維狀晶粒然

后轉(zhuǎn)為完全之謎的柱狀晶體結(jié)構(gòu)；溫度再升高，晶粒尺寸隨凝結(jié)溫度

升高二增大，結(jié)構(gòu)變?yōu)榈容S晶貌；

3.薄膜的主要缺陷類型及特點(diǎn)？

薄膜的缺陷分為：點(diǎn)缺陷(晶格排列出現(xiàn)只涉及到單個晶格格點(diǎn)，典

型構(gòu)型是空位和填隙原子，點(diǎn)缺陷不能用電子顯微鏡直接觀測到，點(diǎn)

缺陷種類確定后，它的形成能是一個定值x位錯(在薄膜中最常遇

到，是晶格結(jié)構(gòu)中一種“線性”不完整結(jié)構(gòu)，位錯大部分從薄膜表面伸

向基體表面，并在位錯周圍產(chǎn)生畸變X晶格間界(薄膜由于含有許

多小晶粒，故晶粒間界面積比較大)和層錯缺陷(由原子錯排產(chǎn)生，

在小島間的邊界處出現(xiàn)，當(dāng)聚合并的小島再長大時反映層錯缺陷的衍

射襯度就會消失b

4.薄膜的主要分析方法有哪些？基本原理是什么？

(1)X射線衍射法。利用X射線晶體學(xué)，X射線束射到分析樣品表

面后產(chǎn)生反射，檢出器收集反射的X射線信息，當(dāng)入射X射線波長

2、樣品與X射線束夾角6、及樣品晶面間距d滿足布拉格方程

2dsin0=nA.,檢測器可檢測到最大光強(qiáng)。

(2)電子衍射法。在透射電子顯微鏡下觀察薄膜結(jié)構(gòu)同時進(jìn)行電子

衍射分析，電子束波長比特征X射線小得多，利用“=&/,求出晶

格面間距。

(3)掃描電子顯微鏡分析法。將樣品發(fā)射的特征X射線送入X射線

色譜儀或X射線能譜儀進(jìn)行化學(xué)成分分析，特征X射線波長/和原子

序數(shù)Z滿足莫塞萊定律八71=K(Z-cr)，只要測得X射線的波長，進(jìn)而

測定其化學(xué)成分。

(4)俄歇電子能譜法。俄歇電子的動能為E,由能量守恒定律Ek-

ELI=EL23+E,近似ELI=EL23,得俄歇電子的動能E=Ek-2ELo對于每

種元素的原子來說，EL1、EL23都有不同的特征值，只要測出電子動能

E,就可以進(jìn)行元素鑒定。利用俄歇電子能譜法中的化學(xué)位移效應(yīng)不

但可以鑒定樣品的組分元素還可鑒定它的化學(xué)狀態(tài)。

(5)X射線光電子能譜法。X射線入射到自由原子的內(nèi)殼層上，將

電子電離成光電子，有電子能量分析測得光電子束縛能，不同源自或

同一原子的不同殼層有不同數(shù)量的特征值。可以通過元素鑒定測出。

(6)二次離子質(zhì)譜法。二次離子質(zhì)譜是利用質(zhì)譜法分析初級離子入

射靶面后，濺射產(chǎn)生的二次離子而獲取材料表面信息的一種方法。二

次離子質(zhì)譜可以分析包括氫在內(nèi)的全部元素，并能給出同位素的信息，

分析化合物組分和分子結(jié)構(gòu)。

關(guān)于濺射

發(fā)布時間:2010-4-28

濺射

一、濺射的基本內(nèi)容：

1、定義：所謂濺射，就是這充滿腔室的工藝氣體在高電壓的作用

下，形成氣體等離子體(輝光放電)，其中的陽離子在電場力作用

下高速向靶材沖擊，陽離子和靶材進(jìn)行能量交換，使靶材原子獲得

足夠的能量從靶材表面逸出(其中逸出的還可能包含靶材離子)。

這一整個的動力學(xué)過程，就叫做濺射。

入射離子轟擊靶面時，將其部分能量傳輸給表層晶格原子，引起靶

材中原子的運(yùn)動。有的原子獲得能量后從晶格處移位，并克服了表

面勢壘直接發(fā)生濺射；有的不能脫離晶格的束縛，只能在原位做振

動并波及周圍原子，結(jié)果使靶的溫度升高；而有的原子獲得足夠大

的能量后產(chǎn)生一次反沖，將其臨近的原子碰撞移位，反沖繼續(xù)下去

產(chǎn)生高次反沖，這一過程稱為級聯(lián)碰撞。級聯(lián)碰撞的結(jié)果是部分原

子達(dá)到表面，克服勢壘逸出，這就形成了級聯(lián)濺射，這就是濺射機(jī)

理。當(dāng)級聯(lián)碰撞范圍內(nèi)反沖原子密度不高時，動態(tài)反沖原子彼此間

的碰撞可以忽略，這就是線性級聯(lián)碰撞

2、濺射的四要素：

①：靶材物質(zhì)

②：電磁場

③：底物

④：一整套完整配備的鍍膜設(shè)備

3、濺射收益：

3.1、離子每一次撞擊靶材時，靶材所釋放出的靶材原子。

3.2、影響濺射收益的因素：

①：等離子體中離子動能

②：入射離子的入射角度

3.3、最大濺射收益的決定因素:

①：入射角度在45。-50。左右

②：取決于靶材物質(zhì)

3.4、入射角度的影響因素

①：由電場決定

②：靶材表面于入射源的相對角度

4、濺射率：

4.1、定義：每單位時間內(nèi)靶材物質(zhì)所釋放出的原子個數(shù)

4.2、濺射率的影響因素

①：離子動能（取決于電源電壓和氣體壓力）

②：等離子密度（取決于氣體壓力和電流）

4.3、統(tǒng)計學(xué)公式：Rs（統(tǒng)計學(xué)）=d/t。

注：濺射原子溢出角度大部分在0~10度之間，因此在腔室內(nèi)所有

區(qū)域都可能被鍍上一層膜，久之會產(chǎn)生污染。所以真空濺射腔室內(nèi)

必須進(jìn)行定期清潔。

二、濺射種類：

1、反應(yīng)濺射：氧化物，氮化物作為沉積物質(zhì)

現(xiàn)象：①：靶材分子分裂，其于工藝氣體離子發(fā)生反應(yīng)，形成化合

物

②：膜層性能改變

③：靶材有可能中毒

2、二極濺射（見下圖）：二極濺射是一種經(jīng)典的標(biāo)準(zhǔn)濺射技術(shù)，其

中等離子體和電子均只沿著電場方向運(yùn)動。

特征：①：無磁場

②：濺射率低

③：放電電壓高（＞500V）

④:鍍膜底物受熱溫度極易升高（＞500oC）

用途：主要用于金屬靶材、絕緣靶材、磁性靶材等的濺射鍍。

3、磁控濺射（見下圖）：暗區(qū)無等離子體產(chǎn)生，在磁控濺射下，電

子呈螺旋形運(yùn)動，不會直接沖向陽極。而是在電場力和磁場力的綜

合作用在腔室內(nèi)做螺旋運(yùn)動。同時獲的能量而和工藝氣體以及濺射

出的靶材原子進(jìn)行能量交換，使氣體及靶材原子離子化，大大提高

氣體等離子體密度，從而提