薄膜技术与薄膜材料复习重点.pdf

薄膜技术与薄膜材料薄膜技术与薄膜材料 一一 考试题型考试题型 名词解释 名词解释 10 2 20 判断题 判断题 10 1 10 多项选择题 多项选择题 8 2 16 简简 答答 题题 5 8 40 论述题 论述题 1 14 14 二二 重重 点点 1 薄膜的定义薄膜的定义 2 气体平均自由程气体平均自由程 3 真空泵的种类真空泵的种类 4 真空的测量 真空度有哪些真空的测量 真空度有哪些 5 检漏技术有哪些检漏技术有哪些 6 CVD 定义 制备过程 条件 定义 制备过程 条件 输入现象输入现象 7 CVD 反应动力学 热力学反应动力学 热力学 8 溶胶凝胶的基本概念 原理 溶胶凝胶的基本概念 原理 水解与缩聚反应水解与缩聚反应 9 CVD 的种类的种类 10 PVD 定义 原理定义 原理 11 真空蒸发的原理 镀膜过程真空蒸发的原理 镀膜过程 12 热蒸发 饱和蒸汽压的定义热蒸发 饱和蒸汽压的定义 13 阴影效应阴影效应 14 影响薄膜厚度均匀影响薄膜厚度均匀性的因素性的因素 15 什么叫外延什么叫外延 16 溅射法 能量传递过程 气体溅射法 能量传递过程 气体 放电现象 辉光效应放电现象 辉光效应 17 等离子体的定义等离子体的定义 18 影响产额 溅射 的因素影响产额 溅射 的因素 19 磁控溅射的原理 过程 优缺磁控溅射的原理 过程 优缺 点点 20 各类溅射法适用于制备何种各类溅射法适用于制备何种 材料材料 21 什么叫靶材中毒什么叫靶材中毒 22 薄膜的生长过程薄膜的生长过程 23 薄膜的生长过程的影响因素薄膜的生长过程的影响因素 24 薄膜生长的三种形式薄膜生长的三种形式 25 薄膜中的热应力 生长应力分薄膜中的热应力 生长应力分 别是什么别是什么 26 薄膜厚度的测量薄膜厚度的测量 27 薄膜结构的表征方法 各类仪薄膜结构的表征方法 各类仪 器的用途器的用途 28 改善附着力的途径改善附着力的途径 简答题 作业 简答题 作业 1 请简述化学气相沉积的原理和主要过程 请简述化学气相沉积的原理和主要过程 化学气相沉积是通过化学反应的方式 利用加热 等离子激励或化学气相沉积是通过化学反应的方式 利用加热 等离子激励或 光辐射等各种能源 在反应器内使光辐射等各种能源 在反应器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相气态或蒸汽状态的化学物质在气相 或气固界面上经化学反应形成固态沉积物的技术 或气固界面上经化学反应形成固态沉积物的技术 原理 原理 在反应过程中 以气体形式提供构成薄膜的原料 反应尾在反应过程中 以气体形式提供构成薄膜的原料 反应尾 气由抽气系统排出 通过热能 辐射 传导 感应加热等 除加热基气由抽气系统排出 通过热能 辐射 传导 感应加热等 除加热基 板到适当温度之外 还对气体分子进行激发 分解 促进其反应 分板到适当温度之外 还对气体分子进行激发 分解 促进其反应 分 解生成物或反应产物沉积在基板表面形成薄膜 解生成物或反应产物沉积在基板表面形成薄膜 CVD 法制备薄膜的过程法制备薄膜的过程 简化的四大过程简化的四大过程 反应气体被基体表面吸附 反应气体被基体表面吸附 反应气体向基体表面扩散 反应气体向基体表面扩散 在基体表面发生反应 在基体表面发生反应 气体副产品通过基体表面由内向 气体副产品通过基体表面由内向外扩散而脱离表面 外扩散而脱离表面 2 在利用蒸发法制备薄膜时 影响薄膜厚度均匀性的因素有哪些 如在利用蒸发法制备薄膜时 影响薄膜厚度均匀性的因素有哪些 如 何改善薄膜厚度均匀性 何改善薄膜厚度均匀性 影响薄膜厚度均匀性的因素 影响薄膜厚度均匀性的因素 薄膜沉积的方向性和阴影效应薄膜沉积的方向性和阴影效应 改善薄膜厚度均匀性的方法 改善薄膜厚度均匀性的方法 1 加大蒸发源到 加大蒸发源到衬底表面衬底表面的距离 但此法会降低沉积速率的距离 但此法会降低沉积速率 及增加蒸发材料损耗 及增加蒸发材料损耗 2 转动衬底 转动衬底 3 如果同时需要沉积多个样品 且每个样品的尺寸相对较 如果同时需要沉积多个样品 且每个样品的尺寸相对较 小时 可以考虑用小时 可以考虑用与与圆相切的圆相切的衬底放置方法来改善样品间薄膜厚度的衬底放置方法来改善样品间薄膜厚度的 差别 差别 3 请简述磁控溅射的原理和特点 请简述磁控溅射的原理和特点 磁控溅射的基本原磁控溅射的基本原理 理 就是以磁场束缚和延长电子的运动路径 就是以磁场束缚和延长电子的运动路径 改变电子的运动方向 提高工作气体的电离率和有效利用电子的能改变电子的运动方向 提高工作气体的电离率和有效利用电子的能 量 从而可以降低溅射过程的气体压力 也可以显著提高溅射效率和量 从而可以降低溅射过程的气体压力 也可以显著提高溅射效率和 沉积速率 沉积速率 磁控溅射的优点 磁控溅射的优点 工作气压低 沉积速率高 且降低了薄膜污染的可能性 工作气压低 沉积速率高 且降低了薄膜污染的可能性 维持放电所需的靶电压低 维持放电所需的靶电压低 电子对衬底的轰击能量小 可以减少衬底损伤 降低沉积温电子对衬底的轰击能量小 可以减少衬底损伤 降低沉积温 度 度 空易实现在塑料等衬底上的薄膜低温沉积 空易实现在塑料等衬底上的薄膜低温沉积 磁控溅射的缺点 磁控溅射的缺点 对靶材的溅射不均匀 对靶材的溅射不均匀 不适合铁磁材料的溅射 如 不适合铁磁材料的溅射 如果铁磁材料 则少有漏磁 等离果铁磁材料 则少有漏磁 等离 子体内无磁力线通过 子体内无磁力线通过 4 磁控溅射为何既可以降低气体压力又可以提高溅射速率 磁控溅射为何既可以降低气体压力又可以提高溅射速率 一方面磁场中气体的电离效率高 有效地提高了靶电流密度和溅一方面磁场中气体的电离效率高 有效地提高了靶电流密度和溅 射效率 而靶电压则因气体电离度的提高而大幅下降 射效率 而靶电压则因气体电离度的提高而大幅下降 另一方面还因为磁场有效地提高了电子与气体分子的碰撞几率 另一方面还因为磁场有效地提高了电子与气体分子的碰撞几率 因而工作气压可以降低到二极溅射气压的因而工作气压可以降低到二极溅射气压的 1 20 而在较低气压下溅射 而在较低气压下溅射 原子被气体分子散射的几率较小 因而提高了沉积速率 原子被气体分子散射的几率较小 因而提高了沉积速率 综上可知 磁控溅射技术既可以降低气体压力又可以提高溅射速综上可知 磁控溅射技术既可以降低气体压力又可以提高溅射速 率率 5 简述薄膜生长过程 包括哪几个阶段 简述薄膜生长过程 包括哪几个阶段 薄膜的形成过程分薄膜的形成过程分四个阶段 四个阶段 小岛成核 结合 沟道 连续薄膜小岛成核 结合 沟道 连续薄膜 小岛阶段 小岛阶段 成核和核长大成核和核长大 结合阶段 结合阶段 沟道阶段 沟道阶段 连续薄膜阶段 连续薄膜阶段 6 简述薄膜的生长模式及特征简述薄膜的生长模式及特征 1 岛状模式 岛状模式 Volmer Weber 模式 模式 这种形成模式在薄膜生长的初期阶段 润湿角不为零 在这种形成模式在薄膜生长的初期阶段 润湿角不为零 在 基片表面上形成许多三维的岛状晶核 核生长 合并进而形成薄膜 基片表面上形成许多三维的岛状晶核 核生长 合并进而形成薄膜 大多数膜生长属于此类型 大多数膜生长属于此类型 2 单层生长模式 单层生长模式 Frank VanderMerwe 模式 模式 沉积原子在基片表面上均匀地覆盖 润湿角为零 在衬底沉积原子在基片表面上均匀地覆盖 润湿角为零 在衬底 上上形成许多二维晶核 晶核长大后形成单原子层 铺满衬底 逐层生形成许多二维晶核 晶核长大后形成单原子层 铺满衬底 逐层生 长 长 3 层岛复合模式 层岛复合模式 Stranski Krastanov 模式 模式 在基片表面上形成一层或更多层以后 随后的层状生长变在基片表面上形成一层或更多层以后 随后的层状生长变 得不利 而岛开始形成 从二维生长到三维生长转变 岛长大 结合 得不利 而岛开始形成 从二维生长到三维生长转变 岛长大 结合 形成一定厚度的连续薄膜 形成一定厚度的连续薄膜 重点名词解释汇总重点名词解释汇总 薄薄 膜 膜 按照按照一定需要 利用特殊的制备技术 在一定需要 利用特殊的制备技术 在基体基体表面形表面形 成厚度 约为成厚度 约为 1 m 左右 为亚微米级至微米级的二维膜层 左右 为亚微米级至微米级的二维膜层 真 真 空 空 泛指低于一个大气压的气体状态 泛指低于一个大气压的气体状态 平均自由程 平均自由程 气体分子从一次碰撞到下一次碰撞所飞距离的统计平气体分子从一次碰撞到下一次碰撞所飞距离的统计平 均值 均值 外 外 延 延 是一种制备单晶薄膜的新技术 它是在适当的衬底是一种制备单晶薄膜的新技术 它是在适当的衬底 与合适条件下 沿衬底材料晶轴方向逐层生长新单晶薄膜的方法 与合适条件下 沿衬底材料晶轴方向逐层生长新单晶薄膜的方法 等 等 离离 子子 体 体 带正电的粒子与带负电的粒子具有几乎相同的密度 带正电的粒子与带负电的粒子具有几乎相同的密度 整体呈电中性状态的粒子集合体 整体呈电中性状态的粒子集合体 薄 薄 膜膜 应应 力 力 是指存在于薄膜任意断面上 由断面一侧作用于另是指存在于薄膜任意断面上 由断面一侧作用于另 一侧的单位面积上的力 包括 热应力和生长应力一侧的单位面积上的力 包括 热应力和生长应力 热 热 应应 力 力 由于薄膜与衬底材料的线膨胀系数不同和温度变化由于薄膜与衬底材料的线膨胀系数不同和温度变化 引起的薄膜应力 引起的薄膜应力 生 生 长长 应应 力 力 是指由于薄膜结构的非平衡性是指由于薄膜结构的非平衡性所导致的薄膜内应力 所导致的薄膜内应力 溅 溅 射 射 荷能粒子轰击固体表面 固体原子或分子获得入射荷能粒子轰击固体表面 固体原子或分子获得入射 粒子的部分能量 而从固体表面射出的现象 粒子的部分能量 而从固体表面射出的现象 靶 靶 材材 中中 毒 毒 指靶材被氧覆盖程度提高 靶材表面易形成氧化物 指靶材被氧覆盖程度提高 靶材表面易形成氧化物 由于化合物的沉积速率较慢 使得溅镀速率下降 而靶材氧化的现象 由于化合物的沉积速率较慢 使得溅镀速率下降 而靶材氧化的现象 热热 蒸蒸 发 发 蒸发材料在真空室中被加热到足够温度时 其原子或蒸发材料在真空室中被加热到足够温度时 其原子或 分子从材料表面逸出的现象 分子从材料表面逸出的现象 饱和蒸汽压 饱和蒸汽压 在一定温度下 真空室中蒸发材料的蒸汽在与固体或在一定温度下 真空室中蒸发材料的蒸汽在与固体或 液体平衡过程中所表现出的压力 液体平衡过程中所表现出的压力 化学气相沉积 化学气相沉积 是指是指通过通过化学反应的方式 化学反应的方式 利用利用加热 等离子激励加热 等离子激励 或光辐射等各种或光辐射等各种能源 能源 在在反应器内反应器内使使气态或蒸汽状态的化学物质气态或蒸汽状态的化学物质在在气气 相或气固界面相或气固界面经经化学反应化学反应形成形成固态沉积物固态沉积物的技术的技术 物理气相沉积 物理气相沉积 利用某种物理过程 如物质的热蒸发或在受到粒子利用某种物理过程 如物质的热蒸发或在受到粒子 轰击时 物质表面原子的溅射等现象 实现物质原子从源物质到薄膜轰击时 物质表面原子的溅射等现象 实现物质原子从源物质到薄膜 的可控转移过程 的可控转移过程 真空蒸发镀膜法 真空蒸发镀膜法 在真空室中 加热蒸发容器中待形成薄膜的原材在真空室中