2011-2012研究生薄膜物理与工艺期末试卷.doc

试卷编号： ( )卷课程名称： 薄膜物理与工艺 适用班级： 材料学院11级硕士研究生 姓名： 杨超普 学号： 405705211029 班级： 2011级 专业： 材料物理与化学 学院： 材料科学与工程学院 系别： 考试日期： 题号一二三四五六七八九十总分累分人 签名题分100 100得分考生注意事项：1、本试卷共 2 页 (不含答题部分)，请查看试卷中是否有缺页或破损。如有立即举手报告以便更换。考试为堂外答题，考生在规定时间内将答卷交任课教师。 2、考试结束后，考生不得将试卷、答题纸和草稿纸带出考场。一、 论 文 (共100分) 得分评阅人 根据本课程所学内容，选取自己感兴趣的，撰写一篇2500字以上的综述性论文，论文题目自拟。通过广泛查阅国内外相关论文文献，写一篇综述性科技论文，阐述自己对该方向的认识。要求：(1) 针对性强，严格围绕所拟论题；(2) 论文除正文外还应包含中文摘要及关键词；(3) 参考文献部分须有10篇最新的文献（包括5篇外文）；(4) 论文格式严谨；(5) 论文字数不少于2500字。论文格式如下：南昌大学研究生20112012学年第二学期期末考试试卷论文格式：中 文 标 题 (三号加粗)姓名： 学号： 班级： 专业：(四号加粗)(以下均为小四号字)摘 要：纳米科学技术关键词：纳米线正文部分：1. 引言 纳米材料【1】，纳米技术【2】。1. 1.1. 1. 1. 2.2. 1. 2. 1. 1参考文献：1 张立德，牟季美，纳米材料和纳米结构，科学出版社，2001.2 S. C. Tsang, Y. K. Chen, P. J. Harris, Nature 1994, 372, 159.注：1、中文文字使用“宋体”，英文、数字、希腊字母等使用“Times New Roman”； 2、注意字的大小，每部分的标题加粗；3、用A4纸单面打印，保留页面左边的装订空白页。（页数不够请自行添加）薄膜制备的物理方法概述摘要关键词1 引言 随着世界经济和科学技术的迅速发展，特别是微电子和信息产业近年来的突飞猛进，担当着微电子器件、大规模集成电路主角的薄膜制备技术愈发显示出其重要性和突出地位。作为兴起于20世纪60年代，新理论和高技术高度结晶的产物薄膜材料及相关薄膜器件，已成为电子、信息、传感器、光学、太阳能等技术的核心基础。采用一定方法、手段及设备，使处于某种状态的一种或几种物质（原材料)的基团以物理或化学方式附着于衬底材料表面，在衬底材料表面形成一层新的物质，即薄膜。这里所采用的方法、手段及设备就称为薄膜制备。自从1852年W.Grove发现辉光放电的溅射沉积薄膜方法至今，随着真空技术、低温技术、等离子技术、自动控制分析技术的迅猛发展，相继产生了各种制备薄膜的方法和技术。通过这些特殊的薄膜制备方法可以获得常规传统手段无法获得的薄膜材料，如纳米迭层薄膜、梯度薄膜、非晶态合金薄膜以及各种异质结、超晶格、量子阱。因此薄膜材料的制备方法和制备设备的研究越来越受到大家的重视。纵观各种薄膜材料制备方法，按物理、化学角度来分，可以分为物理方法成膜和化学方法成膜。其中薄膜制备的物理方法主要包括：真空蒸发、溅射、离子束和离子助、外延膜沉积技术等；薄膜制备的化学方法主要有：热生长、化学气相沉积、电镀、化学镀、阳极反应沉积法、LB技术等。由于这两大类制备方法都包含内容较多，且二者相比较薄膜制备的物理方法的应用更为广泛，所以接下来着重介绍几种常用物理成膜法。2 真空蒸发镀膜 2.1 真空蒸发镀膜概述 利用蒸发、溅射沉积或复合的技术，不涉及到化学反应,成膜过程基本是一个物理过程而完成薄膜生长过程的技术,称为物理方法成膜主要代表为：真空蒸发镀膜、溅射镀膜、离子束和离子助成膜以及外延膜沉积技术。 真空蒸发沉积薄膜具有简单便利、操作容易、成膜速度快、效率高等特点，是薄膜制备中最为广泛使用的技术。真空室内加热的固体材料被蒸发汽化或升华后，凝结沉积到一定温度的衬底材料表面。形成薄膜经历三个过程：吸附、成核与生长输运到衬底蒸发或升华 图1：真空蒸发镀膜过程示意图首先在蒸发或升华过程中，通过一定加热方式使被蒸发材料受热蒸发或升华，由固态或液态变成气态。然后在输运到衬底过程中，气态原子或分子在真空状态及一定蒸气压条件下由蒸发源输运到衬底。最后在吸附、成核与生长过程中，通过粒子对衬底表面的碰撞，衬底表面对粒子的吸附以及在表面的迁移，完成成核与生长过程，形成薄膜。在真空中为了蒸发待沉积的材料，需要提供蒸发热使蒸发物到达足够高的温度，常用的方法有电阻加热蒸发、闪烁蒸发、电子束蒸发、激光熔融蒸发、弧光蒸发、射频加热蒸发等。图3：电子束蒸发装置图2：电阻加热装置 图4：单蒸发源和多蒸发源镀合金膜示意图 2.2 分子束外延(MBE) 分子束外延是以蒸镀为基础发展起来的技术。指在单晶基体上成长出位向相同的同类单晶体（同质外延），或者成长出具有共格或半共格联系的异类单晶体（异质外延）。 主要原理是：在超高真空条件下，将各组成元素的分子束流以一个个分子的形式喷射到衬底表面，在适当的温度下外延沉积成膜。目前MBE的膜厚控制水平达到单原子层，可用于制备超晶格、量子点，及3-5族化合物的半导体器件。 图5：分子束外延装置示意图2.3 脉冲激光沉积(PLD)利用脉冲聚焦激光烧蚀靶材，使靶的局部在瞬间受高温汽化，在真空室内的惰性气体羽辉等离子体作用下活化，并沉积到衬底的一种制膜方法。 图6：脉冲激光沉积装置示意图真空蒸发镀膜适宜镀制对结合强度要求不高的某些功能膜，如电极的导电膜、光学镜头用增透膜。蒸镀合金膜时，较溅射成分难保证。镀纯金属时速度快，90%为铝膜。铝膜的用途广泛，在制镜业代替银，在集成电路镀铝进行金属化后刻蚀出导线。3. 溅射镀膜（sputtering deposition） 在某一温度下，如果固体或液体受到适当的高能粒子（通常为离子）的轰击，则固体或液体中的原子通过碰撞有可能获得足够的能量从表面逃逸，这一将原子从表面发射出去的方式称为溅射。让溅射出来的粒子在基片上沉积形成薄膜的技术称为溅射镀膜。溅射镀膜基于高能粒子轰击靶材时的溅射效应。整个溅射过程是建立在辉光放电的基础上，使气体放电产生正离子，并被加速后轰击靶材的离子离开靶，沉积成膜的过程。不同的溅射技术采用不同的辉光放电方式，包括：直流辉 图7：粒子轰击固体表面所引起的各种反应光放电直流溅射、射频辉光放电射频溅射、磁场中 的气体放电磁控溅射。溅射镀膜有两类:离子束溅射、气体放电溅射。3.1 离子束溅射在真空室中，利用离子束轰击靶表面，使溅射出的粒子在基片表面成膜。离子束由特制的离子源产生。离子源一般结构复杂，价格昂贵。离子束溅射常用于分析技术和制取特殊薄膜。3 溅射成膜 在某一温度下，如果固体或液体受到适当的高能粒子（通常为离子）的轰击，则固体或液体中的原子通过碰撞有可能获得足够的能量从表面逃逸，这一将原子从表面发射出去的方式称为溅射。在真空条件下，利用荷能粒子溅射，使被靶材表面的粒子在基片上沉积成膜的技术就称为溅射成膜。溅射镀膜基于高能粒子轰击靶材时的溅射效应。整个溅射过程是建立在辉光放电的基础上，使气体放电产生正离子，并被加速后轰击靶材的离子离开靶，沉积成膜的过程。不同的溅射技术采用不同的辉光放电方式，主要包括：以直流辉光放电的直流溅射、以射频辉光放电的射频溅射、以磁场中的气体放电的磁控溅射。图6：离子轰击固体表面引起的各种效应 3.1 辉光放电直流溅射 在各种繁多的溅射系统中，最简单的系统莫