薄膜物理与技术要点总结

12kT2kTm最可几速率：依据麦克斯韦速率分布规律，可以从理论上推得分子速率在v 处有极大值，v 称为最可几速率 m m

1.41 RTM,Vm速度分布平均速度:均方根速度

8kTm8RT8kTm8RTm3kTm

1.59RTMRTMMRTMRTM

2RT2RTM平均动能真空的划分：粗真空、低真空、高真空、超高真空。真空计：利用低压强气体的热传导和压强有关；(热偶真空计)〔电离真空计真空泵：机械泵、集中泵、分子泵、罗茨泵机械泵：利用机械力压缩和排解气体集中泵：利用被抽气体向蒸气流集中的想象来实现排气作用分子泵：前级泵利用动量传输把排气口的气体分子带走获得真空。平均自由程：每个分子在连续两次碰撞之间的路程称为自由程；其统计平均值成为平均自由程。常用压强单位的换算1Torr=133.322Pa 1Pa=7.5×10-3Torr1mba=100Pa 1atm=1.013*100000Pa真空区域的划分、真空计、各种真空泵粗真空1×105to1×102Pa低真空1×102to1×10-1Pa 高真空1×10-1to1×10-6Pa超高真空<1×10-6Pa旋转式机械真空泵油集中泵分子筛吸附泵钛升华泵低温泵不需要油作为介质，又称为无油泵确定真空计：U相对真空计：放电真空计、热传导真空计、电离真空计其次章什么是饱和蒸气压？蒸发温度？22P22P克--克方程及其意义？

kTdP H

dT T(VgVs)

，可以知道饱和蒸气压和温度的关系，对于薄膜的制作技术有重要实际意义,帮助我们合理地选择蒸发材料和确定蒸发条件.蒸发速率、温度变化对其的影响？〔通量或蒸发速率〕J：在蒸发源以上温度蒸发，蒸发源温度的微小变化即可以引起蒸发速率发生很大变化。平均自由程与碰撞几率的概念？气体分子处于不规章的热运动状态，每个气体分子在连续两次碰撞之间的路程称为“自由程均自由程。热平衡条件下，单位时间通过单位面积的气体分子数为气体分子对基板的碰撞率。MBE的特点？外延:在肯定的单晶材料衬底上，沿衬底某个指数晶面对外延长生长一层单晶薄膜。 分子束的种类和强度。MBE是一个超高真空的物理淀积过程，即不需要中间化学反响，又不受质量输运的影响，利用快门可对生长和中断进展瞬时掌握。薄膜组成和掺杂浓度可以随源的变化作快速调整。MBE的衬底温度低，降低了界面上热膨胀引入的晶格失配效应和衬底杂质对外延层自掺杂集中的影响。MBE是一个动力学过程，马上入射的中性粒子〔原子或分子〕一个一个地积存在衬底上进展生长，而不是一个热力学过程，所以它可以生长一般热平衡生长难以生长的薄膜。MBE生长速率低，相当于每秒生长一个单原子层，有利于准确掌握薄膜厚度、构造和成分，形成陡峭的异质结构造。特别适合生长超晶格材料。MBE在超高真空下进展，可以利用多种外表器实时进展成分、构造及生长过程分析，进展科学争论。膜厚的定义？监控方法？厚度：是指两个完全平坦的平行平面之间的距离，是一个可观测到实体的尺寸。抱负薄膜厚度：基片外表到薄膜外表之间的距离。由于实际上存在的外表是不平坦和不连续的，而且薄膜内部还可在着针孔、杂质、晶体缺陷和外表吸附分子等，所以要严格的定义和测准薄膜的厚度实际上比较困难的。膜厚的定义，应当依据测量的方法和目的来打算。称重法〔微量天平法石英晶体振荡法 〕电学方法〔电阻法电容法电离式监控记法〕光学方法〔光吸取法光干预法 等厚干预条纹法〕触针法〔差动变压器法阻抗放大法压电元件法 P50第三章溅射镀膜和真空镀膜的特点？优点：1.2.3.4.膜度可控性和重复性好缺点：56〔0.01-0.5m。正常辉光放电和特别辉光放电的特征？特别辉光放电：电流增大时，放电电极间电压上升，且阴极电压降与电流密度和气体压强有关。当整个阴极均成为有效放电区域后，只有增加阴极电流密度，才能增大电流，形成均匀而稳定的“特别辉光放电”，并均匀掩盖基片，这个放电区就是溅射区域。射频辉光放电的特点？在辉光放电空间产生的电子可以获得足够的能量，足以产生碰撞电离；由于削减了放电对二次电子的依靠，降低了击穿电压；射频电压可以通过各种阻抗偶合，所以电极可以不是导体材料。溅射的概念及溅射参数？溅射是指荷能粒子轰击固体外表〔靶，使固体原子或者分子从外表射出的现象。1.2.3.4.溅射原子的角度分布5.溅射率的计算5.溅射机理？溅射完全是一个动量转移过程碰撞因在最严密排列的方向上最有效，结果晶体外表的原子从近邻原子得到越来越多的能量。溅射率随入射离子能量增大而增大，在离子能量到达肯定程度后，由于离子注入效应，溅射率减小；溅射率的大小与入射离子的质量有关；当入射离子能量小于溅射阈值时，不会发生溅射；溅射原子的能量比蒸发原子大很多倍；入射离子能量低时，溅射原子角度分布不完全符合余弦定律，与入射离子方向有关；电子轰击靶材不会发生溅射现象。6.二极直流溅射、偏压溅射、三极或四极溅射、射频溅射、磁控溅射、离子束溅射构造及原理？二极直流溅射靶材为良导体,依靠气体放电产生的正离子飞向阴极靶，一次电子飞向阳极，放电依靠正离子轰击阴极所产生的二次电子，经阴极加速后被消耗补充的一次电子维持。三极或四极溅射:热阴极放射的电子与阳极产生等离子体,靶相对于该等离子体为负电位.为把阴极放射的电子全部吸引过来，阳极上加正偏压，20V左右。为使放电稳定，增加第四个电极——稳定化电极.偏压溅射:基片施加负偏压,在淀积过程中，基片外表将受到气体粒子的稳定轰击，随时消退可能进入薄膜外表的气体，有利于提高薄膜纯度，并且也可除掉粘除力弱的淀积粒子，对基片进展清洗，外表净化，还可转变淀积薄膜的构造。射频溅射:可以用射频辉光放电解释。等离子体中的电子简洁在射频场中吸取能量并在电场内振荡，与工作气体的碰撞几率增大，从而使击穿电压和放电电压显著降低。磁控溅射：使用了磁控靶,施加磁场来转变电子的运动方向，束缚并延长电子运动轨迹，进而提高电子对工作气体的电离效率和溅射沉积率。在阴极靶的外表上形成一个正交的电磁场。溅射产生的二次电子在阴极位降区内被加速成为高能电子，但是它并不直接飞向阳极，而在电场和磁场的作用下作摆线运动。高能电子束缚在阴极外表与工作气体分子发生碰撞，传递能量，并成为低能电子。:离子源、屏蔽罩。由大口径离子束发生源引出惰性气体，使其照耀在靶上产生建设作用，利用溅射出的粒子淀积在基片上制得薄膜。第五章CVD热力学分析的主要目的？CVD热力学分析的主要目的是推测某些特定条件下某些CVD反响的可行性〔化学反响的方向和限度。在温度、压强和反响物浓度给定的条件下，热力学计算能从理论上给出沉积薄膜的量和全部CVD工艺参数的参考CVD过程自由能与反响平衡常数的过程判据？G与反响系统的化学平衡常数Kr P

有关。

G 2.3RTlogKr P

K nPi1

i

mm

P〔反响物〕jCVD热力学根本内容？反响速率及其影响因素？按热力学原理，化学反响的自由能变化G 可以用反响物和生成物的标准自由能来计算，Gr

Gf

rRTfG(反响物) AeERTfτ随温度按指数规律变化。较高衬底温度下，反响物及副产物的集中速率为打算反响速率的主要因素。热分解反响、化学合成反响及化学输运反响及其特点？特点：主要问题是源物质的选择和确定分解温度。选择源物质考虑蒸气压与温度的关系，留意在该温度下的分解产物中固相仅为所需沉积物质。化学合成反响：化学合成反响是指两种或两种以上的气态反响物在热基片上发生的相互反响。特点：比热分解法的应用范围更加广泛。可以制备单晶、多晶和非晶薄膜。简洁进展掺杂。化学输运反响：将薄膜物质作为源物质〔无挥发性物质物，这种气态化合物经过化学迁移或物理输运到与源区温度不同的沉积区，在基片上再通1 2过逆反响使源物质重分解出来，这种反响过程称为化学输运反响。特点： 不能太大；平衡常数KP接近于1。5.CVD的必要条件？在沉积温度下，反响物具有足够的蒸气压，并能以适当的速度被引入反响室；反响产物除了形成固态薄膜物质外，都必需是挥发性的；沉积薄膜和基体材料必需具有足够低的蒸气压，6.CVD？什么是热壁CVD？特点是什么？气压的液体。7.CVD？什么是闭管CVD？特点是什么？工件简洁取放，同一装置可反复屡次使用；有立式和卧式两种形式。关键环节：反响器材料选择、装料压力计算、温度选择和掌握等。CVDCVD？第七章薄膜形成的根本过程描述？薄膜形成分为：分散过程、核形成与生长过程、岛形成与结合生长过程。分散：吸附原子结合成原子对及其以后的过程a入射原子滞留时间：入射到基体外表的原子在外表的平均滞留时间E之间的关系为exp(E/kT)ad a 0 dD平均外表集中时间：吸附原子在一个吸附位置上的停留时间称为平均外表集中时间，用 表示。它和外表集中能E 之间的关系是DD D

/kT。0 D平均集中距离：吸附原子在外表停留时间经过集中运动所移动的距离〔从起始点到终点的间隔〕称为平均外表集中时间，并用 x表示，它与吸附能E 和集中能E 之间的关系为d DxaexpE E /kT0 d D什么是捕获面积？对薄膜形成的影响？捕获面积：吸附原子的捕获面积

S NnS 1 D o

S 2当 时，每个吸附原子的捕获面积内只有一个原子，故不能形成原子对，也不能产生分散。当

时，发生局部分散。平均每个吸附原子的捕获面积内有一个或两个吸附原子，可形成原子对或三原子团。在滞留时间内，一局部吸附原子有可能重蒸发掉。当 时，每个吸附原子的捕获面积内至少有两个吸附原子。可形成原子对或更大的原子团，从而到达完全分散。分散过程的表征方法？

1S 2〔单位时间内，完全分散的气相原子数与入射到基片外表上的总原子数之比、粘附系数〔单位时间内，再分散的气相原子数与入射到基片外表上的总原子数之比、热适应系数〔表征入射气相〔或分子〕与基体外表碰撞时相互交换能量的程度的物理量称为热适应系数。核形成与生长的物理过程。岛状生长模式、层状生长模式、层岛混合模式核形成的相变热力学和原子聚拢理论的根本内容？认为薄膜形成过程是由气相到吸附相、再到固相的相变过程，其中从吸附相到固相的转变是在基片外表上进展的。原子聚拢理论将核〔原子团〕看作一个大分子聚拢体，用其内部原子之间的结合能或与基片外表原子之间的结合能代替热力学理论中的自由能。什么是同质外延、异质外延？晶格失配度？假设薄膜与衬底不是同一种材料该工艺被称为异质外延，常被简洁地称为外延。ab，在基片上外延生长薄膜的晶格失配数m可用下式表示 E

m baa 。8..形成外延薄膜的条件？

RAexp D设沉积速率为 R，基片温度为T， kT 生长速率要小于吸附原子在基片外表上的迁移速率；提高温度有利于形成外延薄膜第八章薄膜构造是指哪些构造？其特点是哪些？薄膜的构造按争论对象不同分为组织构造、晶体构造、外表构造。面能：界面移动造成晶粒长大和界面平直化；空位源：杂质富集；纤维构造薄膜是指晶粒具有择优取向的薄膜薄膜中有较大的内应力和外表张力。外表构造：薄膜外表形成过程，由热力学能量理论，薄膜外表平化；晶粒的各向异性生长，薄膜外表粗化；低温基片上，薄膜形成多孔构造。蒸发薄膜微观构造随温度变化如何转变？寸随分散温度上升二增大，构造变为等轴晶貌；薄膜的主要缺陷类型及特点？薄膜的缺陷分为：点缺陷〔晶格排列消灭只涉及到单个晶格格点，典型构型是空位和填隙原子，点缺陷不能用电子显微镜直接观测到，点缺陷种类确定后，它的形成能是一个定值、位错〔在薄、晶格间界〔薄膜由于含有很多小晶粒，故晶粒间界面积比较大〕和层错缺陷〔由原子错排产生，在小岛间的边界处消灭，当聚合并的小岛再长大时反映层错缺陷的衍射衬度就会消逝。薄膜的主要分析方法有哪些？根本原理是什么？〔1〕XX射线晶体学，XXX射线波长X射线束夹角、及样品晶面间距d满足布2dsinn，检测器可检测到最大光强。c/XLc/XXXX射线波长Z满足莫塞莱定律

K(Z，只要测得X射线的波长，进而测定其化学成分。俄歇电子能谱法。俄歇电子的动能为E，由能量守恒定律Ek-EL1=EL23+E，近似EL1=EL23，得俄歇电子的动能E=Ek-2EL。对于每种元素的原子来说，EL1、EL23都有不同的特征值，只要测出E，就可以进展元素鉴定。利用俄歇电子能谱法中的化学位移效应不但可以鉴定样品的组分元素还可鉴定它的化学状态。X射线入射到自由原子的内壳层上，将电子电离成光电子，有电子能量分析测得光电子束缚能，不同源自或同一原子的不同壳层有不同数量的特征值。可以通过元素鉴定测出。二次离子质谱法。二次离子质谱是利用质谱法分析初级离子入射靶面后，溅射产生的二次离子而猎取材料外表信息的一种方法。二次离子质谱可以分析包括氢在内的全部元素，并能给出同位素的信息，分析化合物组分和分子构造。《薄膜物理与技术》1、 薄膜的定义薄膜的制备方法 真空的定义及性质〔抱负气体状态方程〕 真空的单位 真空区域的划分气体的三种速度分布〔最可几速度、平均速度、均方根速度〕意义 平均自由程的定义及计算 余弦散射定律及意义 确定真空系统所能到达的真空度的方程2、主要真空泵的排气原理与工作范围 几类真空计的工作原理与测量范围〔填空或选择〕 真空蒸发镀膜的定义 真空蒸发镀膜的根本过程3、蒸发速率的表达式及蒸发源温度变化引起