薄膜物理與技術(shù)復(fù)習(xí)大全(西電版)

1、1.薄膜定義：按照一定需要，利用特殊的制備技術(shù)，在基體表面形成厚度為亞微米至微米級(jí)的膜層。這種二維伸展的薄膜具有特殊的成分、結(jié)構(gòu)和尺寸效應(yīng)而使其獲得三維材料所沒有的特性，同時(shí)又很節(jié)約材料，所以非常重要。通常是把膜層無基片而能獨(dú)立成形的厚度作為薄膜厚度的一個(gè)大致的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定其厚度約在1m左右。 2.一些表面定義：1) 理想表面：沿著三維晶體相互平行的兩個(gè)面切開，得到的表面，除了原子平移對(duì)稱性破壞，與體內(nèi)相同。2) 清潔表面：沒有外界雜質(zhì)。3) 弛豫表面：表面原子因受力不均向內(nèi)收縮或向外膨脹。4) 重構(gòu)表面：表面原子在與表面平行的方向上的周期也發(fā)生變化，不同于晶體內(nèi)部原子排列的二維對(duì)稱性（再構(gòu)）。

2、5) 實(shí)際表面：存在外來原子或分子。3. 薄膜的形成的物理過程小島階段成核和核長大，透射電鏡觀察到大小一致(2-3nm)的核突然出現(xiàn).平行基片平面的兩維大于垂直方向的第三維。說明：核生長以吸附單體在基片表面的擴(kuò)散，不是由于氣相原子的直接接觸。結(jié)合階段兩個(gè)圓形核結(jié)合時(shí)間小于0.1s,并且結(jié)合后增大了高度，減少了在基片所占的總面積。而新出現(xiàn)的基片面積上會(huì)發(fā)生二次成核，復(fù)結(jié)合后的復(fù)合島若有足夠時(shí)間，可形成晶體形狀，多為六角形。核結(jié)合時(shí)的傳質(zhì)機(jī)理是體擴(kuò)散和表面擴(kuò)散（以表面擴(kuò)散為主）以便表面能降低。溝道階段圓形的島在進(jìn)一步結(jié)合處，才繼續(xù)發(fā)生大的變形島被拉長，從而連接成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的薄膜，在這種結(jié)構(gòu)中遍布不規(guī)

3、則的窄長溝道，其寬度約為5-20nm，溝道內(nèi)發(fā)生三次成核，其結(jié)合效應(yīng)是消除表面曲率區(qū)，以使生成的總表面能為最小。 連續(xù)薄膜小島結(jié)合，島的取向會(huì)發(fā)生顯著的變化，并有些再結(jié)晶的現(xiàn)象。溝道內(nèi)二次或三次成核并結(jié)合，以及網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)生長連續(xù)薄膜。4. 薄膜的附著類型及影響薄膜附著力的工藝因素薄膜的附著類型 簡單附著：薄膜和基片間形成一個(gè)很清楚的分界面，薄膜與基片間的結(jié)合力為范德華力 擴(kuò)散附著由兩個(gè)固體間相互擴(kuò)散或溶解而導(dǎo)致在薄膜和基片間形成一個(gè)漸變界面。實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散方法：基片加熱法、離子注入法、離子轟擊法、電場(chǎng)吸引法。通過中間層附著在薄膜與基片之間形成一個(gè)化合物而附著，該化合物多為薄膜材料與基片材料之間的化合物

4、。通過宏觀效應(yīng)機(jī)械鎖合雙電層吸引 5. 真空相關(guān) 真空是指低于一個(gè)大氣壓的氣體空間。常用“真空度”度量。真空度越高，壓強(qiáng)越小。 常用計(jì)量單位：Pa, Torr, mmHg, bar, atm.。關(guān)系如下： 1mmHg=133.322Pa, 1 Torr=atm/760=133.322Pa1mmHg 1 bar=105Pal 粗真空：11051102Pa 目的獲得壓力差。電容器生產(chǎn)中的真空侵漬工藝l 低真空：1102110-1Pa 真空熱處理。l 高真空：110-1110-6Pa 真空蒸發(fā)。l 超高真空：110-6Pa 得到純凈的氣體；獲得純凈的固體表面。6. 物理氣相沉積PVD（Physics

5、 Vapor Deposition，主要是在真空環(huán)境下利用各種物理手段或方法沉積薄膜。1) 需要使用固態(tài)的或熔化態(tài)的物質(zhì)作為沉積過程的源物質(zhì)；2) 源物質(zhì)要經(jīng)過物理過程進(jìn)入氣相；3) 需要相對(duì)較低的氣體壓力環(huán)境；4) 在氣相中及襯底表面不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。蒸發(fā)定義：當(dāng)溫度升高時(shí)，材料會(huì)經(jīng)歷典型的固相，液相到氣相的變化。任何溫度下，材料上面都存在蒸氣，具有平衡蒸氣壓。材料溫度低于熔化溫度時(shí)，產(chǎn)生蒸氣的過程稱為升華；樣品熔化時(shí)，產(chǎn)生蒸氣的過程稱為蒸發(fā)。在微電子工藝中，蒸發(fā)較為廣義，包括一切蒸氣產(chǎn)生的過程。對(duì)環(huán)境的要求：超真空，10mTorr影響因素： 蒸發(fā)源的純度；加熱裝置、坩堝可能造成的污染；真空系

6、統(tǒng)中的殘留氣體。解決辦法： 使用高純物質(zhì)作為蒸發(fā)源；改善裝置；改善真空條件，提高物質(zhì)的蒸發(fā)以及薄膜沉積速度。 7. MOCVD概念：利用金屬有機(jī)物的熱分解進(jìn)行化學(xué)氣相沉積制備薄膜的CVD方法。特點(diǎn)：近十幾年發(fā)展 發(fā)展起來的一種新的表面氣相沉積技術(shù)，它一般使用金屬有機(jī)化合物和氫化物作為原料氣體，進(jìn)行熱解化學(xué)氣相沉積。制備范圍：在較低溫度下沉積各種無機(jī)材料，如金屬氧化物、氫化物、碳化物、氟化物及化合物半導(dǎo)體材料和單晶外延膜、多晶膜和非晶態(tài)膜，已成功應(yīng)用于制備超晶格結(jié)構(gòu)、超高速器件和量子阱激光器。8.離子鍍：IP (Ion plating），同時(shí)結(jié)合蒸發(fā)和濺射的特點(diǎn)，讓靶材原子蒸發(fā)電離后與氣體離子一

7、起受電場(chǎng)的加速，而在基片上沉積薄膜的技術(shù)。離子鍍特點(diǎn)：1) 具有蒸發(fā)鍍膜和濺射鍍膜的特點(diǎn)2) 膜層的附著力強(qiáng)。3) 繞射性好，可鍍復(fù)雜表面。4) 沉積速率高、成膜速度快、可鍍厚膜。5) 可鍍材料廣泛，有利于化合物膜層的形成。9. 溶液鍍膜法：是在溶液中利用化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)等化學(xué)方法在基板表面沉積薄膜的一種技術(shù)，常稱為濕法鍍膜。1) 化學(xué)鍍2) 溶膠凝膠法3) 陽極氧化法4) LB法5) 電鍍法10. 溶膠-凝膠法特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1) 起始原料是分子級(jí)的能制備較均勻的材料2) 較高的純度3) 組成成分較好控制，尤其適合制備多組分材料4) 可降低程序中的溫度5) 具有流變特性，可用于不同用途產(chǎn)品的制

8、備6) 可以控制孔隙度7) 容易制備各種形狀缺點(diǎn)1) 原料成本較高2) 存在殘留小孔洞3) 存在殘留的碳4) 較長的反應(yīng)時(shí)間5) 有機(jī)溶劑對(duì)人體有一定的危害性11. 什么叫LB法？郎繆爾-布羅格特(Langmuir-Blodett)30年代提出的?？尚纬啥ㄏ蚺帕械挠袡C(jī)單分子層或多分子層。以同時(shí)具有親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)的有機(jī)分子為原料，利用分子親水端與親水端相吸，疏水端與疏水端相吸，使有機(jī)分子逐次轉(zhuǎn)移到固體基板上，形成單層或多層薄膜。12. Why thin films?1) 薄膜所用原料少，容易大面積化，而且可以曲面加工。(研究和使用成本) 例：金箔、飾品、太陽能電池，GaN，SiC，Diamo

9、nd2) 新的效應(yīng): 某一維度很小、比表面積大. 例：限域效應(yīng)、表面和界面效應(yīng)、耦合效應(yīng)，隧穿效應(yīng)、極化效應(yīng)3) 可以獲得體態(tài)下不存在的非平衡和非化學(xué)計(jì)量比結(jié)構(gòu)。Diamond: 工業(yè)合成, 2000，5.5萬大 氣壓, CVD生長薄膜:常壓，800度.MgxZn1-xO: 體相中Mg的平衡固溶度為0.04, PLD法生長的薄膜中，x可01.a) Si1-xNx:H4) 容易實(shí)現(xiàn)多層膜,相互作用與功能集成13. 薄膜的分類1) 從功能上分：電學(xué)薄膜，光學(xué)薄膜，磁性薄膜，保護(hù)膜，裝飾用膜、包裝膜2) 從結(jié)構(gòu)上分：無機(jī)薄膜，有機(jī)分子膜，單晶薄膜，多晶薄膜，非晶薄膜，多孔膜14. 外延生長【epit

10、axial growth】在單晶襯底（基片）上生長一層有一定要求的、與襯底晶向相同的一薄層單晶層的方法。外延生長的最終目的是：沉積一層缺陷少，且可控制厚度及摻入雜質(zhì)的單晶薄膜15. 外延生長可分為多種 按照襯底和外延層的化學(xué)成分不同，可分為同質(zhì)外延和異質(zhì)外延； 按照反應(yīng)機(jī)理可分為利用化學(xué)反應(yīng)的外延生長和利用物理反應(yīng)的外延生長； 按生長過程中的相變方式可分為氣相外延、液相外延和固相外延等。16. PVD和CVD兩種工藝的對(duì)比同PVD工藝相比，CVD的最大優(yōu)勢(shì)就是良好的階梯覆蓋性能，同時(shí)具有便于制備復(fù)合產(chǎn)物、不需高真空和淀積速率高等優(yōu)點(diǎn)。CVD技術(shù)在19世紀(jì)60年代被引入半導(dǎo)體材料制備并快速發(fā)展。

11、隨PECVD，HDPCVD和MOCVD等技術(shù)的出現(xiàn)，CVD在集成電路制造中廣泛應(yīng)用于多晶硅、絕緣介質(zhì)和金屬薄膜的制備。I. 工藝溫度高低是CVD和PVD之間的主要區(qū)別。溫度對(duì)于高速鋼鍍膜具有重大意義。CVD法的工藝溫度超過了高速鋼的回火溫度，用CVD法鍍制的高速鋼工件，必須進(jìn)行鍍膜后的真空熱處理，以恢復(fù)硬度。鍍后熱處理會(huì)產(chǎn)生不容許的變形。II. CVD工藝對(duì)進(jìn)人反應(yīng)器工件的清潔要求比PVD工藝低一些，因?yàn)楣ぜ砻娴囊恍┡K東西很容易在高溫下燒掉。此外，高溫下得到的鍍層結(jié)合強(qiáng)度要更好些。III. CVD鍍層往往比各種PVD鍍層略厚一些，前者厚度在7.5m左右，后者通常不到2.5m厚。CVD鍍層的表

12、面略比基體的表面粗糙些。相反，PVD鍍膜如實(shí)地反映材料的表面，不用研磨就具有很好的金屬光澤，這在裝飾鍍膜方面十分重要。IV. CVD反應(yīng)發(fā)生在低真空的氣態(tài)環(huán)境中，具有很好的繞鍍性，所以密封在CVD反應(yīng)器中的所有工件，除去支承點(diǎn)之外，全部表面都能完全鍍好，甚至深孔、內(nèi)壁也可鍍上。相對(duì)而論，所有的PVD技術(shù)由于氣壓較低，繞鍍性較差，因此工件背面和側(cè)面的鍍制效果不理想。PVD的反應(yīng)器必須減少裝載密度以避免形成陰影，而且裝卡、固定比較復(fù)雜。在PVD反應(yīng)器中，通常工件要不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，并且有時(shí)還需要邊轉(zhuǎn)邊往復(fù)運(yùn)動(dòng)。V. 在CVD工藝過程中，要嚴(yán)格控制工藝條件，否則，系統(tǒng)中的反應(yīng)氣體或反應(yīng)產(chǎn)物的腐蝕作用會(huì)使基

13、體脆化。VI. 比較CVD和PVD這兩種工藝的成本比較困難，有人認(rèn)為最初的設(shè)備投資PVD是CVD的3一4倍，而PVD工藝的生產(chǎn)周期是CVD的1/10。在CVD的一個(gè)操作循環(huán)中，可以對(duì)各式各樣的工件進(jìn)行處理，而PVD就受到很大限制。綜合比較可以看出，在兩種工藝都可用的范圍內(nèi)，采用PVD要比CVD代價(jià)高。VII. 最后一個(gè)比較因素是操作運(yùn)行安全問題。PVD是一種完全沒有污染的工序，有人稱它為“綠色工程”。而CVD的反應(yīng)氣體、反應(yīng)尾氣都可能具有一定的腐蝕性，可燃性及毒性，反應(yīng)尾氣中還可能有粉末狀以及碎片狀的物質(zhì)，因此對(duì)設(shè)備、環(huán)境、操作人員都必須采取一定的措施加以防范。17. CVD特點(diǎn)在中溫或高溫下

14、，通過氣態(tài)的初始化合物之間的氣相化學(xué)反應(yīng)而沉積固體；需要使用固態(tài)的或熔化態(tài)的物質(zhì)作為沉積過程的源物質(zhì)。可以在大氣壓（常壓）或者低于大氣壓（低壓）下進(jìn)行沉積。一般說低壓效果要好一些；采用等離子和激光輔助技術(shù)可以顯著地促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，使沉積可在較低的溫度下進(jìn)行；能有效控制薄膜的化學(xué)成分和厚度，均勻性和重復(fù)性好；鍍層的化學(xué)成分可改變，從而獲得梯度沉積物或得到混和鍍層；可以控制鍍層的密度和純度；繞鍍性好，可在復(fù)雜形狀的基體上以及顆粒材料上鍍制；氣流條件通常是層流的，在基體表面形成厚的邊界層；沉積層通常具有柱狀晶結(jié)構(gòu)，不耐歪曲。但通過各種技術(shù)對(duì)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行氣相擾動(dòng)，可以得到細(xì)晶粒的等軸沉積層；臺(tái)階覆蓋能力

15、最好，對(duì)襯底損傷最小，可以形成多種金屬、合金、陶瓷和化合物層。設(shè)備和運(yùn)轉(zhuǎn)成本低，與其它相關(guān)工藝有較好的相容性；18. 濺射是一個(gè)離子轟擊物質(zhì)表面，并在碰撞過程中發(fā)生能量與動(dòng)量的轉(zhuǎn)移，從而最終將物質(zhì)表面原子激發(fā)出來的復(fù)雜過程。 濺射具有良好的臺(tái)階覆蓋能力是由于： 有較高的壓力和較高的淀積原子的入射能量。進(jìn)行襯底加熱，增強(qiáng)表面擴(kuò)散，可以更顯著的改善臺(tái)階覆蓋。19. 等離子體部分電子被剝奪后的原子或原子電離后產(chǎn)生的正負(fù)電子組成的離子化氣體狀物質(zhì)，它是除去固、液、氣外，物質(zhì)存在的第四態(tài)。等離子體是一種很好的導(dǎo)電體，利用經(jīng)過巧妙設(shè)計(jì)的磁場(chǎng)可以捕捉、移動(dòng)和加速等離子體。等離子體可分為兩種：高溫和低溫等離子

16、體。高溫等離子體只有在溫度足夠高時(shí)發(fā)生的。低溫等離子體是在常溫下發(fā)生的等離子體（雖然電子的溫度很高）。低溫等離子體可以被用于氧化等表面處理或者在有機(jī)物和無機(jī)物上進(jìn)行沉淀涂層處理。廣泛運(yùn)用于多種生產(chǎn)領(lǐng)域。例如：等離子電視，電腦芯片中的蝕刻運(yùn)用等。等離子體的驅(qū)動(dòng)射頻放電高密度等離子體high density Plasmas（HDP) 產(chǎn)生過程：在反應(yīng)器中引入磁場(chǎng)和/或電場(chǎng)，增加電子在等離子體中的行程，使電子和原子之間的碰撞頻率增加，從而增加等離子體中基和離子的密度，實(shí)現(xiàn)高密度等離子體。1 簡述薄膜的形成過程。薄膜：在被稱為襯底或基片的固體支持物表面上，通過物理過程、化學(xué)過程或電化學(xué)過程使單個(gè)原子、

17、分子或離子逐個(gè)凝聚而成的固體物質(zhì)。主要包括三個(gè)過程：（1）產(chǎn)生適當(dāng)?shù)脑印⒎肿踊螂x子的粒子；（2）通過煤質(zhì)輸運(yùn)到襯底上；（3）粒子直接或通過化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而凝聚在襯底上面形成固體沉淀物，此過程又可以分為四個(gè)階段：（1）核化和小島階段；（2）合并階段；（3）溝道階段；（4）連續(xù)薄膜2 圖2為濺射鍍膜的原理示意圖，試結(jié)合圖敘述濺射鍍膜的基本過程，并介紹常用的濺射鍍膜的方法和特點(diǎn)。圖 2 濺射鍍膜的原理示意圖過程：該裝置是由一對(duì)陰極和陽極組成的冷陰極輝光放電結(jié)構(gòu)。被濺射靶（陰極）和成膜的基片及其固定架（陽極）構(gòu)成濺射裝置的兩個(gè)極，陽極上接上1-3KV的直流負(fù)高壓，陽極通常接地。工作時(shí)通常用機(jī)械泵和

18、擴(kuò)散泵組將真空室抽到6.65*10-3Pa，通入氬氣，使真空室壓力維持在（1.33-4）*10-1Pa,而后逐漸關(guān)閉主閥，使真空室內(nèi)達(dá)到濺射電壓，即10-1-10Pa，接通電源，陽極耙上的負(fù)高壓在兩極間產(chǎn)生輝光放電并建立起一個(gè)等離子區(qū)，其中帶正電的氬離子在陰極附近的陽極電位降的作用下，加速轟擊陰極靶，使靶物質(zhì)由表面被濺射出，并以分子或原子狀態(tài)沉積在基體表面，形成靶材料的薄膜。將欲沉積的材料制成板材靶,固定在陰極上?；糜谡龑?duì)靶面的陽極上,距靶幾厘米。系統(tǒng)抽至高真空后充入 101帕的氣體（通常為氬氣），在陰極和陽極間加幾千伏電壓，兩極間即產(chǎn)生輝光放電。放電產(chǎn)生的正離子在電場(chǎng)作用下飛向陰極，與靶

19、表面原子碰撞，受碰撞從靶面逸出的靶原子稱為濺射原子,其能量在1至幾十電子伏范圍。濺射原子在基片表面沉積成膜直流陰極濺射鍍膜法：特點(diǎn)是設(shè)備簡單，在大面積的基片或材料上可以制取均勻的薄膜，放電電流隨氣壓和電壓的變化而變化，可濺射高熔點(diǎn)金屬。但是，它的濺射電壓高、沉積速率低、基片溫升較高，加之真空度不良，致使膜中混入的雜質(zhì)氣體也多，從而影響膜的質(zhì)量。高頻濺射鍍膜法：利用高頻電磁輻射來維持低氣壓的輝光放電。陰極安置在緊貼介質(zhì)靶材的后面，把高頻電壓加在靶子上，這樣，在一個(gè)周期內(nèi)正離子和電子可以交替地轟擊靶子，從而實(shí)現(xiàn)濺射介質(zhì)材料的目的。這種方法可以采用任何材料的靶，在任何基板上沉積任何薄膜。若采用磁控源

20、，還可以實(shí)現(xiàn)高速濺射沉積。磁控濺射鍍膜法：磁控濺射的特點(diǎn)是電場(chǎng)和磁場(chǎng)的方向互相垂直，它有效的克服了陰極濺射速率低和電子使基片溫度升高的致命弱點(diǎn)，具有高速、低溫、低損傷等優(yōu)點(diǎn)，易于連續(xù)制作大面積膜層，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和大批量生產(chǎn)，高速指沉積速率快；低溫和低損傷是指基片的溫升低，對(duì)膜層的損傷小。此外還具有一般濺射的優(yōu)點(diǎn)，如沉積的膜層均勻致密，針孔少，純度高，附著力強(qiáng)，應(yīng)用的靶材廣，可進(jìn)行反應(yīng)濺射，可制取成分穩(wěn)定的合金膜等。工作壓力范圍廣，操作電壓低也是其顯著特點(diǎn)。反應(yīng)濺射鍍膜法：在陰極濺射的惰性氣體中，人為的摻入反應(yīng)氣體，可以制取反應(yīng)物膜。非對(duì)稱交流濺射和偏壓濺射鍍膜法：特點(diǎn)是可以減少濺射鍍膜過程中

21、陰極濺射膜中的混入氣體。3 圖3為一個(gè)PECVD的反應(yīng)室結(jié)構(gòu)圖，試敘述其工作原理和特點(diǎn)圖3 PECVD的反應(yīng)室結(jié)構(gòu)圖原理： 圖中是一種平行板結(jié)構(gòu)裝置。襯底放在具有溫控裝置的下面平板上，壓強(qiáng)通常保持在133Pa左右，射頻電壓加在上下平行板之間，于是在上下平板間就會(huì)出現(xiàn)電容耦合式的氣體放電，并產(chǎn)生等離子體。利用等離子體的活性來促進(jìn)反應(yīng)，使化學(xué)反應(yīng)能在較低溫度下進(jìn)行，這種方法稱為等離子體強(qiáng)化氣相沉積（PECVD），是一種高頻輝光放電物理過程和化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合的技術(shù)。在高溫真空壓力下，加在電極板上的射頻RF電場(chǎng)，使反應(yīng)室氣體產(chǎn)生輝光放電，在輝光放電區(qū)域產(chǎn)生大量的電子。這些電子在電場(chǎng)的作用下獲得充足的能量

22、，其本身溫度很高，它與氣體分子相碰撞，負(fù)氣體分子活化，它們吸附在襯底上，并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)天生介質(zhì)膜，副產(chǎn)物從襯底上解析，隨主流由真空抽走。特點(diǎn)：1、PECVD需要增加一個(gè)能產(chǎn)生等離子體的高頻源。2、采用PECVD可以顯著降低沉積時(shí)的基體溫度，并具有沉積速率快、成膜質(zhì)量好、針孔少、不易龜裂等優(yōu)點(diǎn)。3、但等離子體的轟擊會(huì)使沉積表面產(chǎn)生缺陷，同時(shí)等離子體中產(chǎn)生的多種反應(yīng)物質(zhì)使反應(yīng)復(fù)雜化，因此會(huì)使薄膜的質(zhì)量下降；4、另外設(shè)備投資大、成本高，對(duì)氣體的純度要求高；5、 涂層過程中產(chǎn)生的劇烈噪音、強(qiáng)光輻射、有害氣體、金屬蒸汽粉塵等對(duì)人體有害；6、 對(duì)小孔孔徑內(nèi)表面難以涂層等。4 試敘述LPCVD的原理、特點(diǎn)和

23、典型應(yīng)用LPCVD原理是用加熱的方式在低壓條件下使氣態(tài)化合物在基片表面反應(yīng)并淀積形成穩(wěn)定固體薄膜。由于工作壓力低，氣體分子的品滾自由程和擴(kuò)散系數(shù)大，故可采用密集裝片方式來提高生產(chǎn)效率，并在襯底表面獲得均勻性良好的薄膜淀積層。LPCVD用于淀積Poly-Si、Si3N4、SiO2、磷硅玻璃、硼磷硅玻璃、非晶硅及難溶金屬硅化物等多種薄膜。廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體集成電路、電力電子、光電子及MEMS等行業(yè)的生產(chǎn)工藝中。5 簡述分子束外延（MBE）的結(jié)構(gòu)、原理和應(yīng)用。結(jié)構(gòu)：MBE主要由分子束源、基片支架、四極質(zhì)譜儀、反射高能電子衍射裝置、俄歇電子譜儀、二次離子分析儀構(gòu)成。原理：分子束外延（MBE）是新發(fā)展起來

24、的外延制膜法，它是將真空蒸發(fā)鍍膜加以改進(jìn)和提高而形成的新的成膜技術(shù)。在超高真空環(huán)境中，通過薄膜諸組分元素的分子束流，直接噴到溫度適宜的襯底表面上，在合適條件下就能淀積除所需的外延層。其系統(tǒng)包括一個(gè)沉積腔室，室內(nèi)維持在10-10托的低壓，在腔室中有一個(gè)或多個(gè)小格室（稱為反射格：effusion cells），內(nèi)含圓晶上所欲沉積的高純度材料（靶材），發(fā)射格前有快門（shutter）以使圓晶能暴露于原料蒸汽；將電子束導(dǎo)引至靶材中央，靶材被加熱而融化成液態(tài)，因?yàn)榈蛪汗什糠直砻娴囊簯B(tài)靶材會(huì)蒸發(fā)成氣態(tài)，由發(fā)射格的開孔處離開，沉積到晶圓上。MBE是一種將原子一個(gè)一個(gè)的在襯底上進(jìn)行沉積的方法，因此它通常與CV

25、D外延和真空蒸發(fā)鍍膜相比，有以下幾個(gè)典型特點(diǎn)：（1）MBE雖然也是一個(gè)以氣體分子論為基礎(chǔ)的蒸發(fā)過程，但它并不以蒸發(fā)溫度為監(jiān)控參數(shù)，而是用系統(tǒng)中的四極質(zhì)樸儀和原子吸收光譜等現(xiàn)代分析儀器，精密的監(jiān)控分子束的種類和強(qiáng)度，從而嚴(yán)格的控制生長過程和生長速率。（2）MBE是一個(gè)超高真空的淀積過程，既不需要考慮中間的化學(xué)反應(yīng)，又不受質(zhì)量傳輸?shù)挠绊?，并且利用開閉擋板來實(shí)現(xiàn)對(duì)生長和中斷的瞬間控制。因此，膜的組分和摻雜濃度可隨著源的變化而迅速調(diào)整。（3）MBE的顯著特點(diǎn)之一是生長速率低，MBE使微細(xì)加工在結(jié)構(gòu)上的分辯能力高于CVD和LPE。（4）在獲得單晶薄膜的技術(shù)中，MBE的襯底溫度低，因此有利于減少自摻雜 。

26、（5）由于襯底和分子束源分開，所以可以隨時(shí)觀察生長面的外貌，有利于科學(xué)研究。（6）MBE能有效的利用平面技術(shù)，用它制成的肖特基勢(shì)壘特性達(dá)到或超過CVD和LPE制作的特性。應(yīng)用：MBE的突出優(yōu)點(diǎn)在于能生長極薄的單晶膜層，并且能精確的控制膜厚和組分與摻雜。適于制作微波、光電和多層結(jié)構(gòu)器件，從而為制作集成光學(xué)和超大規(guī)模集成電路提供了有力手段。6 如圖4為絕緣體薄膜在導(dǎo)電方面較有意義的金屬-絕緣體-金屬結(jié)構(gòu)，試分析該種結(jié)構(gòu)下的絕緣體薄膜的導(dǎo)電機(jī)理。圖4 金屬-絕緣體-金屬結(jié)構(gòu)答：如圖所示，兩塊金屬被絕緣體隔開，形成一個(gè)電容器，兩金屬端為電極，絕緣體為電介質(zhì)薄膜。當(dāng)電極兩端分別加上正負(fù)電荷時(shí)，在兩電極間

27、形成電場(chǎng)，在電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)薄膜內(nèi)的正負(fù)電荷中心相對(duì)移動(dòng)從而出現(xiàn)電距現(xiàn)象，完成電場(chǎng)的傳播。在直流電路中，該結(jié)構(gòu)相當(dāng)于斷路。在交流電路中，因?yàn)殡娏鞯姆较蚴请S時(shí)間成成一定的函數(shù)關(guān)系變化的。而電容器充放電的過程是有時(shí)間的，這個(gè)時(shí)候，在極板間形成的電場(chǎng)也是隨時(shí)間變化的函數(shù)，從而使得電流痛過場(chǎng)的形式在電容器間通過，完成在交流電下的導(dǎo)電。7 試敘述壓電薄膜的工作原理和常用的制備方法。原理：壓電材料是基于壓電效應(yīng)的原理工作的，在晶體中，當(dāng)在某一特定方向?qū)w施加應(yīng)力時(shí)，在于應(yīng)力垂直方向兩端表面出現(xiàn)數(shù)量相等、符號(hào)相反的束縛電荷，這一現(xiàn)象成為“正壓電效應(yīng)”,作用力相反時(shí)，表面電荷符號(hào)相反，點(diǎn)和密度與外加作用力

28、大小成正比；同時(shí)，當(dāng)一塊具有壓電效應(yīng)的晶體處于外電場(chǎng)中，由于晶體的電極化造成的正負(fù)電荷中心位移，導(dǎo)致晶體形變，型變量與電場(chǎng)大小成正比，這是逆壓電效應(yīng)。具有壓電效應(yīng)的薄膜稱為壓電薄膜。制備：壓電薄膜的制備主要有氣相沉積法，其中包括物理氣相沉積法(PVD)和化學(xué)氣相沉積法（cvd），有時(shí)也用溶膠-凝膠法（sol-gel）、等離子噴涂法、熱氧化法和陽極氧化法制備。8 試闡述一種常用電介質(zhì)薄膜的制備方法及其應(yīng)用氧化物電介質(zhì)薄膜的制備方法：氧化物電介質(zhì)薄膜在集成電路和其他薄膜器件中有著廣泛的應(yīng)用，薄膜材料可以用電子束蒸發(fā)鍍膜法、濺射度魔法、反應(yīng)濺射鍍膜法等方法制備外，還經(jīng)常用單晶表面氧化的方法來生長這種

29、薄膜，這是一種反應(yīng)擴(kuò)散過程，在硅單晶表面形成連續(xù)氧化層后，氧化劑通過氧化層擴(kuò)散到氧化層/硅界面，和硅反應(yīng)生成新的氧化層，使厚度不斷增大。薄膜的氧化生長是平面工藝的基礎(chǔ)，氧化法主要有三種：1、陽極氧化（室溫）2、等離子體陽極氧化（200-800度）3、熱氧化（700-1250度）。氧化物電介質(zhì)薄膜的應(yīng)用：1、用作電容器介質(zhì)2、用作隔離和掩膜層3、用作表面鈍化膜4、集成電路多層布線絕緣膜9 試闡述一種常用金屬薄膜的制備方法及其應(yīng)用制備金屬薄膜最常用的方法是雙噴電解拋光法。此裝置主要由三部分組成：電解冷卻與循環(huán)部分，電解拋光減薄部分以及觀察樣品部分。圖為雙噴電解拋光裝置示意圖。（l）電解冷卻與循環(huán)部

30、分通過耐酸泵把低溫電解液經(jīng)噴嘴打在樣品表面。低溫循環(huán)電解減薄，不使樣品因過熱而氧化；同時(shí)又可得到表面平滑而光亮的薄膜，見圖中(1)及(2)。（2）電解拋光減薄部分。 電解液由泵打出后，通過相對(duì)的兩個(gè)鉑陰極玻璃嘴噴到樣品表面。噴嘴口徑為mm，樣品放在聚四氟乙烯制作的夾具上（見圖）。樣品通過直徑為0.5mm的鉑絲與不銹鋼陽極之間保持電接觸，調(diào)節(jié)噴嘴位置使兩個(gè)噴嘴位于同一直線上。見圖中(3)。（3）觀察樣品部分電解拋光時(shí)一根光導(dǎo)纖維管把外部光源傳送到樣品的一個(gè)側(cè)面。當(dāng)樣品剛一穿孔時(shí)，透過樣品的光通過在樣品另一側(cè)的光導(dǎo)纖維管傳到外面的光電管，切斷電解拋光射流，并發(fā)出報(bào)警聲響。圖 雙噴電解拋光裝置原理示

31、意圖 圖3 樣品夾具(1)冷卻設(shè)備；(2)泵、電解液；(3)噴嘴(4)試樣； (5)樣品架； (6)光導(dǎo)纖維管噴射法電流一電壓曲線 最后制成的薄膜應(yīng)用：金屬薄膜開關(guān)，金屬化薄膜電容，裝飾材料，包裝。10 闡述GaAs薄膜作為光電發(fā)射材料的原理、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用原理：GaAs光電陰極是建立在W.E.Spicer的光電發(fā)射三步模型2理論基礎(chǔ)上的，根據(jù)該理論，如果陰極材料表面的真空能級(jí)低于其體內(nèi)的導(dǎo)帶底能級(jí)，即材料的有效電子親和勢(shì)小于零，則由光照激發(fā)產(chǎn)生的光電子只要能從陰極體內(nèi)運(yùn)行到表面，就可以輕而易舉地發(fā)射到真空，而無需過剩的動(dòng)能去克服材料表面的勢(shì)壘，這樣光電子的逸出深度和幾率都將大大增加，發(fā)射效率將會(huì)

32、大幅度提高。所以后來發(fā)明了用Cs、O交替覆蓋GaAs表面的方法，通過銫氧激活可以獲得負(fù)的有效電子親和勢(shì)和更高的光電發(fā)射效率的GaAs光電陰極。應(yīng)用：GaAs光電陰極作為一種負(fù)電子親和勢(shì)(Negative Electron Affinity，NEA)光電陰極，具有量子效率高，暗發(fā)射小，發(fā)射電子的能量分布及角分布集中，長波閾可調(diào)，長波響應(yīng)擴(kuò)展?jié)摿Υ蟮葍?yōu)點(diǎn)，它在光電倍增管、攝像管、半導(dǎo)體器件、超晶格功能器件、高能物理、表面物理，特別是微光夜視技術(shù)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。結(jié)構(gòu)：NEA光電陰極分反射式和透射式兩種。反射式NEA光電陰極對(duì)厚度沒有嚴(yán)格要求，其結(jié)構(gòu)也比較簡單，如圖1.1為其結(jié)構(gòu)示意圖，反射式

33、陰極中，GaAs是最常用的基底，因?yàn)檫@種材料的量子效率高，暗電流小，光譜響應(yīng)在一個(gè)相當(dāng)寬的范圍內(nèi)比較平坦。透射式NEA光電陰極的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，如圖1.2為其結(jié)構(gòu)示意圖。首先，它要有一個(gè)透明的襯底，起支撐和加固的作用，通常用的襯底層有藍(lán)寶石、白寶石、尖晶石、GaP、GaAs和玻璃等。為了實(shí)現(xiàn)晶格匹配，通常在發(fā)射層與襯底層之間加入一緩沖層，它的晶格常數(shù)和發(fā)射層相近，這樣晶格失配就被移到了襯底層/緩沖層界面，常作緩沖層的材料有GaAlAs、GaAsP、InGaP等。襯底層緩沖層GaAs發(fā)射層真空?qǐng)D1.2透射式NEA光電陰極的結(jié)構(gòu)I0GaAs發(fā)射層圖1.1 反射式NEA光電陰極的結(jié)構(gòu)真空I011 簡述透

34、明導(dǎo)電膜（TCO）的原理、制備及其在電子工業(yè)方面的應(yīng)用原理：TCO 透明導(dǎo)電薄膜是一種N型氧化物半導(dǎo)體，化學(xué)名稱是氧化煙錫，它的工作原理是，當(dāng)金屬原子與氧原子鍵結(jié)時(shí)，傾向于失去電子而成陽離子，而在金屬氧化物中，具有（n4，n為主量子數(shù)）電子組態(tài)的金屬陽離子，其S軌域會(huì)做等向性的擴(kuò)展，如果晶體中有某種鎖狀結(jié)構(gòu)，能讓這些陽離子相當(dāng)靠近，是他們的S軌域重疊，便可形成傳導(dǎo)路徑，再加上可移動(dòng)的載子，便具有導(dǎo)電性了。制備：在玻璃基片上制備透明導(dǎo)電薄膜的方法主要有1、噴霧法2、侵漬法3、化學(xué)氣相沉積法4、濺射法 在塑料基片上制備主要是真空蒸渡法。應(yīng)用：TCO氧化物薄膜材料在電子照相（幻燈片、微縮膠片）、光電

35、抓換器件（光放大器）、太陽能電池、顯示材料、熱反射、光記錄、磁記錄、防靜電等很多領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用。12 結(jié)合圖5述超二代和三代像增強(qiáng)器的工作原理和各自特點(diǎn)圖5 超二代和三代像增強(qiáng)器的結(jié)構(gòu)圖超二代像增強(qiáng)器：利用多堿NaKaSbCs（納鉀銻銫）光電陰極作為光電轉(zhuǎn)換原件，在光電陰極、MCP和熒光屏之間分別加有一定的高壓電場(chǎng)，多堿陰極輸出的光電子輸入給微通道板MCP，微通道板具有二次電子特性，可以對(duì)輸入的一次電子進(jìn)行多次倍增，產(chǎn)生電子雪崩效應(yīng)，這樣在MCP輸出端產(chǎn)生更多的電子，這些電子最終轟擊到熒光屏上產(chǎn)生圖像。超二代特點(diǎn)：超二代管是在二代管的基礎(chǔ)上，通過提高光陰極的林敏度（靈敏度由300-40

36、0UA/LM提高到600Ua/lm）,減小微通道板噪聲因數(shù)，提高輸出信噪比（改進(jìn)微通道板的性能）和改善整管的MTF，使鑒別率和輸出信噪比接近三代管的水平。三代像增強(qiáng)器：利用具有負(fù)電子親和勢(shì)特性的砷化鎵GaAs光電陰極作為光電轉(zhuǎn)換原件，在光電陰極、MCP和熒光屏之間分別加有一定的高壓電場(chǎng)，工作原理和超二代的類似，只是微通道板工作狀態(tài)下產(chǎn)生的正離子反饋，在三代像增強(qiáng)器中造成的嚴(yán)重后果，就是造成砷化鎵光陰極靈敏度迅速衰減。三代像增強(qiáng)器為此在微通道板的輸入面上增加一層一定厚度的多孔狀氧化鋁或氧化硅的離子阻擋膜以徹底阻絕電離氣體分子的離子反饋，來保證砷化鎵光陰極足夠的工作壽命并使成像質(zhì)量得到改善。三代特

37、點(diǎn)：三代管內(nèi)的真空度比二代管內(nèi)的真空度高，達(dá)10-9Pa這就要求三代管管殼零件的放氣速率很低，因此對(duì)零件表面要求很高；在光電陰極和MCP間嫁了一個(gè)離子反饋膜用來阻擋MCP中電離氣體的離子反饋，保證光電陰極足夠的工作壽命并使成像質(zhì)量得到改善，可同時(shí)起到光譜變換和圖像增強(qiáng)的作用，量子效率高、光譜響應(yīng)寬、使用壽命長。第一章 真空技術(shù)基礎(chǔ)真空：指低于一個(gè)大氣壓的氣體狀態(tài)。 托(Torr) =1/760atm = 133.322Pa對(duì)真空的劃分：1、粗真空： 105102Pa 特性和大氣差異不大，目的為獲得壓力差，不要求改變空間性質(zhì)，真空浸漬工藝2、低真空： 10210-1Pa 10161013個(gè)/cm

38、3 動(dòng)力學(xué)性質(zhì)明顯，粘滯流狀態(tài)分子流狀態(tài)，對(duì)流消失，氣體導(dǎo)電，真空熱處理， 真空冷凍脫水3、高真空： 10-110-6Pa 10131010個(gè)/cm3 氣體分子自由程大于容器線度，直線飛行，熱傳導(dǎo)和內(nèi)摩擦性質(zhì)與壓強(qiáng)無關(guān)，蒸鍍4、超高真空： 10-6Pa 分子間碰撞極少，主要用途：得到純凈的氣體，獲得純凈的固體表面 真空的獲得：真空系統(tǒng)包括真空室、真空泵、真空計(jì)以及必要的管道、閥門和其他附屬設(shè)備。真空的測(cè)量熱偶真空計(jì)：是利用低氣壓強(qiáng)下氣體的熱傳導(dǎo)與壓強(qiáng)有關(guān)的原理制成的真空計(jì)。散熱與氣體壓強(qiáng)相關(guān)加熱絲的溫度與氣體壓強(qiáng)相關(guān) 用熱偶測(cè)量加熱絲的溫度壓強(qiáng) 20 10-3Torr熱阻真空計(jì)：散熱與氣體壓強(qiáng)

39、相關(guān) 加熱絲的溫度與氣體壓強(qiáng)相關(guān)加熱絲的電阻與溫度相關(guān) 用平衡電橋測(cè)量加熱絲的電阻壓強(qiáng)電離真空計(jì)：是利用氣體分子電離的原理來測(cè)量真空度。 電離真空計(jì)用于高真空的測(cè)量 熱絲發(fā)射熱電子 熱電子加速并電離氣體，離子被離子收集極收集形成電流 電流與壓強(qiáng)成正比 1 x 10-9 Torr to 10-11 Torr 第二章 真空蒸發(fā)鍍膜法真空蒸發(fā)鍍膜法(簡稱真空蒸鍍)是在真空室中，加熱蒸發(fā)容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子從表面氣化逸出，形成蒸氣流，入射到基片表面，凝結(jié)形成固態(tài)薄膜的方法?；具^程：（1）加熱蒸發(fā)過程，凝聚相氣相 該階段的主要作用因素：飽和蒸氣壓（2）輸運(yùn)過程，氣化原子或分子在蒸發(fā)

40、源與基片之間的輸運(yùn) 該階段的主要作用因素：分子的平均自由程（工作氣壓），源基距（3）基片表面的淀積過程，氣相固相 凝聚成核核生長連續(xù)薄膜飽和蒸氣壓：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)出的壓力稱為該物質(zhì)的飽和蒸氣壓。物質(zhì)的飽和蒸氣壓隨溫度的上升而增大。蒸發(fā)溫度：飽和蒸氣壓為10-2Torr時(shí)的溫度。蒸發(fā)源的加熱方式：電阻加熱法 電子束加熱法 高頻感應(yīng)加熱激光加熱 P35外延：是在適當(dāng)?shù)囊r底與合適的條件下，沿襯底材料晶軸方向生長一層結(jié)晶結(jié)構(gòu)完整的新單晶層薄膜的方法。有液相外延法、氣相外延法、分子束外延法。 分子束外延鍍膜法(MBE）：用途：主要用來制造單晶半導(dǎo)體化合物薄

41、膜原理：在超高真空條件下，將薄膜諸組分元素的分子束流，直接噴到襯底表面，從而在其上形成外延層的技術(shù)。 第三章 濺射鍍膜濺射： 是荷能粒子轟擊固體物質(zhì)表面，并在碰撞過程中發(fā)生動(dòng)能與動(dòng)量的轉(zhuǎn)移，從而將物質(zhì)表面原子或分子激發(fā)出來的過程。輝光放電：是指在低氣壓（110Pa）的稀薄氣體中，在兩個(gè)電極間加上電壓時(shí)產(chǎn)生的一種氣體放電現(xiàn)象。 磁控濺射 第四章 離子鍍膜離子鍍英文全稱為Ion Plating 簡稱IP，在真空室中使氣體或被蒸發(fā)物質(zhì)電離，在氣體離子或被蒸發(fā)物質(zhì)離子的轟擊下，同時(shí)將蒸發(fā)物或其反應(yīng)產(chǎn)物蒸鍍?cè)诨?。離子鍍?cè)黼x子鍍的作用過程如下:蒸發(fā)源接陽極，襯底接陰極，當(dāng)通以三至五千伏高壓直流電以后

42、，蒸發(fā)源與工件之間產(chǎn)生輝光放電。由于真空罩內(nèi)充有惰性氬氣，在放電電場(chǎng)作用下部分氬氣被電離，從而在陰極襯底周圍形成一等離子暗區(qū)。帶正電荷的氬離子受陰極負(fù)高壓的吸引，猛烈地轟擊襯底表面，致使襯底表層粒子和臟物被轟濺拋出，從而使襯底待鍍表面得到了充分的離子轟擊清洗。隨后，接通蒸發(fā)源交流電源，蒸發(fā)粒子熔化蒸發(fā)，進(jìn)入輝光放電區(qū)并被電離。帶正電荷的蒸發(fā)料離子，在陰極吸引下，隨同氬離子一同沖向襯底，當(dāng)拋鍍于襯底表面上的蒸發(fā)料離子超過濺失離子的數(shù)量時(shí)，則逐漸堆積形成一層牢固粘附于襯底表面的鍍層。這就是離子鍍的簡單作用過程。 化學(xué)氣相沉積（CVD）定義：把含有構(gòu)成薄膜元素的一種或幾種化合物的單質(zhì)氣體供給基片，利

43、用熱、等離子體、紫外線、激光、微波等各種能源，使氣態(tài)物質(zhì)經(jīng)化學(xué)反應(yīng)形成固態(tài)薄膜。它的反應(yīng)物是氣體，生成物之一是固體。金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積（MOCVD）定義：利用金屬有機(jī)化合物熱分解反應(yīng)進(jìn)行氣相外延生長薄膜的CVD 技術(shù)。 含有化合物半導(dǎo)體元素的原料化合物必須滿足以下條件：1、在常溫下較穩(wěn)定且容易處理。2、反應(yīng)的副產(chǎn)物不應(yīng)妨礙晶體生長，不應(yīng)污染生長層.3、為適應(yīng)氣相生長，在室溫附近應(yīng)具有適當(dāng)?shù)恼魵鈮?第六章溶膠-凝膠（Sol-Gel）技術(shù)Sol-gel工藝原理 采用金屬醇鹽或其它鹽類作為原料，通常溶解在醇、醚等有機(jī)溶劑中形成均勻溶液（solution），該溶液經(jīng)過水解和縮聚反應(yīng)形成溶膠（s

44、ol），進(jìn)一步聚合反應(yīng)實(shí)現(xiàn)溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變形成凝膠（gel），再經(jīng)過熱處理脫除溶劑和水，最后形成薄膜。Sol-gel法對(duì)原料的要求：1、 在溶劑中的溶解度高，一般不用水溶液2、有少量水參與時(shí)應(yīng)易水解。3、水解后形成的薄膜應(yīng)不溶解，生成的揮發(fā)物易從鍍件表面去除。4、 水解所生成的各種氧化物薄膜能在較低溫度下進(jìn)行充分脫水。5、薄膜與基板表面有良好的附著力。第7章 薄膜的形成凝結(jié)過程 薄膜的形成一般分為凝結(jié)過程、核形成與生長過程、島形成與結(jié)合生長過程。凝結(jié)過程是從蒸發(fā)源中被蒸發(fā)的氣相原子、離子或分子入射到基體表面之后，從氣相到吸附相，再到凝結(jié)相的一個(gè)相變過程。從蒸發(fā)源入射到基體表面的氣相原子到達(dá)基片表

45、面之后可能發(fā)生的現(xiàn)象：1、與基體表面原子進(jìn)行能量交換被吸附2、吸附后氣相原子仍有較大的解吸能，在基體表面作短暫停留后再解吸蒸發(fā)3、與基體表面不進(jìn)行能量交換，入射到基體表面上立即反射回去。 吸附過程能量曲線薄膜的形成與成長有三種形式： 島狀形式 單層成長形式 層島結(jié)合形式核的形成與生長有四個(gè)步驟：1、從蒸發(fā)源蒸發(fā)出的氣相原子入射到基體表面上，其中有一部分以能量較大而彈性反射回去，另一部分則吸附在基體表面上。2、吸附氣相原子在基體表面上擴(kuò)散遷移，化學(xué)碰撞結(jié)合成原子對(duì)或小原子團(tuán)并凝結(jié)在基體表面上。3、這種原子團(tuán)和其他吸附原子碰撞結(jié)合，或著釋放一個(gè)單原子。4、穩(wěn)定核再捕獲其它吸附原子，或者與入射氣相原

46、子相結(jié)合使它進(jìn)一步長大成為小島。薄膜形成過程的計(jì)算機(jī)模擬： 蒙特卡羅方法又稱隨機(jī)模擬法或統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)法；分子動(dòng)力學(xué)方法是一種古老的方法。在這種方法中對(duì)系統(tǒng)的典型樣本的演化都是以時(shí)間和距離的微觀尺度進(jìn)行。 薄膜物理基礎(chǔ)知識(shí)大全第一章： 最可幾速度：平均速度：均方根速度：平均自由程：每個(gè)分子在連續(xù)兩次碰撞之間的路程稱為自由程；其統(tǒng)計(jì)平均值成為平均自由程。常用壓強(qiáng)單位的換算 1Torr=133.322 Pa 1 Pa=7.510-3 Torr 1 mba=100Pa 1atm=1.013*100000Pa真空區(qū)域的劃分、真空計(jì)、各種真空泵粗真空 1105 to 1102 Pa 低真空 1102 to 1

47、10-1 Pa 高真空 110-1 to 110-6 Pa 超高真空 110-6 Pa旋轉(zhuǎn)式機(jī)械真空泵 油擴(kuò)散泵 復(fù)合分子泵 屬于氣體傳輸泵，即通過氣體吸入并排出真空泵從而達(dá)到排氣的目的 分子篩吸附泵 鈦升華泵 濺射離子泵 低溫泵屬于氣體捕獲泵，即通過各種吸氣材料特有的吸氣作用將被抽氣體吸除，以達(dá)到所需真空。不需要油作為介質(zhì)，又稱為無油泵絕對(duì)真空計(jì)： U型壓力計(jì)、壓縮式真空計(jì)相對(duì)真空計(jì)： 放電真空計(jì)、熱傳導(dǎo)真空計(jì)、電離真空計(jì)機(jī)械泵、擴(kuò)散泵、分子泵的工作原理，真空計(jì)的工作原理第二章：1. 什么是飽和蒸氣壓、蒸發(fā)溫度？ 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)出來的壓力 規(guī)

48、定物質(zhì)在飽和蒸氣壓為10-2Torr時(shí)的溫度2. 克-克方程及其意義？ 3. 蒸發(fā)速率、溫度變化對(duì)其影響？根據(jù)氣體分子運(yùn)動(dòng)論，在氣體壓力為P時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積器壁上的分子數(shù)量，即碰撞分子流量（通量或蒸發(fā)速率）J：蒸發(fā)源溫度微小變化就可以引起蒸發(fā)速率的很大變化4. 平均自由程與碰撞幾率的概念。 蒸發(fā)分子在兩次碰撞之間所飛行的平均距離 熱平衡條件下，單位時(shí)間通過單位面積的氣體分子數(shù)為5. 點(diǎn)蒸發(fā)源和小平面蒸發(fā)源特性？能夠從各個(gè)方向蒸發(fā)等量材料的微小球狀蒸發(fā)源稱為點(diǎn)蒸發(fā)源（點(diǎn)源）。這種蒸發(fā)源的發(fā)射特性具有方向性，使得在 alpha 角方向蒸發(fā)的材料質(zhì)量和 cos(alpha) 成正比。6.

49、拉烏爾定律？如何控制合金薄膜的組分？ 在定溫下，在稀溶液中，溶劑的蒸氣壓等于純?nèi)軇┱魵鈮?乘以溶液中溶劑的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù) 在真空蒸發(fā)法制作合金薄膜時(shí)，為保證薄膜組成，經(jīng)常采用瞬時(shí)蒸發(fā)法、雙蒸發(fā)源法等。7. MBE的特點(diǎn)？(分子束外延) 外延: 在一定的單晶材料襯底上，沿襯底某個(gè)指數(shù)晶面向外延伸生長一層單晶薄膜。1) MBE可以嚴(yán)格控制薄膜生長過程和生長速率。MBE雖然也是以氣體分子論為基礎(chǔ)的蒸發(fā)過程，但它并不以蒸發(fā)溫度為控制參數(shù)，而是以四極質(zhì)譜、原子吸收光譜等近代分析儀器，精密控制分子束的種類和強(qiáng)度。2) MBE是一個(gè)超高真空的物理淀積過程，即不需要中間化學(xué)反應(yīng)，又不受質(zhì)量輸運(yùn)的影響，利用快門可

50、對(duì)生長和中斷進(jìn)行瞬時(shí)控制。薄膜組成和摻雜濃度可以隨源的變化作迅速調(diào)整。3) MBE的襯底溫度低，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(duì)外延層自摻雜擴(kuò)散的影響。4) MBE是一個(gè)動(dòng)力學(xué)過程，即將入射的中性粒子（原子或分子）一個(gè)一個(gè)地堆積在襯底上進(jìn)行生長，而不是一個(gè)熱力學(xué)過程，所以它可以生長普通熱平衡生長難以生長的薄膜。5) MBE生長速率低，相當(dāng)于每秒生長一個(gè)單原子層，有利于精確控制薄膜厚度、結(jié)構(gòu)和成分，形成陡峭的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。特別適合生長超晶格材料。6) MBE在超高真空下進(jìn)行，可以利用多種表面分析儀器實(shí)時(shí)進(jìn)行成分、結(jié)構(gòu)及生長過程分析，進(jìn)行科學(xué)研究。8. 膜厚的定義？監(jiān)控方法？ 厚度：

51、是指兩個(gè)完全平整的平行平面之間的距離。理想薄膜厚度：基片表面到薄膜表面之間的距離。 監(jiān)控方式見書上詳解P50第二章：1. 濺射鍍膜與真空鍍膜相比，有何特點(diǎn)？1) 任何物質(zhì)都可以濺射，尤其是高熔點(diǎn)金屬、低蒸氣壓元素和化合物；2) 濺射薄膜與襯底的附著性好；3) 濺射鍍膜的密度高、針孔少，膜層純度高；4) 膜層厚度可控性和重復(fù)性好。5) 濺射設(shè)備復(fù)雜，需要高壓裝置；6) 成膜速率較低（0.01-0.5mm）。2. 正常輝光放電和異常輝光放電的特征？ 在正常輝光放電區(qū)，陰極有效放電面積隨電流增加而增大，從而使有效區(qū)內(nèi)電流密度保持恒定。 當(dāng)整個(gè)陰極均成為有效放電區(qū)域后，只有增加陰極電流密度，才能增大電

52、流，形成均勻而穩(wěn)定的“異常輝光放電”，并均勻覆蓋基片，這個(gè)放電區(qū)就是濺射區(qū)域。3. 射頻輝光放電的特點(diǎn)？i. 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)生碰撞電離；ii. 由于減少了放電對(duì)二次電子的依賴，降低了擊穿電壓；iii. 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(jì)算5. 濺射機(jī)理 濺射現(xiàn)象是被電離氣體的離子在電場(chǎng)中加速并轟擊靶面，而將能量傳遞給碰撞處的原子

53、，導(dǎo)致很小的局部區(qū)域產(chǎn)生高溫，使靶材融化，發(fā)生熱蒸發(fā)。 濺射完全是一個(gè)動(dòng)量轉(zhuǎn)移過程 該理論認(rèn)為，低能離子碰撞靶時(shí)，不能直接從表面濺射出原子，而是把動(dòng)量傳遞給被碰撞的原子，引起原子的級(jí)聯(lián)碰撞。這種碰撞沿晶體點(diǎn)陣的各個(gè)方向進(jìn)行。 碰撞因在最緊密排列的方向上最有效，結(jié)果晶體表面的原子從近鄰原子得到越來越多的能量。 當(dāng)原子的能量大于結(jié)合能時(shí)，就從表面濺射出來 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、離子束濺射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理二極直流濺射：是依賴離子轟擊陰極所發(fā)射的次級(jí)電子來維持輝光放電 靶與基板的距離以大于陰極暗區(qū)的3-4倍為宜。 直流二極濺射 射頻二極濺射偏壓濺射：結(jié)構(gòu)、基

54、片施加負(fù)偏壓。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(duì)于該等離子體為負(fù)電位、為使放電穩(wěn)定，增加第四個(gè)電極穩(wěn)定化電極射頻濺射：等離子體中的電子容易在射頻場(chǎng)中吸收能量并在電場(chǎng)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：使用了磁控靶在陰極靶的表面上形成一個(gè)正交的電磁場(chǎng)。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(chǎng)和磁場(chǎng)的作用下作擺線運(yùn)動(dòng)。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。離子束濺射系統(tǒng)：離子束由惰性氣體或反應(yīng)氣體的離子組成，離子能量高，它們打到由薄膜材料構(gòu)成的靶上，引起靶原子濺射，并在襯底上形成薄膜。第四章：1. 離子鍍膜系統(tǒng)工作的必要條件？1) 造成一個(gè)氣體放電的空間；2) 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。2. 離子鍍膜的原理及薄膜形成條件？ 淀積過程為淀積原子在基片表面的淀積速率；為薄膜質(zhì)量密度；M為淀積物質(zhì)的摩爾質(zhì)量；NA阿佛加德羅常數(shù)。濺射過程：j是入射離子形成的電流密度3. 離子鍍膜技術(shù)的分類？ 按