化学气相沉积原理与设备复习题

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1、1.名词解释（5 小题，每题 4 分，共 20 分）1) Chemical Vapor Deposition（CVD）：）：是指在一定的温度下，利用气态（或将液态或固态的物质转化为气态）的物质，在固体表面上进行化学反应，并生成固态沉积物的一种工艺方法2)温度温度用来表示物体冷热程度物理量，它反应了物体内部大量粒子热运动的剧烈程度和粒子热运动平均动能的大小。温度高的物体内部粒子热运动烈，粒子热运动平均动能大，反之依然。3)热量热量物体吸收或放出热能的多少。热量总是从高温物体自发的传向低温物体，就像水从高处低处；电流从高电位低电位。4) 导热（热传导）导热（热传导）指温度不同的物体各部分或温度不同

2、的两物体间直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象。5)热对流热对流流体中（气体或液体）温度不同的各部分之间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象。6)热辐射热辐射(Thermal radiation)由热运动产生的，以电磁波形式传递能量的现象。7)黑体：黑体：能吸收投入到其表面上的所有热辐射的物体，包括所有方向和所有波长，因此，相同温度下，黑体的吸收能力最强。 8)等温面：等温面：同一时刻、温度场中所有温度相同的点连接起来所构成的面。9)热流密度热流密度单位时间、单位面积上所传递的热量，它具有明确的方向性，其方向与温度相反；10) 流体压缩性

3、：流体压缩性：在温度不变的情况下，流体的压强增大，体积减小，密度增大的性质。11) 流体膨胀系数：流体膨胀系数：表示流体膨胀性的一个指标。它是指温度每增加 1K，流体的体积或密度的相对变化率12) 流量：流量：单位时间内通过过流端面的流体的体积或质量。13) 过流断面过流断面:流体运动时,与流体的运动方向垂直的流体横断面，过流端面可能是平面,也可能是曲面。14) 质量传递质量传递 物质从高浓度区向低浓度区转移的过程称为质量传递（传输）过程。 或系统内部的物质在浓度梯度、化学位梯度和应力梯度的推动力下，由于质点的热运动而导致定向迁移，从宏观上表现为物质的定向输送，此过程叫做质量传输或扩散。15)

4、 测量原理测量原理是指实现测量所依据的物理现象和物理定律的总称。如热电欧测温时依据的是热电效应，弹性模量测量时所依据的虎克定律。16) 准确度准确度是表示测量结果中系统误差大小的程度，即测量仪器的指示值接近测量真值的能力。系统误差小，意味着准确度高，17) 精确度（精度）精确度（精度）是准确度和精密度(或重复性)的综合反映。它综合表示测量结果和实际值的偏差程度。18) 测量仪表死区：测量仪表死区：测量仪表输入量的变化不致引起输出量的可觉察的变化的有效区间。死区常用输入量程的百分率表示。19) C/C 复合材料：复合材料： C/C 复合材料是由碳纤维及其制品(碳毡或碳布)增强的碳基复合材料。2.

5、填空题（每空 1 分，共 20 分）1)从温度来分沉积化学可分为从温度来分沉积化学可分为:（1）低温沉积（LTCVD,200，如高频等离子或微波等离子 CVD） ；（2）中温沉积（MTCVD, 500800，如硬质合金刀具沉积耐磨涂层） ；（3）高温沉积（HTCVD, 9001200,如陶瓷和复合材料涂层）；（4）超高温沉积（1200,如 SiC 陶瓷或热解石墨等） 。 2)CVDCVD 的基本原理的基本原理CVDCVD 的热力学原理的热力学原理； CVD 的动力学原理； CVD 的热量传输原理； CVD 的流量传输原理； CVD 的质量传输原理3)热力学第一定律的本质热力学第一定律的本质就是

6、能量守恒原理。也就说能量可以在一物体与其他物体之间传递，可以从一种形式转化成另一种形式，但是不能无中生有，也不能自行消失。4)热力学第二定律指出热力学第二定律指出：凡是自发的过程都是不可逆的，而一切不可逆过程都可以归结为热转换为功的不可逆性。热力学第二定律本质就是熵增加原理。5)理想气体的内能，焓理想气体的内能，焓也只是（温度）的函数，也就是说，在恒温时，改变体积或压力，理想气体的内能和焓保持不变6)盖斯定律盖斯定律一个化学反应不管是一步完成，还是分几步完成，该反应的热效应相同。换句话说，也就是反应热效应只与起始状态和终了状态有关，而与变化途径无关7)盖斯定律的重要意义盖斯定律的重要意义，在于

7、它能使热化学方程像普通代数方程那样进行计算，从而可以根据已经准确测定的反应热来计算难于测量或不能直接测量的反应热。8)一切实际发生的过程一切实际发生的过程都是热力学的不可逆过程。9)热量传递过程的推动力热量传递过程的推动力：温差10) 热量传递的三种基本方式热量传递的三种基本方式：导热(热传导)、对流(热对流)和热辐射。11) 导热系数导热系数 是表征材料导热能力的大小是表征材料导热能力的大小，是一种物性参数，与材料种类和温度关。; 金属非金属固相液相气相12) 温度场温度场是某时刻空间所有各点温度分布的总称，它是时间和空间的函数13) 气体的导热气体的导热：由于分子的热运动和相互碰撞时发生的

8、能量传递14) 气体的温度升高时气体的温度升高时，气体分子运动速度增大，定容比热随T升高也增大，因此气体的热导率随温度升高而增大。15) 液体液体的热导率随压力p的升高而增大16) 纯金属的导热纯金属的导热：依靠自由电子的迁移和晶格的振动，但自由电子者对热导率的贡献比后者的要大，主要依靠前者；温度升高，热导率下降。17) 合金的导热合金的导热：依靠自由电子的迁移和晶格的振动；其中起着主要作用用的是后者，温度升高，热导率上升。18) 非金属的导热非金属的导热：依靠晶格的振动传递热量，因此温度升高，其热导率上升。19) 气体的粘度随温度的升高而增大气体的粘度随温度的升高而增大，液体粘度随温度的升高

9、而下降20) 导热微分方程式的理论基础导热微分方程式的理论基础：傅里叶定律 + 热力学第一定律。21) 导热过程的单值性条件包括四项导热过程的单值性条件包括四项：几何条件、物理条件、时间条件、边界条件22) 平均流速确定的原则平均流速确定的原则：平均流速通过过流端面的流量应等于实际流速通过该断面的流量。23) GaAs 薄膜一种很重要的半导体材料，制备 GaAs 半导体薄膜时，常用的原材料有三甲基镓（CH3)3Ga(g)和氢化砷 AsH3 24) C/C 复合材料的性能与热解碳的结构有很大的关系，而热解碳的结构又与产生热解碳的有机前驱体的反应机理有关。25) 甲烷的分子结构是由一个碳原子和四个

10、氢原子组成，燃烧产物主要是二氧化碳和水26) 几乎所有的有机化合物和氰化物有剧毒。因此，在使用这些化合物时，应严格遵守有关的安全防护规则进行操作。27) 氩气为惰性气体，其来源较其它的惰性气体，如氦（He） 、氖（Ne） 、氪（Kr） 、氙（Xe） 、 氡（Rn）要广泛，且价格较低，故在化学气相沉积中， 氩气是一种非常重要，应用非常广泛的气体。28) 在 CVD 工艺中，氩气有如下三个重要的作用。载气；将将 CVD 原料带入或送入反应室或原子化器；屏蔽气（保护剂）：保证反应室内元器件或制品不受外界（如空气等）的影响。稀释性气体：降低先驱体气体的浓度。29) 工业上分馏液态空气制 N2，制取高纯

11、 N2 需将 N2 通过灼热铜网以除去 O2，通过 P2O5 除去 H2O 之后，储入钢瓶，黑瓶黄字。而 O2 是蓝瓶黑字，最危险的是H2 瓶，深绿瓶红字。30) 氮气有稀释大气中氧气的作用。因为含量在 60%以上的浓氧会损伤人和动物的呼吸系统，造成“氧中毒”31) CVD 系统一般可分为封闭系统（Closed reactor system）和开放系统（Open reactor system） ，其中在科研和生产中，应用最广的是开放系统。32) 感应加热系统根据使用的电流频率，可将其分为工频，中频，高频之分。工频加热系统：电流频率 50 赫芝； 33) CVD 设备是安全生产合格 CVD 制品

12、的保证。因此 CVD 设备设计或制造的总目标是在满足各项设计要求或使用性能的提前下，应可能减少制造风险，降低制造成本，缩短制造周期和提高设备的使用性能。为了达到这个目标，在设备研制中应遵循以下几个原则：（1）继承性； （2） 可靠性； （3） 可制造性； （4） 经济性； （5） 先进性。34) 分子间引力（内聚力）和分子无规则热运动产生动量交换。Temp 分子间引力，分子动量交换，对于液体，分子间内聚力起主要作用；对于气体，分子的动量交换起主要作用35) 密封机理就是在这些潜在的接触面之间的泄露通道上，提供一个物理的堵漏体，以达到防漏效果 。36) 一般来说，泄漏有三种情形：接触面泄露、渗透

13、泄露和破坏性泄露。37) 为了防止接触面之间的泄露，可采取密封件或密封胶的密封方法，两种方法也可以结合使用。38) 为了实现对一种物理量的测量，需要涉及测量原理、测量方法和测量系统三个基本要素。39) 红外测温仪的关键部件是红外探测器，它可分为热探测器（如热敏电阻）和光子探测器(如光电导元件）两大类。40) 某个压力测量装置的测量范围为0.110MPa 则其量程为( 10.1MPa )。41) 所以选用仪表时，在满足被测量的数值范围的前提下，尽可能选择量程（小）的仪表，并使测量值在上限或量程的（三分之二）左右，避免使测量值出现在仪表下限或量程的（三分之一）以下。42) 在测量时，选择温度测量系

14、统的依据主要有（测量温度范围） ；（使用场合） ；（传输方式，如远距离传输） （等） 。43) 作为新型结构材料，CC 还具有随温度的（升高） ，强度不但不降低，反而呈现出（升高）的特性，使碳碳复合材料成为目前唯一可用于高温达 3000以上的复合材料。44) 精确度或精度是（准确度）和(精密度/重复性)的综合反映。它综合表示测量结果和实际值的偏差程度。45) 为了实现对一种物理量的测量，需要涉及（测量原理）为了实现对一种物理量的测量，需要涉及（测量原理） 、 （测量方法）和测量系（测量方法）和测量系统三个基本要素统三个基本要素3.简答题（5 小题，每题 6 分，共 30 分）1)CVD 技术的

15、作用或用途技术的作用或用途（1）制备涂(镀)层，改善和提高材料或零件的表面性能（提高或改善材料或部件的抗氧化、耐磨、耐蚀以及某些电学、光学和摩擦学性能）；开发新型结构材料 或功能材料（制备纤维增强陶瓷基复合材料、C/C 复合材料等；制备纳米材料；制备难熔材料的粉末、晶须、纤维（SiCf,Bf)；制备功能材料；）2)CVD 技术的优点有哪些？技术的优点有哪些？（1） CVD 设备简单，维护方便；（2） CVD 设备操作简单，灵活性强 （温度，炉压等） ；（3）可以制备多种金属、合金、陶瓷、化合物的涂层、复合涂层或梯度涂层 ；（4）绕镀性好，可在复杂形状的基体上以及颗粒材料上镀制；（5）CVD 工

16、艺可以制备出先进的纤维、泡沫、粉末，甚至复合材料 ；（6）因沉积温度高，沉积物与基体的结合强度高；（7）CVD 工艺制备出的涂层致密、均匀，所以可以较好的控制涂层的密度，纯度、结构和晶粒度；（8）采用等离子和激光辅助技术可以显著地促进化学反应，使沉积可在较低的温度下进行；3)CVD 技术的缺点有哪些？技术的缺点有哪些？（1）CVD 的反应气体、反应尾气都可能具有一定的腐蚀性，可燃性及毒性，反应尾气中还可能有粉末状以及碎片状的物质；（2）此外与 PVD 相比，CVD 工艺的 沉积工艺的温度较高（一般为 9001200） ；被处理的工件在如此高的温度下，会变形，会出现晶粒长大，会出现基材性能下降。4)简单分析简单分析一下下 CVD 工艺的沉积过程工艺的沉积过程（1）混合气体，主要是惰性气体（N2,Ar2） ，还原气体（如 H2）,和反应气体（如 NH3，CH4,CO2 等） ；有时在室温下也