薄膜材料与薄膜技术第一章1.真空度划分：粗真空：105-102Pa 接近大气状态 热运动为主低真空：102-10-1Pa 高真空：10-1-10-6Pa超高真空：<10-6Pa2.吸附与脱附 物理吸附与化学吸附气体吸附：固体表面捕获气体分子的现象物理吸附：没有选择性、主要靠分子之间的吸引力、容易发生脱附、一般只在低温下发生化学吸附：在较高温度下发生、不容易脱附，只有气体和固体表面原子接触生成化合物才能产生吸附作用气体脱附：是吸附的逆过程3.旋片式机械真空泵用油来保持各运动部件之间的密封，并靠机械的办法，使该密封空间的容积周期性地增大，即抽气；缩小，即排气，从而达到连续抽气和排气的目的4.分子泵牵引泵：结构简单、转速小、压缩比大（效率低）涡轮式分子泵：抽气能力高、压缩比小（效率高）5.低温泵深冷板装在第二级冷头上，温度为10-20k，板正面光滑的金属表面可以去除氮、氧等气体，反面的活性炭可以吸附氢、氦、氖等气体通过两极冷头的作用，可以达到去除各种气体的目的，从而获得超高真空状态6.真空的测量电阻真空计：压强越低，电阻越高 （p↓→R↑） 测量范围105---10-2Pa热偶真空计：压强越低，电动势越高（p↓→Ɛ↑） 测量范围102----10-1Pa电离真空计：三种（BA型、热阴极、冷阴极）A：灯丝 （发射极）F：栅极（加速极） G：收集极第二章1.薄膜制备的化学方法以发生一定化学反应为前提，由热效应引起或由离子的电致分离引起。
热激活、离子激活）2.热氧化生长在充气条件下，通过加热基片的方式可以获得大量的氧化物、氮化物和碳化物薄膜3.化学气相沉积优缺点：优点（记住四条）：①成核密度高，均匀平滑的薄膜②绕射性好，对于形状复杂的表面或工件的深孔、细孔等都能均匀覆膜③不需要昂贵的真空设备④残余应力小，附着力好，且膜致密，结晶良好⑤可在大尺寸基片或多基片上进行可一制备金属和非金属薄膜，成膜速率快，面积大缺点：①反应温度太高，而许多基材难以承受这样的高温②反应气体可能与设备发生化学反应三个过程：反应物输运、化学反应、去除附产物分类：常压式、低压式（NPCVD、LPCVD） 热壁（>500℃）、冷壁（LTCVD）发生的典型化学反应（记住四条）：分解反应、还原反应、氧化反应、氮化反应、碳化反应按照不同激活方式分类：①激光化学气相沉积（LCVD）定义：利用激光源产生出来的激光束实现化学气相沉积的一种方法（激光加热非常局域化）②光化学气相沉积（PCVD）定义：高能光子有选择性地激发表面吸附分子或气体分子而导致键断裂、产生自由化学粒子形成膜或在相邻的基片上形成化学物③等离子体增强化学气相沉积（PECVD）定义：在等离子体中电子平均能量足以使大多数气体电离或分解优点：比传统的化学气相沉积低得多的温度下获得单质或化合物薄膜材料缺点：由于等离子体轰击，使沉积膜表面产生缺陷，反应复杂，也使薄膜的质量有所下降。
应用：用于沉积各种材料，包括SiO2、Si3N4，非晶Si：H、多晶Si、SiC等介电和半导体膜分类：射频（R-PECED）、高压电源（PECVD）、微波（m-PECVD）、回旋电子加速微波 （mECR-PECVD）辨析PCVD 、LCVD 、PECVD？4.电镀定义：电流通过导电液中的流动而产生化学反应最终在阴极上（电解）沉积某一物质的过程5.化学镀定义：不加任何电场、直接通过化学反应而实现薄膜沉积的方法6.阳极沉积反应定义：不需采用外部电流源，在待镀金属盐类的溶液中，靠化学置换的方法在基体上沉积出该金属的方法依赖阳极反应）7.辨析电镀、化学镀、阳极沉积反应：①化学镀、阳极沉积反应不可单独作为镀膜技术，一般作为前驱镀处理衬底或后续镀做保护层电镀可单独作为镀膜技术②阳极沉积反应与化学镀的区别在于无需在溶液中加入化学还原剂，因为基体本身就是还原剂化学镀需添加还原剂两者都不需要外加电场8.LB技术定义：利用分子活性气体在气液界面上凝结成膜，将该膜逐次叠积在基片上形成分子层应用：应用这一技术可以生长有序单原子层、高度有序多原子层，其介电强度较高过程：第三章1.PVD与CVD相比优缺点：优点：化学气相沉积对于反应物和生成物的选择，且基片需要处在较高温度下，薄膜制备有一定的局限性。
物理气相沉积对沉积材料和基片没有限制缺点：速率慢、对真空度要求高2.PVD三个过程：从源材料发射粒子、粒子输运到基片、粒子在基片上凝结、成核、长大、成膜3.真空蒸发定义：将待成膜的物质置于真空中进行蒸发或升华，使之在工件或基片表面析出的过程优点（相对于其他物理制备）：简单便利、操作容易、成膜速度快、效率高、广泛使用缺点：薄膜与基片结合较差、工艺重复性不好六种技术：①电阻加热法定义：将支撑加热材料做成适当形状，装上蒸镀材料，让电流通过蒸发源加热蒸镀材料，使其蒸发②闪烁蒸发定义：把合金做成粉末或微细颗粒，在高温加热器或坩锅蒸发源中，使一个一个的颗粒瞬间完全蒸发③激光蒸发定义：激光作为热源使蒸镀材料蒸发④电子束蒸发定义：把被加热的物质放置在水冷坩锅中，利用电子束轰击其中很小一部分，使其熔化蒸发，而其余部分在坩锅的冷却作用下处于很低的温度⑤电弧蒸发定义：属于物理气相沉积，有等离子体产生⑥射频蒸发（f>13.6MHz）定义：通过射频线圈的适当安置，可以使待镀材料蒸发优缺点：蒸发速度快，成本高，设备复杂辨析电阻蒸发、电子束蒸发：①电子束蒸发可以直接对蒸发材料加热；可避免材料与容器的反应（避免污染）和容器材料的蒸发；可蒸发高熔点材料。
电阻蒸发难加到高温度，需要蒸发源材料低熔点和高蒸气压；加热时容器（如坩埚）易产生污染②电子束蒸发需要靶材导电，装置复杂，只适合于蒸发单质元素；残余气体分子和蒸发材料的蒸气会部分被电子束电离电阻蒸发装置相对简单4.溅射定义： 溅射是指荷能粒子(如正离子)轰击靶材，使靶材表面原子或原子团逸出的现象逸出的原子在工件表面形成与靶材表面成分相同的薄膜溅射与蒸发的异同点 同：在真空中进行 异：蒸发制膜是将材料加热汽化 溅射制膜是用离子轰击靶材，将其原子打出优点和缺点 参数控制较蒸发困难 但不存在分馏，不需加热至高温等直流辉光放电伏安特性曲线：A-B:电流小，主要是游离状态的电子，离子导电；电子－原子碰撞为弹性碰撞；B-C: 增加电压，粒子能量增加，达到电离所需能量；碰撞产生更多的带电粒子；电源的输出阻抗限制电压(类似稳压源)C-D: 起辉（雪崩）；离子轰击产生二次电子，电流迅速增大，极板间压降突然减小(极板间电阻减小从而使分压下降)；D-E: 电流与极板形状、面积、气体种类相关，与电压无关；随电流增大，离子轰击区域增大；极板间电压几乎不变；可在较低电压下维持放电；E-F: 异常辉光放电区；电流随电压增大而增大；电压与电流、气体压强相关（可控制区域，溅射区域）；F-G: 弧光放电过渡区；击穿或短路放电；比较DE、EF区（正常辉光放电和异常辉光放电）①辉光放电：真空度为10-1~10-2 Torr，两电极间加高压，产生辉光放电。
电流电压之间不是线性关系，不服从欧姆定律②DE段：电流增大电压不变EF段：电压增大电流增大③DE段不可控，EF段可控辉光放电时明暗场分布：阿斯顿暗区：慢电子区域；阴极辉光：激发态气体发光；克鲁克斯暗区：气体原子电离区，电子离子浓度高；负辉光：电离；电子－离子复合；正离子浓度高(阴极位降区) 基片所在位置法拉第暗区：慢电子区域，压降低，电子不易加速；溅射六种装置：①辉光放电直流溅射②三级溅射③射频溅射：射频溅射是利用射频放电等离子体中的正离子轰击靶材、溅射出靶材原子从而沉积在接地的基板表面的技术④磁控溅射⑤离子束溅射⑥交流溅射速度：射频>磁控>交流>三级>直流>离子束还有几种：对靶溅射 反应溅射 热溅射 校准溅射磁控溅射：磁力线延伸到衬底，对衬底进行适当溅射，通过在靶阴极表面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率优点：可在较低工作压强下得到较高的沉积率，可在较低基片温度下获得高质量薄膜缺点：①靶材利用率低，表面不均匀溅射、非均匀腐蚀及内应力 ②不适用于强磁体磁控热反应溅射：加热衬底到达衬底前靶材粒子与反应气体发生化学反应形成化合物先解释溅射，再解释磁控溅射，再解释热反应溅射）非平衡磁控溅射：①靶材非平衡使用②磁线外延到靶材时，少量外延到衬底，可以对衬底进行预清洗。
靶材中毒：判断依据：溅射速率急速下降 枪内真空度下降原因：化学反应没有发生在衬底上，发生在靶材上，使靶材钝化，产额下降辨析直流、交流、三极溅射？直流溅射：施加直流电压，使真空室内中性气体辉光放电，正离子打击靶材，使靶材表面中性原子溢出交流溅射：施加交流电压三极溅射：采用直流电源，将一个独立的电子源（热阴极）中的电子注入到放电系统中，而不是从靶阴极获得电子5.离子镀定义：真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物部分离化，产生离子轰击效应，最终将蒸发物或反应物沉积在基片上优点：结合蒸发与溅射两种薄膜沉积技术膜与基片结合好，离子镀的粒子绕射性，沉积率高，对环境无污染6.离子束沉积（IBD）在离子束溅射沉积过程中，高能离子束直接打向靶材，将后者溅射并沉积到相邻的基片上离子助沉积（IAD）7.外延生长①分子束外延(MBE)定义：在超高真空条件下精确控制原材料的中性分子束强度，并使其在加热的基片上进行外延生长的一种技术优点：超高真空、可以实现低温过程、原位监控、严格控制薄膜成分及掺杂浓度②液相外延生长(LPE)定义：从液相中生长膜，溶有待镀材料的溶剂是液相外延生长所必需的③热壁外延生长(HWE)定义：一种真空沉积技术，在这一技术中外延膜几乎在接近热平衡条件下生长，通过加热源材料与基片材料间的容器壁实现的。
④有机金属化学气相沉积(MOCVD)定义：采用加热方式将化合物分解而进行外延生长半导体化合物的方法原料含有化合物半导体组分特点：可对多种化合物半导体进行外延生长优点（相对于其他几种外延生长）：①反应装置较为简单，生长温度较宽②可对化合物的组分进行精确控制，膜的均匀性和膜的电化学性质重复性好③原料气体不会对生长膜产生刻蚀作用④只通过改变原材料即可以生长出各种成分的化合物缺点：所用的有机金属原料一般具有自燃性原料气体具有剧毒比较MBE、LPE、MOCVD温度/生长速率/膜纯度：液相外延生长（LPE）>有机金属化学气相沉积（MOPVD）>分子束外延（MBE）辨析溅射、蒸发、离子镀类型粒子荷电性能 量沉积速率绕射性基片负荷蒸发中性0.1-0.3 高差接0溅射中性3 -10低差接正离子镀带正电10-100 高好接负第四章1.薄膜形成：凝结过程、核形成与生长过程、岛形成与结合。