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1、薄膜材料与薄膜技术第一章1. 真空度划分：粗真空： 105-10 2Pa 接近大气状态 热运动为主2 -1低真空： 102-10 -1Pa高真空： 10-1-10 -6Pa超高真空： ）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： 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。 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
2、。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，
3、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） 辉光放电：真空度为 10-110-2 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。 DE段：电流增大电压不变。EF段：电压增大电流增大 DE段不可控，EF段可控辉光放电
4、时明暗场分布:KRffftK嵐电他阿附2区斯顿暗区：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： 辉光放电直流溅射 三级溅射 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。 磁控溅射 离子束溅射 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，通过在靶表面引入磁场，利用磁
5、场对带电粒子的约束来提高密度以增加率。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：靶材利用率低，表面不均匀溅射、非均匀腐蚀及内应力 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：靶材非平衡使用磁线外延到靶材时，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
6、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
7、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 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。 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。 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）： 反应装置较为简单，生长温度较宽 可对化合
8、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 原料气体不会对生长膜产生刻蚀作用。 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、岛形成与结合生长过程2. 凝聚过程（前提是形成原子对） 吸附原子结合成原子对及其以后的过程。必要条
