薄膜物理与技术要点总结

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1、薄膜物理与技术要点总结薄膜物理与技术要点总结第一章 最可几速率：根据麦克斯韦速率分布规律，可以从理论上推得分 子速率在m v处有极大值，m v称为最可几速率M RT M RT m kT41.122二二,Vm 速度分布平均速度:M RT m RT m kT 59.188二二 nn,分子运动平均距离均方根速度:M RT M RT m kT 73.133 = = 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） 利用气体分子电离；（电离真空计） 真空泵：机械泵、扩散泵、分子泵、罗茨泵 机械泵：利用机械力压缩和排除气体 扩散泵：利用被抽

2、气体向蒸气流扩散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。 第二章1. 什么是饱和蒸气压？蒸发温度？ 饱和蒸气压：在一定温度下，真空室内蒸发物质的蒸气与固体或液体平衡过程中所表现出的压力蒸发温度：物质在饱和蒸气压为10-2托时的温度。2. 克-克方程及其意义？克-克方程）（Vs Vg T H dT dP -二vv,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.3. 蒸发速率、温度变化对其的影响？ 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。4. 平均自由程与碰

3、撞几率的概念？气体分子处于不规则的热运动状态，每个气体分子在连续两次碰 撞之间的路程称为“自由程”，其统计平均值称为“平均自由程”。蒸发材料分子能与真空室中残余气体分子相互碰撞的数目占总的 蒸发材料分子的百分数5. 点蒸发和小平面蒸发源特性？点蒸发源：能够从各个方向蒸发等量材料 小平面蒸发源：发射具有方向性，使在e角方向蒸发的材料质量和cos e成正比。6. 拉乌尔定律？如何控制合金薄膜的组分？ 拉乌尔定律：在定温下，在稀溶液中，溶剂的蒸气压等于纯溶剂蒸气压乘以溶液中溶剂的物质的量分数。为保证薄膜组成，经常采用 瞬时蒸发法、双蒸发源法（将要形成合金的每一成分，分别装入各自 的蒸发源中，然后独立

4、地控制其蒸发速率，使达到基板的各种原子符 合组成要求。）7. MBE的特点？（1）是以系统中的四级质谱仪、原子吸收光谱等仪器，精密的监 测分子束的强度和种类，从而严格控制生长过程和生长速率。（2）膜的组分和掺杂浓度可随源的变化迅速做出调整。（3）衬底温度低，降低了界面上热膨胀引起的晶格失配效应和衬 底杂质对外延层的自掺杂扩散影响。（4）是一个动力学过程，它可以生长按照普通热平衡生长方法难 以生长的薄膜。（5）生长速率低，有利于实现精确控制厚度、结构与成分和形成 陡峭异质结（6）可用多种分析仪器实时观察生长面上的成分、结构和生长过 程，有利于科学研究8. 膜厚的定义？监控方法？膜厚的定义，应该根

5、据测量的方法和目的来决定。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（光吸收法光干涉法等厚干涉条纹法）触 针法（差动变压器法阻抗放大法压电元件法第三章1. 溅射镀膜和真空镀膜的特点？1. 任何物质都可以溅射，尤其是高熔点、低蒸气压元素化合物2. 溅射膜和基板的附着性好3. 溅射镀膜密度高，针孔少，且膜层的纯度较高4. 膜度可控性和重复性好2. 正常辉光放电和异常辉光放电的特征？ 正常辉光放电：在一定电流密度范围内，放电电压维持不变。 异常辉光放电：电流增大时，放电电极间电压升高，且阴极电压 降与电流密度和气体压强有关。3. 射频辉光放电的特点？1. 在辉

6、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；2. 由于减少了放电对二次电子的依赖，降低了击穿电压；3. 射频电压可以通过各种阻抗偶合，所以电极可以是非金属材料4. 溅射的概念及溅射参数？ 溅射是指荷能粒子轰击固体表面（靶），使固体原子或者分子从 表面射出的现象。1. 溅射阈值2. 溅射率及其影响因素3. 溅射粒子的速度和能量分布4. 溅射原子的角度分布5. 溅射率的计算5. 溅射机理？1. 溅射率随入射离子能量增大而增大，在离子能量达到一定程度 后，由于离子注入效应，溅射率减小；2. 溅射率的大小与入射离子的质量有关；3. 当入射离子能量小于溅射阈值时，不会发生溅射；4. 溅射

7、原子的能量比蒸发原子大许多倍；5. 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；6. 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、离子束溅射结构及原理？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 :热阴极发 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 发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:

8、基片施加负偏压,在淀积过程中，基片表面将受到气体粒 子的稳定轰击，随时消除可能进入薄膜表面的气体，有利于提高薄膜 纯度，并且也可除掉粘除力弱的淀积粒子，对基片进行清洗，表面净化，还可改变淀积薄膜的结构。射频溅射: 可以用射频辉光放电解释。等离子体中的电子容易在射 频场中吸收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,施加磁场来改变电子的运动方向，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。在阴极靶的表面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

9、， 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表面与工 作气体分子发生碰撞，传递能量，并成为低能电子。离子束溅射:离子源、屏蔽罩。由大口径离子束发生源引出惰性气 体，使其照射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。第四章1. 离子镀膜的优缺点？优点：（1）膜层的附着性好。利用辉光放电产生的大量高能粒子 对基片进行清洗，在膜基界面形成过渡层或膜材与基材的成分混合层， 有效的改善膜层的附着性能（2）膜层的密度高（通常和大块材料密度 相同）。（3）绕射性能好。（4）可镀材质范围广泛（5）有利于化合 物膜层的形成（6）淀积速率高，成膜速率快，可镀较厚的膜。缺点：（1）膜层

10、的缺陷密度高（2）高能粒子轰击基片温度高， 需要进行冷却。2. 离子镀膜系统工作的必要条件？ 必要条件：造成一个气体放电的空间；将镀料原子（金属原子或非 金属原子）引进放电空间，使其部分离化。成膜条件： 3.离子镀膜技术的分类？ 直流二极型离子镀、三极和多阴极型离子镀、活性反应离子镀膜、 射频离子镀膜技术、4. 直流二极溅射、三极和多阴极离子镀、活性反应离子镀、射频 离子镀的原理和特点？ 直流二极型离子镀是利用二极间的辉光放电产 生离子、并由基板所加的负电压对其加速。 特点：轰击离子能量大， 引起基片温度升高，薄膜表面粗糙，质量差；工艺参数难于控制。设 备简单，技术容易实现，用普通真空镀膜机就

11、可以改装，因此也具有 一定实用价值。附着力好。三极和多阴极型离子镀 特点：可实现低气压下的离子镀膜，镀膜质量好，光泽致密；多 阴极方式中，阴极电压在200V就能在10-3 Torr左右开始放电；改变 辅助阴极（多阴极）的灯丝电流来控制放电状态；灯丝处于基板四周，扩 大了阴极区、改善了绕射性，减少了高能离子对工件的轰击作用. 活性 反应离子镀：并用各种不同的放电方式使金属蒸气和反应气体的分子、 原子激活、离化、使其活化，促进其间的化学反应，在基片表面就可 以获得化合物薄膜特点：增加了反应物的活性，在温度较低的情况下就能获得附着 性能良好的碳化物、氮化物薄膜；可以在任何材料上制备薄膜，并可 获得多

12、种化合物薄膜；淀积速率高；调节或改变蒸发速率及反应气体 压力可以十分方便地制取不同配比、不同结构、不同性质的同类化合 物；由于采用了大功率、高功率密度的电子束蒸发源，几乎可以蒸镀 所有金属和化合物；清洁，无公害。射频离子镀：通过分别调节蒸发源功率、线圈的激励功率、基板 偏压等，可以对上述三个区域进行独立的控制，由此可以在一定程度 上改善膜层的物性。特点：蒸发、离化、加速三种过程可分别独立控制，离化率靠射 频激励，基板周围不产生阴极暗区；较低工作压力下也能稳定放电， 而且离化率较高，薄膜质量好；容易进行反应离子镀；基板温升低而 且较容易控制；工作真空度较高，故镀膜的绕射性差，射频对人体有 害；j

13、n n可以制备敏感、耐热、耐磨、抗蚀和装饰薄膜。第五章1. CVD热力学分析的主要目的？CVD 热力学分析的主要目的是预测某些特定条件下某些 CVD 反 应的可行性（化学反应的方向和限度）。在温度、压强和反应物浓度 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所有气体 的分压，但是不能给出沉积速率。热力学分析可作为确定CVD工艺参 数的参考2. CVD过程自由能与反应平衡常数的过程判据？与反应系统的化学平衡常数有关。3.CVD热力学基本内容？反应 速率及其影响因素？按热力学原理，化学反应的自由能变化 可以用反应物和生成物的 标准自由能来计算，即较低衬底温度下，T随温度按指数规律变化。较

14、高衬 底温度下，反应物及副产物的扩散速率为决定反应速率的主要因素。4.热分解反应、化学合成反应及化学输运反应及其特点？热分解反应：在简单的单温区炉中，在真空或惰性气体保护下加 热基体至所需温度后，导入反应物气体使之发生热分解，最后在基体 上沉积出固体图层。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，注意在该温度下的分解产物中固相仅为所需 沉积物质。化学合成反应：化学合成反应是指两种或两种以上的气态反应物 在热基片上发生的相互反应。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。容易进行掺杂。 化学输运反应：将薄膜物质作为源物质 （无挥发性

15、物质），借助适当的气体介质与之反应而形成气态化合物， 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， 在基片上再通过逆反应使源物质重新分解出来，这种反应过程称为化 学输运反应。特点：不能太大；平衡常数KP接近于1。5. CVD 的必要条件？1. 在沉积温度下，反应物具有足够的蒸气压，并能以适当的速度 被引入反应室；2. 反应产物除了形成固态薄膜物质外，都必须是挥发性的；3. 沉积薄膜和基体材料必须具有足够低的蒸气压，6. 什么是冷壁CVD ?什么是热壁CVD ?特点是什么？冷壁CVD :器壁和原料区都不加热，仅基片被加热，沉积区一般采用感应加热或光辐射加热。缺点是有较大温差，温度均匀性问题需 特别设计来克服。适合反应物在室温下是气体或具有较高蒸气压的液 体。热壁CVD :器壁和原料区都是加热的，反应器壁加热是为了防止 反应物冷凝。管壁有反应物沉积，易剥落造成污染。7. 什么是开管CVD ?什么是闭管CVD ?特点是什么？开口 CVD 的特点：能连续地供气和排气； 反应总处于非平衡状 态；在大多数情况下，开口体系是在一个大气压或稍高于一个大气压 下进行的；开口体系的沉积工艺容易控制，工艺重现性好，工件容易 取放，同一装置可反复多次使用；有立式和卧式两种形式。闭管法的优点：污染的机会少，不必连续抽气保持反应器内的真 空，可以沉积蒸气压高的物质。缺点：材料生