薄膜制备工艺期末复习
Thin Film Review
我们不敢保证每道题都考，但是标注“★”的我们觉得必考。
一、名词解释
1、薄膜：由单个的原子、离子、原子团无规则地入射到基板表面，经表面附着、迁徙、凝结、成核、
核生长等过程而形成的一薄层固态物质。
2、气体分子的平均自由程：气体分子在两次碰撞的间隔时间里走过的平均距离。
3、气体分子的最可几速度：平均运动速度f(v)最大时的速度
4、饱和蒸气压：一定温度下，蒸发气体与凝聚相平衡过程中所呈现的压力。（汽、固或汽、液两相
平衡时）
5、真空蒸发：在真空环境下，给待蒸发物质提供足够的热量以获得蒸发所必需的蒸气压。在适当的
温度下，蒸发粒子在基片上凝结，即可实现真空蒸发沉积。
6、PLD：pulsed laser deposition激光蒸发装置
7、溅射：是一个离子轰击物质表面，并在碰撞过程中发生能量与动量的转移，从而最终将物质表面
原子激发出来的复杂过程。
8、离子镀：使用电子束蒸发法提供沉积的源物质，同时以衬底作为阴极、真空室作为阳极组成一个
类似二级溅射（直流或射频）装置，在沉积前和沉积中采用高能量的离子流对衬底和薄膜进行溅射处理。
9、离子束辅助沉积：使用单独离子源轰击衬底表面。
10、分子束外延：在超高真空下（～10-9－10-11Torr），将薄膜诸组分元素的分子束流，直接喷到
衬底表面，从而在其上形成外延薄膜。
11、PECVD：（plasma enhanced chemical vapor deposition）等离子体辅助化学气相沉积：在低压
化学气相沉积过程进行的同时，利用辉光放电等离子体对沉积过程施加影响的技术。
12、ALD：（Atomic Layer Deposition）定义：原子层沉积是在一个加热反应的衬底上连续引入至少
两种气相前驱体源，化学吸附至表面饱和时自动终止。
13、溶胶-凝胶(Sol-Gel)法：溶胶-凝胶是一种液相化学合成方法，是指用金属的有机或无机化合物，
经过溶液、溶胶、凝胶过程，接着在溶胶或凝胶状态下成型，再经干燥和热处理等工艺流程制成不同形态的产物（包括粉体、纤维、薄膜、陶瓷）。
14、外延生长：在完整的单晶衬底上延续生长单晶薄膜；
15、薄膜的生长模式：岛状生长模式、层状生长模式、层状—岛状生长模式。
16、自发形核：整个形核过程完全是在相变自由能的推动下进行的。
17、形核率：单位面积上，单位时间内形成的临界核心的数目。
18、布拉格公式：2dsinθ=nλ（式中：d —相应晶面的面间距；λ —入射的X射线的波长θ —
X射线与相应晶面的夹角。）
19、真空（Vacuum）：在给定的空间内压力低于一个大气压的稀薄气体状态。
二、选择
1)物理气相沉积不具有的特点是。
(a) 需要使用固态或熔融态的物质作为沉积过程的源物质；
(b) 源物质经过物理过程进入气相；
(c) 需要相对较高的气体压力环境；
(d) 在气相中及衬底表面并不发生化学反应。
2)对元素蒸发速率影响最大的因素是。
(a)环境气体压力；(b)元素的平衡蒸气压；(c) 蒸发源所处温度；(d) 被蒸发物质的相对原子质量。
3)真空蒸发薄膜沉积的加热原理不包含。
(a) 电阻加热蒸发；(b) 电子束蒸发；(c) 等离子体溅射； (d) 激光蒸发。
4)面蒸发源与点蒸发源在源正上方的衬底处沉积物质质量密度之比为。
(a)1/4；(b) 1/2；(c) 4； (d) 1。
5）溅射法利用的是气体阶段。
(a) 汤生放电；(b) 正常辉光放电；(c) 异常辉光放电；(d) 弧光放电。
6)溅射原子的能量可为。
(a)20eV；(b) 2eV；(c) 0.2eV；(d) 0.02eV
三、填空
1)在离子镀膜成膜过程中，同时存在沉积和溅射作用，只有当前者超过后者时，才能发生薄膜的沉积。
2)利用气态先驱反应物，通过原子、分子间化学反应的途径生成固态薄膜的技术。
3)薄膜的化学气相沉积具有相对较高的压力环境。
4)气相运输，当物质升华温度不高时，利用升华和冷凝的可逆过程实现气相沉积。
5)1Torr=133.322Pa。1bar=7.501×102Torr。高真空一般指气压低于1×10-1～1×10-6Pa的真空环境。
6)10-5Pa 下，气体分子密度约为2.687×1025个/cm3；常温下，平均自由程为。气体分子的最
可几速度是指：f(v)最大时的速度
7)机械式气体输运泵的典型例子有：旋片式机械泵、罗茨泵、涡轮分子泵它们具有相似的工作
原理，即:采用对气体进行压缩的方式将气体分子输送至真空系统
8)在高真空镀膜机中，需要电离真空计来测量真空度。热偶真空规、电离真空规的测量范围分
别是（10^-2 到 10^2）Pa，（10^-7 到 1）Pa
9)温度越高，相对原子质量越小，分子的平均运动速度越大。
10)降低气体压力，减小碰撞几率，获得较大的平均自由程。
11)薄膜沉积速度正比于气体分子的通量
12)对元素蒸发速率影响最大的因素：蒸发源所处的温度。
13)★随着气压的变化，溅射的沉积速率出现极值，沉积速度与溅射功率(或溅射电流的平方)成正
比，与靶材和衬底之间的间距成反比。
14)★CVD 技术中，薄膜制备的两个重要参数是气相反应物的过饱和度和沉积温度。
15)完整单晶的沉积条件：气相过饱和度低和沉积温度高。
16)激光 CVD 辅助技术被广泛应用于金属和绝缘介质薄膜
17)低温、高速的沉积往往导致多晶态甚至是非晶态的薄膜组织。
18)单晶外延可被分为两类：同质外延和异质外延。
19)★X 射线衍射现象发生的条件是 2dsinθ =nλ。通过收集入射和衍射X射线的角度和强
度分布的方法，可以获得晶体点阵类型、点阵常数、晶体取向、缺陷和应力等有关材料结构的信息。
20)★常用的薄膜成分表征方法有原子内的电子激发及相应的能量过程、X射线能量色散谱（EDX、
俄歇电子能谱（AES）、X 射线光电子能谱（XPS），它们大多是基于原子在受到激发以后，内层电子排布会发生变化并发生相应的能量转换过程的原理。把 M→K 跃迁对应的X射线对应的特征X射线称为Kβ线；把M→L 跃迁对应的X射线对应的特征X射线称为Kα线。
21)★作为一种常规成分分析仪器，他被广泛安装于扫描和透射电子显微镜，作为材料结构研究中
的主要成分分析手段：X 射线能量色散谱仪又被简称能谱仪。
22)温度越高，相对原子质量越小，
23)分子的平均运动速度越大。
24)最可几速度Vp：f(v)最大时的速度
25)气体分子的无规则运动本身并不导致气体的宏观流动。只有在空间存在宏观压力差的情况下，气
体作为一个整体才会产生宏观的定向流动。
26)气体的流动状态根据气体容器的几何形状、气体的压力、温度以及气体的种类不同而存在很大差
别。
27)真空系统设计的一个基本原则：确保C大于Sp。
28)平衡(饱和)蒸气压：一定温度下，蒸发气体与凝聚相平衡过程中所呈现的压力。
29)化合物的蒸发: ①蒸气可能具有完全不同于蒸发源的化学成分;②气相分子还可能发生化合与分
解过程。
30)合金中各元素的蒸发过程可以被近似视为各元素相互独立的蒸发过程。
31)在物质蒸发的过程中，被蒸发原子的运动具有明显的方向性；影响沉积薄膜的均匀性和微观组织
结构。
32)点蒸发源（点源）：能够从各个方向蒸发等量材料的微小球状蒸发源。（距离衬底较远，尺寸较小）。
33)薄膜的沉积速率将与距离ｒ的平方成反比，并与衬底和蒸发源之间的方向夹角θ有关。
34)沉积物中杂质的含量与残余气体的压强p成正比；与薄膜的沉积速度成反比。
35)等离子体：由离子、电子以及中性原子和原子团组成，宏观上对外呈现出电中性。
36)磁场的存在将延长电子在等离子体中的运动轨迹，提高与原子碰撞和电离过程的几率，显著提高
溅射效率和沉积速率。
37)二极直流辉光放电，PECVD薄膜的沉积，一般发生在放置于电极之上的衬底上。
38)新相的成核过程可以被分为自发成核和非自发成核。
四、判断题
（）溅射镀膜中，气压越高，入射离子越多，所以沉积速率越快。
（）磁控溅射可以是直流溅射，也可以是射频溅射。
（）当入射离子能量小于一定值时（～10ev），不会发生溅射现象。
（）入射离子能量越高，溅射率就越大。
（）边界层内气体处于一种流动性较低的状态，而反应物和反应产物都需要经过扩散过程通过这一边界层，因此边界层的存在限制了薄膜的沉积速率。
（对）★某些捕获式真空泵在工作完毕以后还可能将己捕获的气体分子释放回真空系统。
（对）★蒸发法不宜被用来制备组元平衡蒸气压差别较大的合金的薄膜。
（对）★电子与其他粒子的非弹性碰撞是维持自持放电过程的主要机制。
（对）只有当入射离子能量超过一定的阈值以后，才会出现被溅射物质表面原子的溅射。
（对）随着元素外层 d 电子数增加，溅射产额提高。
（对）惰性气体作为入射离子，溅射产额较高。
（对）磁控溅射的特点：沉积速度较高、工作气体压力较低。
（对）★反应级数取决于反应的具体进程和其中的限制性环节，而与化学反应式的系数
之间没有直接的关系。
（对）在低压装置中，为了抵消工作压力降低的影响，需要提高反应气体在气体总量中
的浓度比。
（对）气体分子的平均自由程是指气体分子在两次碰撞的间隔时间里走过的平均距离。
（对）降低气体压力，减小碰撞几率，可以获得较大的平均自由程。
（对）没有绝对真空只有相对真空。（期中考试考过）
（对）对元素蒸发速率影响最大的因素是蒸发源所处的温度。
（对）离子的产生过程与等离子体的产生或气体的辉光放电过程密切相关。
（对）★工作气压对溅射速率、薄膜质量影响很大。
（对）使金属原子与活性气体分子在溅射沉积的同时生成所需的化合物叫反应溅射。
（对）★压力P降低，薄膜沉积速率提高一个数量级以上。
（对）原子层沉积是在一个加热反应的衬底上连续引入至少两种气相前驱体源，化学吸附至表面饱和时自动终止。
（对）当过饱和度为零时，ΔGv=０，这时将没有新相的核心可以形成，或者已经形成的新相核心不再长大。
五、简答题
1)★薄膜生长的方式有哪三种模式？试述每种模式的适用条件。
岛状生长模式；层状生长模式；层状-岛状生长模式。被沉积物与衬底间润湿性较差
被沉积物倾向于自己相互键合适合岛状生长，当被沉积物与沉底之间的侵润性很好被沉积物的原子更倾向于与衬底原子键合时适合层状生长。
2)★薄膜厚度的测试方法主要有哪些，其英文简称，举一例说明其测量原理。
等厚干涉法（FET），等色干涉法（FECO）等角度干涉法（VAMFO）等角反射干涉法（CARIS）椭偏仪法，表面粗糙度仪法，称重法，石英晶体振荡器法。举例：椭偏仪法（利用的是
物质界面对于不同偏振态光具有不一样的反射，折射能力的特性，通过测量出薄膜对于不同偏振
光分量的反射系数之比求出薄膜的厚度。）
3)简述新相自发成核理论的基本内容。
自发成核指的是整个成核过程中原子由气相转变为固相或液相的相变自由能推动下
形成的，也称均匀成核。在薄膜和衬底之间浸润性较差的情况下，薄膜的形核过程可
以近似的认为是一个自发形核过程。当形成一个新相核心时，△G=4/3πr3△Gv+4π
r2Y微分得临界核心半径，△G<0是新相成核的驱动力。
4)什么是薄膜的附着力，如何提高附着力？
薄膜的附着力是指薄膜对沉底的黏着能力的大小，即薄膜与衬底在化学键合力或物理咬合力作用下的强度。可以通过提高界面的粗糙程度或增加界面的过渡层，还可以通
过高能离子的轰击提高表面原子的扩散能力形成有效界面健合，形成扩散层等方法提高附着力。
5)简述薄膜的形成过程。
薄膜：在被称为衬底或基片的固体支持物表面上，通过物理过程、化学过程或电化学过程使单个原子、分子或离子逐个凝聚而成的固体物质。
主要包括三个过程：（1）产生适当的原子、分子或离子的粒子；（2）通过煤质输运到衬底上；（3）粒子直接或通过化学或电化学反应而凝聚在衬底上面形成固体沉淀物。
此过程又可以分为四个阶段：（1）核化和小岛阶段；（2）合并阶段；（3）沟道阶段；
（4）连续薄膜。
6)★薄膜形成的物理过程。
①小岛阶段——成核和核长大，透射电镜观察到大小一致(2-3nm)的核突然出现.平行
基片平面的两维大于垂直方向的第三维。说明：核生长以吸附单体在基片表面的扩散，不是由于气相原子的直接接触。
②结合阶段——两个圆形核结合时间小于0.1s,并且结合后增大了高度，减少了在基
片所占的总面积。而新出现的基片面积上会发生二次成核，复结合后的复合岛若有足够时间，可形成晶体形状，多为六角形。核结合时的传质机理是体扩散和表面扩散（以表面扩散为主）以便表面能降低。
③沟道阶段——圆形的岛在进一步结合处，才继续发生大的变形→岛被拉长，从而连
接成网状结构的薄膜，在这种结构中遍布不规则的窄长沟道，其宽度约为5-20nm，沟道内发生三次成核，其结合效应是消除表面曲率区，以使生成的总表面能为最小。
④连续薄膜——小岛结合，岛的取向会发生显著的变化，并有些再结晶的现象。沟道
内二次或三次成核并结合，以及网状结构生长→连续薄膜。
7)★真空。
?真空是指低于一个大气压的气体空间。常用“真空度”度量。真空度越高，压强越小。
?常用计量单位：Pa, Torr, mmHg, bar, atm.。关系如下：
?1mmHg=133.322Pa,
?1 Torr=atm/760=133.322Pa≈1mmHg
?1 bar=105Pa
粗真空：1×105～1×102Pa 目的获得压力差。电容器生产中的真空侵渍工艺
低真空：1×102～1×10-1Pa 真空热处理。
高真空：1×10-1～1×10-6Pa 真空蒸发。
超高真空：<1×10-6Pa 得到纯净的气体；获得纯净的固体表面。
8)外延生长（epitaxial growth）。
在单晶衬底（基片）上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的一薄层单晶层的方
法。外延生长的最终目的是：沉积一层缺陷少，且可控制厚度及掺入杂质的单晶薄膜。
9)溅射。
是一个离子轰击物质表面，并在碰撞过程中发生能量与动量的转移，从而最终将物质
表面原子激发出来的复杂过程。
10)真空蒸发系统应包括那些组成部分？反应体系的要求？
组成部分：
(1) 真空室，为蒸发过程提供必要的真空环境
(2) 蒸发源或蒸发加热器，放置蒸发材料并对其加热
(3) 基板，用于接受蒸发物质并在其表面形成固态薄膜
(4) 基板加热器及测温器等
体系要求：
(1) 在沉积温度下，反应物必须有足够高的蒸汽压，以保证能以适当的速度被引入反应室；
(2) 反应产物除了所需要的沉积物为固态薄膜之外，其他反应产物必须是挥发性的；
(3) 沉积薄膜本身必须具有足够低的蒸汽压，以保证在整个反应过程中都能保持在受热的基体
上，基体材料在沉积温度下的蒸汽压也必须足够低。
11)化学气相沉积用途和优点。
用途：
①体电子器件所需的各种薄膜、轴承和工具的耐磨涂层、发动机或核反应堆部件的高温
防护涂层等；
②高质量半导体晶体外延、各种介电薄膜、绝缘材料薄膜等，如MOS场效应管中多晶Si、
SiO2、SiNx等薄膜。
优点：
①用于各种高纯晶态、非晶态的金属、半导体、化合物薄膜的制备；
②能有效控制薄膜的化学成分，生产效率高，设备和运转成本低，与其他相关工艺相
容性较好等。
12)化学气相沉积的热力学和动力学分析。
热力学分析：预测化学气相沉积过程的方向与限度；
动力学分析：预测上述过程发生的速度以及它在有限时间内可以进行的程度。
13)化学气相沉积过程中的各个动力学环节。
14)★要想得到粗大甚至是单晶结构的薄膜的一个必要条件是什么？
需要适当地提高沉积的温度，并降低沉积的速率
15)★何谓外延生长？何谓同质外延和异质外延？请综合总结单晶薄膜的生长条件。（提示：
见课本第 198 页；并结合课件）。
外延生长：在完整的单晶衬底上延续生长单晶薄膜；
同质外延：衬底与被沉积的薄膜同属于一种材料；
异质外延：衬底材料与被沉积的薄膜属于不同的材料；
生长条件：较高的衬底温度和较低的沉积速率；薄膜与衬底的晶格匹配；衬底表面清洁、光滑、化学稳定性好。
石英晶体振荡器法的测量原理是什么？
16)★椭偏仪法测量膜厚的原理是什么？P
238
椭偏仪测量膜厚度：偏振光波通过空气时与薄膜发生相互作用,这种相互作用将改变光波的偏振态,测出这种偏振态的变化,进而进行分析拟合,得出薄膜的厚度。
石英晶体振荡器法的测量原理：石英晶体片的固有振动频率随其质量的变化而变化。17)★简述扫描电子显微镜二次电子像的成像原理与特点。
成像原理：光电倍增管接收的二次电子信号调制荧光屏扫描亮度。样品表面的起伏变化使二次电子发射的数量及角度分布变化，保持屏幕扫描与样品表面电子束扫描同步，即可使屏幕图像重现样品的表面形貌，而屏幕上图像的大小与实际扫描面积大小之比即是扫描电子显微镜的放大倍数。
特点：分辨率较高（可以达到 5nm 左右）；景深很大；需要样品具有一定的导电能力。18)★通过分析 TEM 下的电子衍射谱，可以得到哪些薄膜的结构信息？（TEM：transmission
electron microscope 透射电子显微镜）
通过衍射谱的分析可得到：
（1）晶体点阵的类型和点阵常数；
（2）晶体的相对位向；
（3）与晶粒的尺寸大小、孪晶等有关的晶体显微缺陷方面的信息。
19)清洁表面。
每一个向清洁表面运动过来的气体分子都是杂质，且每一个杂质分子都会被该表面所俘获。
20)根据蒸发源的加热原理可以分为？
电阻式蒸发；电子束蒸发；电弧蒸发；激光蒸发；空心阴极蒸发。
21)溅射靶材根据材质分为？主要溅射方法？
材质：纯金属、合金及各种化合物。
方法：(1)直流溅射；(2)射频溅射；(3)磁控溅射； (4)反应溅射；(5)离子束溅射。22)什么是靶材中毒？（期中考试考过）
随着活性气体压力的增加，靶材表面也可能形成一层相应的化合物，并导致溅射和薄膜沉积速率的降低，即靶材的中毒。
23)★分子束外延（MBE）的定义？
在超高真空下（～10-9－10-11Torr），将薄膜诸组分元素的分子束流，直接喷到衬底表面，从而在其上形成外延薄膜。
24)直流或射频二极辉光放电方法的缺点？
1. 使用电极将能量耦合到等离子体中，因此电极表面会产生较高的鞘层电位。在鞘层电
位的作用下，离子高速撞击衬底和阴极，会造成阴极的溅射和薄膜的污染。
2. 在功率较高、等离子体密度较大情况下，辉光放电会转变为弧光放电，损坏放电电极。
射频功率以及所产生的等离子体密度受到限制。
25)低温薄膜沉积的好处？
避免薄膜与衬底间发生不必要的扩散与化学反应、避免薄膜或衬底材料的结构变化与性能恶化、避免薄膜与衬底中出现较大的热应力等。
26)★VLS？
Vapor（Gas）＋Liquid→Solid Films
27)★薄膜的自发形核和非自发形核理论（热力学分析）。
自发形核：在薄膜沉积的形核阶段大幅提高气相过饱和度，以形成核心细小、致密连续薄膜。
非自发形核：接触角θ越小，即衬底与薄膜的浸润性越好，则非自发形核的能垒降低得越多，非自发形核的倾向也越大。在层状模式时，形核势垒高度等于零。
28)以溅射法制备薄膜为例，简述薄膜的四种典型组织形态各自的形成条件和结构特点。
1.形态 1 型的薄膜组织：形成条件，低温、高压；结构特点，纤维状，结构疏松，内部
存在孔洞，随着膜厚增加表面出现拱形。在温度很低、气体压力较高的情况下所形成的具有薄膜微观组织。沉积组织呈现一种数十纳米直径的细纤维状的组织形态，纤维内部缺陷密度很高或为非晶态结构；纤维间的结构疏松，存在许多纳米尺寸孔洞。随薄膜厚度的增加，细纤维状组织发展为锥状形态，其间夹杂尺寸更大的孔洞，而薄膜表面则呈现出与之相应的拱形形貌。
2.形态 T 型的薄膜组织：形成条件，低压、低温；结构特点，介于形态1和形态2之间
的过度组织，致密的纤维状，内部孔洞消失，拱形表面消失。介于形态1 和形态2 之间的过渡型组织。溅射气压降低，入射粒子的能量提高，薄膜表面原子的扩散能力增强，虽然薄膜组织仍然保持了细纤维状的特征，纤维内部缺陷密度较高，但纤维边界处的组织出现了明显的致密化倾向，纤维间的孔洞以及拱形的表面形貌特征消失。低温抑制型生长：原子的扩散能力不足，薄膜由疏松的晶粒边界包围下的相互平行生长的较为致密的纤维状组织所组成。
3.形态 2 型的薄膜组织：形成条件，Ts/Tm=0.3～0.5温度区间；结构特点，均匀的柱状
晶组织，具有晶体学平面所持有的形貌。原子表面扩散进行得较为充分时形成的薄膜组织。形成的组织为各个晶粒分别外延而形成的均匀的柱状晶组织，柱状晶的直径随沉积温度的增加而增加。
晶粒内部缺陷密度较低，晶粒边界的致密性较好，薄膜具有较高的强度。同时，各晶粒的表面开始呈现出晶体学平面所特有的形貌。
4.形态 3 型的薄膜组织：形成条件，Ts/Tm >0.5；结构特点，无孔洞存在，柱状晶形态。
衬底温度的继续升高（Ts/Tm >0.5）使得原子的体扩散开始发挥重要作用。此时，在沉积进行的同时，薄膜内将发生再结晶的过程，晶粒开始长大，直至超过薄膜的厚度。薄膜的组织变为经过充分再结晶的粗大的等轴晶组织，晶粒内部缺陷密度很低。在形成形态2和形态3型组织的情况下，衬底的温度已经较高，因而溅射气压或入射粒子能量对薄膜组织的影响变得比较小了。高温热激活型生长：沉积温度较高，原子的扩散比较充分，扩散将消除孔洞的存在，使薄膜组织转变为柱状晶形态。
薄膜材料与薄膜技术复习资料完整版本
1.为了研究真空和实际使用方便，根据各压强范围内不同的物理特点，把真空划分为 粗真空，低真空，高真空，超高真空四个区域。 2.在高真空真空条件下，分子的平均自由程可以与容器尺寸相比拟。 3.列举三种气体传输泵旋转式机械真空泵，油扩散泵和复合分子泵。 4.真空计种类很多，通常按测量原理可分为绝对真空计和相对真空计。 5.气体的吸附现象可分为物理吸附和化学吸附。 6.化学气相反应沉积的反应器的设计类型可分为常压式，低压式，热壁 式和冷壁式。 7.电镀方法只适用于在导电的基片上沉积金属和合金，薄膜材料在电解液中是以 正离子的形式存在。制备有序单分子膜的方法是LB技术。 8.不加任何电场，直接通过化学反应而实现薄膜沉积的方法叫化学镀。 9.物理气相沉积过程的三个阶段：从材料源中发射出粒子，粒子运输到基片和粒子 在基片上凝聚、成核、长大、成膜。 10.溅射过程中所选择的工作区域是异常辉光放电，基板常处于负辉光区，阴极 和基板之间的距离至少应是克鲁克斯暗区宽度的3-4倍。 11.磁控溅射具有两大特点是可以在较低压强下得到较高的沉积率和可以在较低 基片温度下获得高质量薄膜。 12.在离子镀成膜过程中，同时存在吸附和脱附作用，只有当前者超 过后者时，才能发生薄膜的沉积。 13.薄膜的形成过程一般分为：凝结过程、核形成与生长过程、岛形成与 结合生长过程。 14.原子聚集理论中最小稳定核的结合能是以原子对结合能为最小单位不连续变化 的。 15.薄膜成核生长阶段的高聚集来源于：高的沉积温度、气相原子的高的动能、 气相入射的角度增加。这些结论假设凝聚系数为常数，基片具有原子级别的平滑度。 16.薄膜生长的三种模式有岛状、层状、层状-岛状。 17.在薄膜中存在的四种典型的缺陷为：点缺陷、位错、晶界和 层错。 18.列举四种薄膜组分分析的方法：X射线衍射法、电子衍射法、扫描电子 显微镜分析法和俄歇电子能谱法。 19.红外吸收是由引起偶极矩变化的分子振动产生的，而拉曼散射则是由引起极化率 变化的分子振动产生的。由于作用的方式不同，对于具有对称中心的分子振动，红外吸收不敏感，拉曼散射敏感；相反，对于具有反对称中心的分子振动，红外吸收敏感而拉曼散射不敏感。对于对称性高的分子振动，拉曼散射敏感。 20.拉曼光谱和红外吸收光谱是测量薄膜样品中分子振动的振动谱，前者 是散射光谱，而后者是吸收光谱。 21.表征溅射特性的主要参数有溅射阈值、溅射产额、溅射粒子的速度和能 量等。 什么叫真空？写出真空区域的划分及对应的真空度。 真空，一种不存在任何物质的空间状态，是一种物理现象。粗真空105～102Pa 粘滞流，分子间碰撞为主低真空102～10-1 Pa 过渡流高真空102～10-1 Pa分子流，气体分子与器壁碰撞为主超高真空10-5～10-8 Pa气体在固体表面吸附滞留为主极高真空10-8 Pa以下·什么是真空蒸发镀膜法？其基本过程有哪些？
高分子膜材料的制备方法
高分子膜材料的制备 方法 xxx级 xxx专业xxx班 学号：xxxxxxx xxx
高分子膜材料的制备方法 xxx （xxxxxxxxxxx，xx） 摘要：膜技术是多学科交叉的产物，亦是化学工程学科发展的新增长点，膜分离技术在工业中已得到广泛的应用。本文主要介绍了高分子分离膜材料较成熟的制膜方法（相转变法、熔融拉伸法、热致相分离法），而且介绍了一些新的制膜方法（如高湿度诱导相分离法、超临界二氧化碳直接成膜法以及自组装制备分离膜法等）。 关键词：膜分离，膜材料，膜制备方法 1.引言 膜分离技术是当代新型高效的分离技术，也是二十一世纪最有发展前途的高新技术之一，目前在海水淡化、环境保护、石油化工、节能技术、清洁生产、医药、食品、电子领域等得到广泛应用，并将成为解决人类能源、资源和环境危机的重要手段。目前在膜分离过程中，对膜的研究主要集中在膜材料、膜的制备及膜过程的强化等三大领域；随着膜过程的开发应用，人们越来越认识到研究膜材料及其膜技术的重要性，在此对膜材料的制备技术进行综述。 2.膜材料的制备方法
2.1 浸没沉淀相转化法 1963年，Loeb和Sourirajan首次发明相转化制膜法，从而使聚合物分离膜有了工业应用的价值，自此以后，相转化制膜被广泛的研究和采用，并逐渐成为聚合物分离膜的主流制备方法。所谓相转化法制膜，就是配置一定组成的均相聚合物溶液，通过一定的物理方法改变溶液的热力学状态，使其从均相的聚合物溶液发生相分离，最终转变成一个三维大分子网络式的凝胶结构。相转化制膜法根据改变溶液热力学状态的物理方法的不同，可以分为一下几种：溶剂蒸发相转化法、热诱导相转化法、气相沉淀相转变法和浸没沉淀相转化法。 2.1.1 浸没沉淀制膜工艺 目前所使用的膜大部分均是采用浸没沉淀法制备的相转化膜。在浸没沉淀相转化法制膜过程中，聚合物溶液先流延于增强材料上或从喷丝口挤出，而后迅速浸入非溶剂浴中，溶剂扩散进入凝固浴（J2），而非溶剂扩散到刮成的薄膜内（J1），经过一段时间后，溶剂和非溶剂之间的交换达到一定程度，聚合物溶液变成热力学不稳定溶液，发生聚合物溶液的液-液相分离或液-固相分离（结晶作用），成为两相，聚合物富相和聚合物贫相，聚合物富相在分相后不久就固化构成膜的主体，贫相则形成所谓的孔。 浸入沉淀法至少涉及聚合物/溶剂/非溶剂3个组分，为适应不同应用过程的要求，又常常需要添加非溶剂、添加剂来调整铸膜液的配方以及改变制膜的其他工艺条件，从而得到不同的结构形态和性能的膜。所制成的膜可以分为两种构型：平板膜和管式膜。平板膜用于板
薄膜的材料及制备工艺
薄膜混合集成电路的制作工艺 中心议题：多晶硅薄膜的制备 摘要：本文主要介绍了多晶硅薄膜制备工艺，阐述了具体的工艺流程，从低压化学气相沉积(LPCVD)，准分子激光晶化(ELA)，固相晶化（SPC）快速热退火(RTA)，等离子体增强化学反应气相沉积(PECVD等，进行详细说明。 关键词：低压化学气相沉积(LPCVD)；准分子激光晶化(ELA)； 快速热退火(RTA)等离子体增强化学反应气相沉积(PECVD) 引言 多晶硅薄膜材料同时具有单晶硅材料的高迁移率及非晶硅材料的可大面积、低成本制备的优点。因此，对于多晶硅薄膜材料的研究越来越引起人们的关注，多晶硅薄膜的制备工艺可分为两大类：一类是高温工艺，制备过程中温度高于600℃,衬底使用昂贵的石英，但制备工艺较简单。另一类是低温工艺，整个加工工艺温度低于600℃，可用廉价玻璃作衬底，因此可以大面积制作，但是制备工艺较复杂。 1薄膜集成电路的概述
在同一个基片上用蒸发、溅射、电镀等薄膜工艺制成无源网路,并组装上分立微型元件、器件,外加封装而成的混合集成电路。所装的分立微型元件、器件，可以是微元件、半导体芯片或单片集成电路。 2物理气相沉积-蒸发 物质的热蒸发利用物质高温下的蒸发现象，可制备各种薄膜材料。与溅射法相比，蒸发法显著特点之一是在较高的真空度条件下，不仅蒸发出来的物质原子或分子具有较长的平均自由程，可以直接沉积到衬底表面上，且可确保所制备的薄膜具有较高纯度。 3 等离子体辅助化学气相沉积--PECVD
传统的CVD技术依赖于较高的衬底温度实现气相物质间的化学反应与薄膜沉积。PECVD在低压化学气相沉积进行的同时，利用辉光放电等离子体对沉积过程施加影响。促进反应、降低温度。 降低温度避免薄膜与衬底间不必要的扩散与化学反应；避免薄膜或衬底材料结构变化与性能恶化；避免薄膜与衬底中出现较大的热应力等。 4低压化学气相沉积(LPCVD)
薄膜物理与技术复习资料
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 kT 41.122==,Vm 速度分布 平均速度: M RT m RT m kT 59.188==ππ，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。 平均自由程：每个分子在连续两次碰撞之间的路程称为自由程；其统计平均值成为平均自由程。 常用压强单位的换算 1Torr=133.322 Pa 1 Pa=7.5×10-3 Torr 1 mba=100Pa 1atm=1.013*100000Pa 真空区域的划分、真空计、各种真空泵 粗真空 1×105 to 1×102 Pa 低真空 1×102 to 1×10-1 Pa 高真空 1×10-1 to 1×10-6 Pa 超高真空 <1×10-6 Pa 旋转式机械真空泵 油扩散泵 复合分子泵 属于气体传输泵，即通过气体吸入并排出真空泵从而达到排气的目的 分子筛吸附泵 钛升华泵 溅射离子泵 低温泵 属于气体捕获泵，即通过各种吸气材料特有的吸气作用将被抽气体吸除，以达到所需真空。 不需要油作为介质，又称为无油泵 绝对真空计： U 型压力计、压缩式真空计 相对真空计：
薄膜制备工艺期末复习
Thin Film Review 我们不敢保证每道题都考，但是标注“★”的我们觉得必考。 一、名词解释 1、薄膜：由单个的原子、离子、原子团无规则地入射到基板表面，经表面附着、迁徙、凝结、成核、 核生长等过程而形成的一薄层固态物质。 2、气体分子的平均自由程：气体分子在两次碰撞的间隔时间里走过的平均距离。 3、气体分子的最可几速度：平均运动速度f(v)最大时的速度 4、饱和蒸气压：一定温度下，蒸发气体与凝聚相平衡过程中所呈现的压力。（汽、固或汽、液两相 平衡时） 5、真空蒸发：在真空环境下，给待蒸发物质提供足够的热量以获得蒸发所必需的蒸气压。在适当的 温度下，蒸发粒子在基片上凝结，即可实现真空蒸发沉积。 6、PLD：pulsed laser deposition激光蒸发装置 7、溅射：是一个离子轰击物质表面，并在碰撞过程中发生能量与动量的转移，从而最终将物质表面 原子激发出来的复杂过程。 8、离子镀：使用电子束蒸发法提供沉积的源物质，同时以衬底作为阴极、真空室作为阳极组成一个 类似二级溅射（直流或射频）装置，在沉积前和沉积中采用高能量的离子流对衬底和薄膜进行溅射处理。 9、离子束辅助沉积：使用单独离子源轰击衬底表面。 10、分子束外延：在超高真空下（～10-9－10-11Torr），将薄膜诸组分元素的分子束流，直接喷到 衬底表面，从而在其上形成外延薄膜。 11、PECVD：（plasma enhanced chemical vapor deposition）等离子体辅助化学气相沉积：在低压 化学气相沉积过程进行的同时，利用辉光放电等离子体对沉积过程施加影响的技术。 12、ALD：（Atomic Layer Deposition）定义：原子层沉积是在一个加热反应的衬底上连续引入至少 两种气相前驱体源，化学吸附至表面饱和时自动终止。 13、溶胶-凝胶(Sol-Gel)法：溶胶-凝胶是一种液相化学合成方法，是指用金属的有机或无机化合物， 经过溶液、溶胶、凝胶过程，接着在溶胶或凝胶状态下成型，再经干燥和热处理等工艺流程制成不同形态的产物（包括粉体、纤维、薄膜、陶瓷）。 14、外延生长：在完整的单晶衬底上延续生长单晶薄膜； 15、薄膜的生长模式：岛状生长模式、层状生长模式、层状—岛状生长模式。 16、自发形核：整个形核过程完全是在相变自由能的推动下进行的。
薄膜技术复习题
1．简述薄膜的形成过程。 薄膜：在被称为衬底或基片的固体支持物表面上，通过物理过程、化学过程或电化学过程使单个原子、分子或离子逐个凝聚而成的固体物质。主要包括三个过程：（1）产生适当的原子、分子或离子的粒子；（2）通过煤质输运到衬底上；（3）粒子直接或通过化学或电化学反应而凝聚在衬底上面形成固体沉淀物，此过程又可以分为四个阶段：（1）核化和小岛阶段；（2）合并阶段；（3）沟道阶段；（4）连续薄膜 2．图2为溅射镀膜的原理示意图，试结合图叙述溅射镀膜的基本过程，并介绍常用的溅射镀膜的方法和特点。 图 2 溅射镀膜的原理示意图 过程：该装置是由一对阴极和阳极组成的冷阴极辉光放电结构。被溅射靶（阴极）和成膜的基片及其固定架（阳极）构成溅射装置的两个极，阳极上接上1-3KV的直流负高压，阳极通常接地。工作时通常用机械泵和扩散泵组将真空室抽到6.65*10-3Pa，通入氩气，使真空室压力维持在（1.33-4）*10-1Pa,而后逐渐关闭主阀，使真空室内达到溅射电压，即10-1-10Pa，接通电源，阳极耙上的负高压在两极间产生辉光放电并建立起一个等离子区，其中带正电的氩离子在阴极附近的阳极电位降的作用下，加速轰击阴极靶，使靶物质由表面被溅射出，并以分子或原子状态沉积在基体表面，形成靶材料的薄膜。 将欲沉积的材料制成板材——靶,固定在阴极上。基片置于正对靶面的阳极上,距靶几厘米。系统抽至高真空后充入10～1帕的气体（通常为氩气），在阴极和阳极间加几千伏电压，两极间即产生辉光放电。放电产生的正离子在电场作用下飞向阴极，与靶表面原子碰撞，受碰撞从靶面逸出的靶原子称为溅射原子,其能量在1至几十电子伏范围。溅射原子在基片表面沉积成膜 直流阴极溅射镀膜法：特点是设备简单，在大面积的基片或材料上可以制取均匀的薄膜，放电电流随气压和电压的变化而变化，可溅射高熔点金属。但是，它的溅射电压高、沉积速率低、基片温升较高，加之真空度不良，致使膜中混入的杂质气体也多，从而影响膜的质量。 高频溅射镀膜法：利用高频电磁辐射来维持低气压的辉光放电。阴极安置在紧贴介质靶材的后面，把高频电压加在靶子上，这样，在一个周期内正离子和电子可以交替地轰击靶子，从而实现溅射介质材料的目的。这种方法可以采用任何材料的靶，在任何基板上沉积任何薄膜。若采用磁控源，还可以实现高速溅射沉积。 磁控溅射镀膜法：磁控溅射的特点是电场和磁场的方向互相垂直，它有效的克服了阴极溅射速率低和电子使基片温度升高的致命弱点，具有高速、低温、低损伤等优点，易于连续制作大面积膜层，便于实现自动化和大批量生产，高速指沉积速率快；低温和低损伤是指基片的温升低，对膜层的损伤小。此外还具有一般溅射的优点，如沉积的膜层均匀致密，针孔少，纯度高，附着力强，应用的靶材广，可进行反应溅射，可制取成分稳定的合金膜等。工作压力范围广，操作电压低也是其显著特点。 反应溅射镀膜法：在阴极溅射的惰性气体中，人为的掺入反应气体，可以制取反应物膜。 非对称交流溅射和偏压溅射镀膜法：特点是可以减少溅射镀膜过程中阴极溅射膜中的混入气体。3．图3为一个PECVD的反应室结构图，试叙述其工作原理和特点 图3 PECVD的反应室结构图 原理：图中是一种平行板结构装置。衬底放在具有温控装置的下面平板上，压强通常保持在133Pa左右，射频电压加在上下平行板之间，于是在上下平板间就会出现电容耦合式的气体放电，并产生等离子体。利用等离子体的活性来促进反应，使化学反应能在较低温度下进行，这种方法称为等离子体强化气相沉积（PECVD），是一种高频辉光放电物理过程和化学反应相结合的技术。在高温真空压力下，加在电极板上的射频RF电场，使反应室气体产生辉光放电，在辉光放电区域产生大量的电子。这些电子在电场的作用下获得充足的能量，其本身温度很高，它与气体分子相碰撞，
薄膜制备技术论文
薄膜制备技术论文 高阻隔薄膜的制备技术 【摘要】本文介绍了包装领域中阻隔薄膜的几种基本的制备技术，并对其技术原理和技术特点做了简要的概述，重点介绍普通包装薄 膜表面沉积纳米SiOx作为阻隔材料的优越性和制备方法。纳米氧化 硅薄膜制备包括：物理气相沉积，化学气相沉积两种。物理气相沉 积技术较成熟，已广泛用于当今的众多薄膜生产厂家;化学气相沉积 技术由于沉积速率慢，生产成本高，耗资大，限制了工业化应用。 本文还介绍了一种能够克服上述限制因素的新技术，从而使薄膜的 阻隔性能大大提高。 【关键词】纳米氧化硅薄膜阻隔性能物理气相沉积化学气相沉积引言 社会发展表现在不仅对普通包装材料数量上的增加，对优质保质保鲜包装材料品种和质量的需求也在日益增加。如在食品和医药包 装领域中，包装材料的阻水阻气要求越来越高。高阻隔包装材料通 常指对气液渗透物具有高阻尼作用的材料，即防止氧的侵入以免商 品氧化变质，防止水或水蒸气的渗透以免商品受潮霉变，防止香气、香味和二氧化碳外逸，以免商品变味和变质等。目前阻隔性包装材 料已经成为包装材料的发展趋势，并广泛用于各种应用领域，如电 子显示领域的OLED[1]。 1阻隔材料的发展历程及趋势 阻隔包装材料的发展历程可分为三个阶段：第一代包装材料如PE、PP、PET、PVDC、PVC等。因其阻隔性达不到要求(见表1)，使 用越来越少。采用高聚物(比如PEN)可以解决阻隔性和用金属探测 器检查问题，但是成本太高，并且难于循环利用。采用复合膜结构，如三层复合膜PA/黏合剂/PE、五层复合膜LDPE/粘合剂/EVOH/黏合 剂/LDPE等，阻隔性能大大提高，但工艺复杂、回收困难、污染环
薄膜材料及其制备技术-2015级研究生
《薄膜材料及其制备技术》作业 ——材料科学与工程学院2015级研究生 1，在T=291K 时，水的表面张力系数（或表面能）10.07 3N m s -=?，63118.01610v m mol a --=醋，如果水滴半径810r m -=，请计算此时的蒸汽压'p （用p 表示）以及水滴内外压强差p D 。（10分） 2，从热力学的角度证明：当从过饱和（压强为p ’）的气相析出凝聚相时，凝聚 相的临界晶核尺寸r c 满足：2exp()'/B c v p p K Tr a s =；并由此得到结论：①当凝聚体晶核的尺寸r
光学薄膜技术复习提纲讲解
光学薄膜技术复习提纲 、典型膜系 减反射膜（增透膜） 1、减反射膜的主要功能是什么？ 是减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学表面的反射光，从而增加这些元件的透光量, 减少或消除系统的杂散光。 ★ 2、单层减反射膜的最低反射率公式并计算 厂 宀 >2 llo —111 /11；#-1 R= ------------ <山+爲沁+/ ★ 3、掌握常见的多层膜系表达，例如 G| H L | A 代表什么？ G| 2 H L | A ? ★ 4、什么是规整膜系？非规整膜系？ 把全部由入0/4整数倍厚度组成的膜系称为规整膜系，反之为非规整膜系。 ★ 5、单层减反射膜只能对某个波长和它附近的较窄波段内的光波起增透作用。 为了在较宽的 光谱范围达到更有效的增透效果，常采用双层、三层甚至更多层数的减反射膜。 ★ 6 V 形膜、W 形膜的膜系结构以及它们的特征曲线。P16-17 ㈡高反射膜 ★ 1、镀制金属反射膜常用的材料有铝（AI ）、银（Ag ）、金（Au ）、铬等。 ★ 2、金属反射膜四点特性。P29 ① 高反射波段非常宽阔，可以覆盖几乎全部光谱范围，当然，就每一种具体的金属而言，它 都有自己最佳的反射波段。 V --G I HL| A / M |=! !膜 / fix 一上 —\ >< WG | 2HL | A 0 400 450 500 550 600 650 700 VUavelsnqth (rm ) 43 2
②各种金属膜层与基底的附着能力有较大差距。如Al、Cr、Ni （镍）与玻璃附着牢固；而Au、 Ag与玻璃附着能力很差。 ③金属膜层的化学稳定性较差，易被环境气体腐蚀。 ④膜层软，易划伤。 ㈢分光膜 1什么是分光膜？ 中性分束镜能够在一定波段内把一束光按比例分成光谱成分相同的两束光，也即它在一定的 波长区域内，如可见区内，对各波长具有相同的透射率和反射率之比值一一透反比。因而反射光和透射光不带有颜色，呈色中性。 ★2、归纳金属、介质分束镜的优缺点： 金属分束镜p32 优点：中性好，光谱范围宽，偏振效应小，制作简单 缺点：吸收大，分光效率低。 使用注意事项：光的入射方向 介质分束镜p30 优点：吸收小，几乎可以忽略，分光效率高。 缺点：光谱范围窄，偏振分离明显，色散明显。 5、偏振中性分束棱镜是利用斜入射时光的偏振，实现50/50中性分光。 ㈣、截止滤光片 ★1、什么是截止滤光片？什么是长波通、短波通滤光片？p33 截止滤光片是指要求某一波长范围的光束高效透射，而偏离这一波长的光束骤然变化为高反 射的干涉截止滤光片。 抑制短波区、透射长波区的截止滤光片称为长波通滤光片。 抑制长波区、透射短波区的截止滤光片称为短波通滤光片。 2、截止光滤片的应用：彩色分光膜。P51 ①图2.4.13分光原理；②解决棱镜式分光元件偏振效应的方法是合理设计分光棱镜的形式，尽可能减小光束在膜面上的入射角。 ㈤、带通滤光片 ★1、什么是带通滤光片？P58
薄膜材料制备原理、技术及应用知识点
薄膜材料制备原理、技术及应用知识点1 一、名词解释 1. 气体分子的平均自由程:自由程是指一个分子与其它分子相继两次碰撞之间，经过的直线路程。对个别分子而言，自由程时长时短，但大量分子的自由程具有确定的统计规律。气体分子相继两次碰撞间所走路程的平均值。 2. 物理气相沉积（PVD）：物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。发展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。 3. 化学气相沉积（CVD）：化学气相沉积(Chemical vapor deposition，简称CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。它本质上属于原子范畴的气态传质过程。 4. 等离子体鞘层电位：等离子区与物体表面的电位差值ΔV p即所谓的鞘层电位。 在等离子体中放入一个金属板，由于电子和离子做热运动，而电子比离子的质量小，热速度就比离子大，先到达金属板，这样金属板带上负电，板附近有一层离子，于是形成了一个小局域电场，该电场加速了离子，减速电子，最终稳定了以后，就形成了鞘层结构，该金属板稳定后具有一个电势，称为悬浮电位。 5. 溅射产额：即单位入射离子轰击靶极溅出原子的平均数，与入射离子的能量有关。 6. 自偏压效应：在射频电场起作用的同时，靶材会自动地处于一个负电位下，导致气体离子对其产生自发的轰击和溅射。 7. 磁控溅射：在二极溅射中增加一个平行于靶表面的封闭磁场，借助于靶表面上形成的正交电磁场，把二次电子束缚在靶表面特定区域来增强电离效率，增加离子密度和能量，从而实现高速率溅射的过程。 8. 离子镀：在真空条件下，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。结合蒸发与溅射两种薄膜沉积技术而发展的一种PVD方法。 9. 离化率：被离化的原子数与被蒸发气化的原子数之比称为离化率.一般离化装置的离化率仅为百分之几,离化率较高的空心阴极法也仅为20～40% 10. 等离子体辅助化学气相沉积（PECVD）技术：是一种用等离子体激活反应气体,促进在基体表面或近表面空间进行化学反应,生成固态膜的技术。等离子体化学气相沉积技术的基本原理是在高频或直流电场作用下，源气体电离形成等离子体，利用低温等离子体作为能量源，通入适量的反应气体，利用等离子体放电，使反应气体激活并实现化学气相沉积的技术。 11. 外延生长：在单晶衬底（基片）上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶层，犹如原来的晶体向外延伸了一段，故称外延生长。 12. 薄膜附着力:薄膜对衬底的黏着能力的大小，即薄膜与衬底在化学键合力或物理咬合力作用下的结合强度。 二、填空： 1、当环境中元素的分压降低到了其平衡蒸气压之下时，元素发生净蒸发。反之，元素发生净沉积。 2、在直流放电系统中，气体放电通常要经过汤生放电阶段、辉光放电阶段和弧光放电阶段三个放电过程，其中溅射法制备薄膜主要采用辉光放电阶段所产生的大量等离子体来形成溅射。 3、溅射仅是离子轰击物体表面时发生的物理过程之一，不同能量的离子与固体表面相互作用的过程不同，不仅可以实现对物质原子的溅射，还可以在固体表面形成沉积现象和离子注入现象。 4、溅射法所采有的放电气体多为Ar气，主要原因是惰性气体做为入射离子时，物质溅射产额高，从经济方面考虑，多使用Ar做为溅射气体。 5、直流溅射要求靶材具有良好的导电性，否则靶电流过小，靶电压过高，而射频溅射方法以交流电源提供高频电场，高频电场可经由其它阻抗形式进入沉积室，不再要求电极一定是导电体，使溅射过程摆脱对靶材导电性的要求。 6、磁控溅射存在的缺点。 1 微观永远大于宏观你永远大于人类今天永远大于永远■■■■■■■■纯属个人行为，仅供参考■■■■■■■■勿删■■■■■■■■■
薄膜制备方法
薄膜制备方法 1.物理气相沉积法（PVD）：真空蒸镀、离子镀、溅射镀膜 2.化学气相沉积法（CVD)：热CVD、等离子CVD、有机金属CVD、金属CVD。 一、真空蒸镀即真空蒸发镀膜，是制备薄膜最一般的方法。这种方法是把装有基片的真空室抽成真空，使气体压强达到10ˉ2Pa以下，然后加热镀料，使其原子或者分子从表面气化逸出，形成蒸汽流，入射到温度较低的基片表面，凝结形成固态薄膜。其设备主要由真空镀膜室和真空抽气系统两大部分组成。 保证真空环境的原因有①防止在高温下因空气分子和蒸发源发生反应，生成化合物而使蒸发源劣化。②防止因蒸发物质的分子在镀膜室内与空气分子碰撞而阻碍蒸发分子直接到达基片表面，以及在途中生成化合物或由于蒸发分子间的相互碰撞而在到达基片前就凝聚等③在基片上形成薄膜的过程中，防止空气分子作为杂质混入膜内或者在薄膜中形成化合物。 蒸发镀根据蒸发源的类别有几种: ⑴、电阻加热蒸发源。通常适用于熔点低于1500℃的镀料。对于蒸发源的要求为a、熔点高 b、饱和蒸气压低 c、化学性质稳定，在高温下不与蒸发材料发生化学反应 d、具有良好的耐热性，功率密度变化小。 ⑵、电子束蒸发源。热电子由灯丝发射后，被电场加速，获得动能轰击处于阳极的蒸发材料上，使蒸发材料加热气化，而实现蒸发镀膜。特别适合制作高熔点薄膜材料和高纯薄膜材料。优点有a、电子束轰击热源的束流密度高，能获得远比电阻加热源更大的能量密度，可以使高熔点（可高达3000℃以上）的材料蒸发，并且有较高的蒸发速率。b、镀料置于冷水铜坩埚内，避免容器材料的蒸发，以及容器材料与镀料之间的反应，这对于提高镀膜的纯度极为重要。c、热量可直接加到蒸发材料的表面，减少热量损失。 ⑶、高频感应蒸发源。将装有蒸发材料的坩埚放在高频螺旋线圈的中央，使蒸发材料在高频电磁场的感应下产生强大的涡流损失和磁滞损失（铁磁体），从而将镀料金属加热蒸发。常用于大量蒸发高纯度金属。 分子束外延技术（molecular beam epitaxy,MBE)。外延是一种制备单晶薄膜的新技术，它是在适当的衬底与合适条件下，沿衬底材料晶轴方向逐层生长新单晶薄膜的方法。外延薄膜和衬底属于同一物质的称“同质外延”，两者不同的称为“异质外延”。 10—Pa的超真空条件下，将薄膜诸组分元素的分子束流，在严格监控之下，直接MBE是在8 喷射到衬底表面。其中未被基片捕获的分子，及时被真空系统抽走，保证到达衬底表面的总是新分子束。这样，到达衬底的各元素分子不受环境气氛的影响，仅由蒸发系统的几何形状和蒸发源温度决定。 二、离子镀是在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物质离化，在气体离子或被蒸发物质离子轰击作用的同时，把蒸发物或其反应物蒸镀在基片上。 常用的几种离子镀： （1）直流放电离子镀。蒸发源：采用电阻加热或电子束加热；充入气体：充入Ar或充入少量反应气体；离化方式：被镀基体为阴极，利用高电压直流辉光放电离子加速方式：在数百伏至数千伏的电压下加速，离化和离子加速一起进行。 （2）空心阴极放电离子镀（HCD，hollow cathode discharge ）。等离子束作为蒸发源，可充入Ar、其他惰性气体或反应气体；利用低压大电流的电子束碰撞离化，0至数百伏的加速电压。离化和离子加速独立操作。 （3）射频放电离子镀。电阻加热或电子束加热，真空，Ar，其他惰性气体或反应气体；利
薄膜材料的制备
对薄膜制备的综述 一．前言 随着薄膜科学技术与薄膜物理学的发展,薄膜在微电子、光学、窗器、表面改性等方面的应用日益广泛;而薄膜产业的日趋壮大又刺激了薄膜技术和薄膜材料的蓬勃发展。面对新技术革命提出的挑战,无机薄膜材料的制备方法也日新月异,与以往的制膜方法相比有了新的特点,方法也向着多元化的方向发展。这篇综述主要介绍了：薄膜材料的制备、举例发光薄膜的制备以及薄膜材料的发展前景。 二．薄膜材料的制备 主要内容：1.薄膜材料基础；2.薄膜的形成机理；3.物理气相沉积；4.化学气相沉积；5.化学溶液镀膜法；6.液相外延制膜法。 §1 薄膜材料基础 1. 薄膜材料的概念 采用一定方法，使处于某种状态的一种或几种物质（原材料)的基团以物理或化学方式附着于衬底材料表面，在衬底材料表面形成一层新的物质，这层新物质就是薄膜。简而言之，薄膜是由离子、原子或分子的沉积过程形成的二维材料。 2. 薄膜分类 （1）物态:气态、液态、固态（thin-solid-film）。 （2）结晶态：A非晶态：原子排列短程有序，长程无序。B晶态:a单晶：外延生长，在单晶基底上同质和异质外延；b多晶：在一衬底上生长，由许多取向相异单晶集合体组成。 （3）化学角度：有机和无机薄膜。 （4）组成：金属和非金属薄膜。 （5）物性：硬质、声学、热学、金属导电、半导体、超导、介电、磁阻、光学薄膜。 薄膜的一个重要参数：a厚度，决定薄膜性能、质量；b通常，膜厚小于数十微米，一般在1微米以下。
3. 薄膜应用 薄膜材料及相关薄膜器件兴起于20世纪60年代。是新理论、高技术高度结晶的产物。 （1）主要的薄膜产品： 光学薄膜、集成电路、太阳能电池、液晶显示膜、光盘、磁盘、刀具硬化膜、建筑镀膜制品、塑料金属化制品。 （2）薄膜是现代信息技术的核心要素之一： 薄膜材料与器件结合，成为电子、信息、传感器、光学、太阳能等技术的核心基础。 4.薄膜的制备方法 （1）代表性的制备方法按物理、化学角度来分，有： a物理成膜PVD、b化学成膜CVD （2）具体制备方法如下表流程图： §2 薄膜的形成机理 1.薄膜材料在现代科学技术中应用十分广泛,制膜技术的发展也十分迅速。制膜方法—分为物理和化学方法两大类；具体方式上—分为干式、湿式和喷涂三种，而每种方式又可分成多种方法。 2.薄膜的生长过程分为以下三种类型： (1) 核生长型（V olmer Veber型）：这种生长的特点是到达衬底上的沉积原子首先凝聚成核，后续的沉积原子不断聚集在核附近，使核在三维方向上不断长大而最终形成薄膜。核生长型薄膜生长的四个阶段： a. 成核：在此期间形成许多小的晶核，按同济规律分布在基片表面上； b. 晶核长大并形成较大的岛：这些岛常具有小晶体的形状； c. 岛与岛之间聚接形成含有空沟道的网络； d. 沟道被填充：在薄膜的生长过程中，当晶核一旦形成并达到一定尺寸之后，另外再撞击的离子不会形成新的晶核，而是依附在已有的晶核上或已经形成的岛上。分离的晶核或岛逐渐长大彼此结合便形成薄膜。 这种类型的生长一般在衬底晶格和沉积膜晶格不相匹配时出现。大部分的
《薄膜光学与技术》2012期末考试试题A-答案
《薄膜光学与技术》2012期末考试试题A-答案
2012-2013学年第1学期《薄膜光学与技术》期末考试试题（A 卷） 参考答案及评分标准 一、 填空题 （每空1分，共24分） 1、在折射率为3.5的基底表面镀单层减反射膜，对于4000nm 的光波，理论上能达到最佳减反射效果的薄膜折射率为： 1.8708 ，需要镀制的薄膜光学厚度为 1000 nm 。 2、若薄膜的折射率为n ，光线在薄膜内的折射角为θ，则s 、p 光的修正导纳分别为 ncos θ 、 n/cos θ 。 3、对于波长为λ的光来说，单层膜的光学厚度每增加 λ/4 ，薄膜的反射率就会出现一次极值变化。当薄膜的折射率小于基底折射率时，出现的第一个反射率极值是 极小 （极大、极小）值。 4、虚设层的形成条件是： 薄膜的光学厚度等于半波长的整数倍 。 5、周期性对称膜系(pqp)s 的等效折射率和 基本周期/pqp 的等效折射率完全相同，其等效位相厚度等于 基本周期的s 倍 。 6、折射率为n 1，光学厚度为λ0/4，基底的折射率为n s ，那么，该单层膜与基底的组合导纳为： s n Y 21 7、介质高反射膜的波数宽度仅与两种膜料的 折射率 有关，折射率 差值越大 ，高反射带越宽。 8、热偶真空规是通过测量温度达到间接测量 真空 的目的。 9、镀膜室内真空度高表明气体压强 小 ，真空度低则气体压强 大 。 10、薄膜几何厚度的监控通常用 石英晶振 膜厚仪来实现，光学厚度常常采用 光电 膜厚仪来监控。 11、采用PVD 技术制造薄膜器件时，薄膜折射率的误差主要来自三个方面： 膜层的聚集密度 、 膜层的微观组织物理结构 、 膜层的化学成分 。 12、改善膜层厚度均匀性的措施包括 旋转夹具 和 膜层厚度调节板 。 13、采用光电极值法监控膜厚，如果需要镀制光学厚度为900nm 的薄膜，在500-700nm 范围内，可以选取的监控波长为 600 和 514.3 nm 。
薄膜技术复习题
1．图1为常用机械泵的结构图，试指出图中各部分的作用和功能。 图1 机械泵的结构图 1、进气口：进气 2、过滤器：分离悬浮在气体中固体颗粒，有害物质 3、大转轮：提供抽取和压缩空气的动力 4、弹簧：伸缩叶片 5、风机叶片：分割气体 6、气镇阀（排除凝结物，加速抽出蒸汽而不至于污染油质） 7、过滤器8、排气阀：在B处得空气压缩到一定程度后排出压缩空气，在此之前密封压缩室 9、排气管：排气10、密封面：分割A处和C处，保持密封性 2．试画出由机械泵、涡轮分子泵、离子泵和真空阀等部件组成的超高真空系统的原理结构图，并简述其工作原理。 光电阴极超高真空激活系统抽气系统由机械泵、涡轮分子泵、溅射离子泵和钛升华泵组成，其中主泵是溅射离子泵和钛升华泵，预抽泵是机械泵和涡轮分子泵。预抽泵的作用是将被抽容器的真空度从大气压降到主泵工作所需的启动压强，当主泵开始工作时，预抽泵可以关闭。根据抽气系统的结构和抽气速率，采用了激活室和XPS主真空室共用前级泵的方案。在分子泵的抽气管道上设置三通阀，一边连接表面分析室，另一边与激活系统相连。这样就减少了预抽所用的机械泵和涡轮分子泵。
3．简述薄膜的形成过程。 薄膜：在被称为衬底或基片的固体支持物表面上，通过物理过程、化学过程或电化学过程使单个原子、分子或离子逐个凝聚而成的固体物质。主要包括三个过程：（1）产生适当的原子、分子或离子的粒子；（2）通过煤质输运到衬底上；（3）粒子直接或通过化学或电化学反应而凝聚在衬底上面形成固体沉淀物，此过程又可以分为四个阶段：（1）核化和小岛阶段；（2）合并阶段；（3）沟道阶段；（4）连续薄膜 4．图2为溅射镀膜的原理示意图，试结合图叙述溅射镀膜的基本过程，并介绍常用的溅射镀膜的方法和特点。 图 2 溅射镀膜的原理示意图 过程：该装置是由一对阴极和阳极组成的冷阴极辉光放电结构。被溅射靶（阴极）和成膜的基片及其固定架（阳极）构成溅射装置的两个极，阳极上接上1-3KV的直流负高压，阳极通常接地。工作时通常用机械泵和扩散泵组将真空室抽到6.65*10-3Pa，通入氩气，使真空室压力维持在（1.33-4）*10-1Pa,而后逐渐关闭主阀，使真空室内达到溅射电压，即10-1-10Pa，接通电源，阳极耙上的负高压在两极间产生辉光放电并建立起一个等离子区，其中带正电的氩离子在阴极附近的阳极电位降的作用下，加速轰击阴极靶，使靶物质由表面被溅射出，并以分子或原子状态沉积在基体表面，形成靶材料的薄膜。 将欲沉积的材料制成板材——靶,固定在阴极上。基片置于正对靶面的阳极上,距靶几厘米。系统抽至高真空后充入10～1帕的气体（通常为氩气），在阴极和阳极间加几千伏电压，两极间即产生辉光放电。放电产生的正离子在电场作用下飞向阴极，与靶表面原子碰撞，受碰撞从靶面逸出的靶原子称为溅射原子,其能量在1至几十电子伏范围。溅射原子在基片表面沉积成膜 直流阴极溅射镀膜法：特点是设备简单，在大面积的基片或材料上可以制取均匀的薄膜，放电电流随气压和电压的变化而变化，可溅射高熔点金属。但是，它的溅射电压高、沉积速率低、基片温升较高，加之真空度不良，致使膜中混入的杂质气体也多，从而影响膜的质量。 高频溅射镀膜法：利用高频电磁辐射来维持低气压的辉光放电。阴极安置在紧贴介质靶材的后面，把高频电压加在靶子上，这样，在一个周期内正离子和电子可以交替地轰击靶子，从而实现溅射介质材料的目的。这种方法可以采用任何材料的靶，在任何基板上沉积任何薄膜。若采用磁控源，还可以实现高速溅射沉积。 磁控溅射镀膜法：磁控溅射的特点是电场和磁场的方向互相垂直，它有效的克服了阴极溅射速率低和电子使基片温度升高的致命弱点，具有高速、低温、低损伤等优点，易于连续制作大面积膜层，便于实现自动化和大批量生产，高速指沉积速率快；低温和低损伤是指基片的温升低，对膜层的损伤小。此外还具有一般溅射的优点，如沉积的膜层均匀致密，针孔少，纯度高，附着力强，应用的靶材广，可进行反应溅射，可制取成分稳定的合金膜等。工作压力范围广，操作电压低也是其显著
薄膜制备的方法与技巧
一种新型有机薄膜制备方法的调研报告 电子91 09051015 刘明伟 （一）名称：表面分子印迹交替层状组装（SMILBL）薄膜； （二）调研途径：Google学术搜索；钱学森图书馆馆藏文献；中国知网；中外文核心期刊查询系统； （三）方法描述： (1)分子印迹技术：以某一特定的目标分子为模板，制备对该分子具有特异 选择性识别的聚合物。传统方法是将模板分子、功能单体、交联剂混合 在一起，聚合后再除去模板分子。 (2)SMILBL方法：模板分子与聚电解质在溶液中组装形成超分子复合物， 然后以此超分子复合物为构筑基元，与感光性高分子如重氮树脂（DAR） 通过常规交替层状组装形成聚合物多层膜，利用聚合物多层膜之间的光 化学反应形成稳定的多层膜，然后去除模板分子得到分子印迹交替组装 薄膜。以下是几种表面分子印迹交替层状组装薄膜的构建方法： （a）基于静电作用的单电荷分子非常规交替层状组装：将溶液中的静电负荷与界面交替沉寂相结合。例如以蒽丙酸钠作为待组装单电 荷分子，先在水溶液中将其与聚阳离子进行预组装，以此为基元 与聚阴离子交替组装，形成复合物多层膜。其中的蒽丙酸钠小分 子可通过盐溶液浸泡释放出来，形成选择性吸附负电荷分子的多 层膜。 （b）基于静电作用的交替层状组装表面印迹多层膜：解决了上述方法洗脱小分子后多层膜体系坍塌问题的一种方法。例如以带多个正 电荷Por为模板分子，先将其与聚阴离子PAA静电结合形成超分 子混合物，以此为基元与具光反应性的重氮树脂DAR交替层状 组装制备多层膜；再通过紫外光照射，重氮基团与聚丙烯酸的羧 基发生原位光化学反应，将静电力转化为化学键，从而极大提高 多层膜的稳定性。 （c）基于多价相互作用的交替组装表面印迹多层膜：为进一步提高SMILBL薄膜的选择性，引入基于氢键的多重相互作用来实现对 有相似结构分子的选择性吸附。例如选取具有多个氢键的模板分 子---茶碱衍生物，通过可逆的二硫键接枝到PAA聚合物链上形成 前驱体，再通过溶液中预组装使前驱体通过氢键识别形成共价键- 氢键复合物，再将它与DAR进行交替沉积得到多层膜。经光交 联及打断二硫键洗脱茶碱残基后，就实现了在交替沉积薄膜中构 筑稳定的具有多识别位点的结合空腔，从而可识别结构相近的茶 碱生物分子。
《薄膜材料与薄膜技术》复习题
《薄膜材料与薄膜技术》复习题 1.薄膜材料与体材料的联系与区别。 1. 薄膜所用原料少，容易大面积化，而且可以曲面加工。例：金箔、饰品、太阳能电池，GaN，SiC，Diamond 2. 厚度小、比表面积大，能产生许多新效应。如：极化效应、表面和界面效应、耦合效应等。 3. 可以获得体态下不存在的非平衡和非化学计量比结构。如：Diamond: 工业合成, 2000℃，5.5万大气压, CVD生长薄膜:常压，800度.Mgx Zn1-x O: 体相中Mg的平衡固溶度为0.04, PLD法生长的薄膜中，x可0~1. 4. 容易实现多层膜，多功能薄膜。如：太阳能电池、超晶格： GaAlAs/GaAs 5. 薄膜和基片的粘附性，一般由范德瓦耳斯力、静电力、表面能（浸润）和表面互扩散决定。范德瓦耳 2. 真空度的各种单位及换算关系如何？ ●1pa=1N/m2(1atm)≈1.013×105Pa(帕) ●1Torr≈1 / 760atm≈1mmHg ●1Torr≈133Pa≈102 Pa ● 1bar = 0.1MPa 3. 机械泵、扩散泵、涡轮分子泵和低温泵的工作原理是什么？ 旋片式机械泵 工作过程： 1.气体从入口进入转子和定子之间 2.偏轴转子压缩空气并输送到出口 3.气体在出口累积到一定压强，喷出到大气 工作范围及特点： Atmosphere to 10-3 torr 耐用，便宜 由于泵的定子、转子都浸入油中，每周期都有油进入容器，有污染。 要求机械泵油有低的饱和蒸汽压、一定润滑性、黏度和高稳定性。 油扩散泵 1. 加热油从喷嘴高速喷出，气体分子与油分子碰撞实现动量转移，向出 气口运动，或溶入油中，油冷凝后，重新加热时，排出溶入的气体，并 由出气口抽出； 2. 需要水冷，前级泵 3. 10-3 to 10-7 Torr (to 10-9 Torr，液氮冷阱) 优点：耐用、成本低，抽速快无震动和声音 缺点：油污染 涡轮分子泵特点： 1. 气体分子被高速转动的涡轮片撞击，向出口运动 2.多级速度：30,000-60,000 rpm.转子的切向速度与分子运动速率相当 3. Atmosphere to 10-10 Torr 4. 启动和关闭很快 5. 无油，有电磁污染 6. 噪声大、有振动、比较昂贵.