薄膜物理
物理气相沉积（PVD）：利用某种物理过程，如物质的热蒸发或在受到粒子轰击时物质表面原子的溅射等现象，实现物质原子到薄膜的可控转移的过程。
PVD法:
方法的核心点：薄膜材料通过物理方法产生并输运到基体表面的镀膜方法；通常是固体或熔融源；一般来说，在气相或衬底表面没有化学反应；
需要相对较低的气体压力环境：
a)其他气体分子对于气相分子的散射作用较小；
b)气相分子的运动路径近似为一条直线；
c)气相分子在衬底上的沉积几率接近100%。
代表性技术：蒸发镀膜、溅射镀膜；技术特点：真空度高、沉积温度低、设备相对比较简单。薄膜质量可控度小、表面容易不均匀。
物理吸附：物理吸附时吸附物与吸附剂间通过范德华力结合。
物理吸附的特点：（1）范德华力是一种静电力，具有长程作用的性质。吸附距离较远，双原子分子可达0.4nm；（2）温度和气压对吸附速度影响大，通常在低温时发生吸附，高温时解吸；（3）由于范德华力可存在于任何两个分子之间，所以物理吸附可发生在任何固体表面上，而且物理吸附可很快达到平衡；（4）不发生电荷转移、吸附热小，可以是单层或多层吸附；（5）发生物理吸附时，第一个吸附层与基片的结合能是本征吸附，以后的层间结合能渐变为吸附材料自身的内聚能。
化学吸附：化学吸附是有电荷转移或共有发生（化学吸附的本质），即吸附原子在基片表面发生了化学反应，有新的化合物产生，或者由于吸附原子的存在使基片表面化学性质发生了变化。
化学吸附的特点：（1）吸附时放热量较大，接近于化学反应，可高达5eV以上，可与反应热接近；（2）吸附时对气体的选择性很大；（3）温度对吸附速度影响大，低温下不易达到吸附平衡，吸附与解吸的速度慢，即吸附的激活能大，要在高温下解吸；（4）吸附层一般只有单分子厚（形成化学键），但当出现互扩散时，则形成多原子层的化学吸附。
微滴理论的基本思想是将一般气体在固体表面上凝结成微液滴的核形成理论(类似于毛细管湿润)应用到薄膜形成过程中的核形成研究。这种理论采用蒸气压、界面能和湿润角等宏观物理量，从热力学角度处理核形成问题。
统计理论：该理论认为临界核非常小，由1-10 个原子组成，故可以不考虑表面能和接触角，而只考虑原子与基片之间的相互作用。把原子团看作宏观分子，分析在成核过程中原子与原子之间，原子与基片原子之间的相互作用。
两种理论的比较：两种理论所依据的基本概念相同，因此成核速率公式形式上相同。
2、两种理论所用的能量不相同，
微滴——自由能ΔG，原子——结合能两者相差一个熵值
微滴理论认为原子团尺寸变化时是连续的，表面能量是连续变化的。
原子理论则认为原子团尺寸变化时是不连续的，吸附原子能的能量变化是跳跃式的。
3、两种理论提出的模型不相同
微滴——理想化的简单几何模型
原子——原子组合模型
4、微滴理论适合于大尺寸临界核，原子理论适合于小尺寸临界核。
5、两种理论都能正确预示了成核速率，临界核能量，基片温度与基片性质的关
系。（原子团较小时，原子模型接近实际情况）
溅射薄膜的形成过程：a、入射原子将自己的动能转移给基板晶格原子，并形成吸附原子；
b、吸附原子在基板表面迁移、扩散，并与晶格原子或已经吸附原子交换能量，或者再蒸发或溅射而脱离表面；或者进入低能状态停留于表面；
c、形成晶核，并通过扩散（表面，体）使晶核长大；
d、形成小岛（稳定核长大形成→长大为较大岛）；
e、逐渐形成连续薄膜。原子来源：a、入射原子b、吸附表面原子c、扩散、迁移原子
磁控溅射：特点1）高的沉积速率，比二极溅射高100倍；离化率从0.3-0.5%增加到5-6%（2）基片温升低，可对塑料基片、光刻胶等进行溅射3）基片的辐照损伤低
4）工作气压可下降2个数量级，10Pa →0.5Pa（5）靶的平均电流密度高
射频溅射：优点：A、淀积导体、半导体、绝缘体在内的所有材料；B、击穿电压及维持放电电压均很低；C、工作气压低(~1/10直流)D、电子作振荡运动，增加了碰撞几率，便于吸收能量，E、不需要二次电子来维持放电。
缺点：靶上发射的二次电子对基片的辐照损伤没有消除。
CVD 与PVD 相比较，具有以下优点：1 、沉积装置相对简单2 、可在低于熔点或分解温度下制备各种高熔点的金属薄膜和碳化物、氮化物、硅化物薄膜及氧化物薄膜，可实现高温材
料的低温生长3 、适合在形状复杂表面及孔内镀膜4 、成膜所需源物质，相对来说较易获得
什么是LB技术？LB薄膜的种类？LB薄膜的特点？
LB薄膜的特点：LB薄膜中分子有序定向排列，这是一个重要特点；很多材料都可以用LB技术成膜，LB膜有单分子层组成，它的厚度取决于分子大小和分子的层数；通过严格控制条件，可以得到均匀、致密和缺陷密度很低的LB薄膜，设备简单，操作方便。
原理：Langmuir-Blodgett技术（LB技术）是指把液体表面的有机单分子膜转移到固体衬底表面上的一种成膜技术。得到的有机薄膜称为LB薄膜。
阳极氧化镀膜和电镀的原理和特点？
电镀：电镀过程的特点：膜层缺陷：孔隙、裂纹、杂质污染、凹坑等；上述缺陷可以由电镀工艺条件控制；限制电镀应用的最重要因素之一是拐角处镀层的形成；在拐角或边缘电镀层厚度大约是中心厚度的两倍；多数被镀件是圆形，可降低上述效应的影响。原理：两个电极浸入电解液中，并连接外部直流电源；如果金属A与电解液的组合适当，金属A将溶解，形成金属离子A+；在直流电流的驱动下，金属离子A+迁移到B；在基片B，金属离子得到电子被还原。
金属或合金在适当的电解液中作为阳极，并施加一定的直流电压，由于电化学反应在阳极表面形成氧化物薄膜的方法，称为阳极氧化技术。
薄膜物理与技术A卷答案
《薄膜物理与技术》A卷试题参考答案及评分细则 一、名词解释：（本题满分20分，每小题5分） 1、饱和蒸汽压 在一定温度下（1分），真空室内蒸发物质的蒸气与固体或液体平衡过程中（2分）所表现出的压力称为该物质的饱和蒸气压。（2分） 2、溅射 是指荷能粒子轰击固体物质表面（靶），（1分）并在碰撞过程中发生动能与动量的转移，（2分）从而将物质表面原子或分子激发出来的过程。（2分） 3、化学气相沉积 把含有构成薄膜元素的一种或几种化合物的单质气体供给基片（2分），利用热、等离子体、紫外线、激光、微波等各种能源（2分），使气态物质经化学反应形成固态薄膜。（1分）。 4、外延生长 外延生长技术就是在一块半导体单晶片上（2分）沿着单晶片的结晶轴方向生长（2分）一层所需要的薄单晶层。（1分） 二、简答题：（本题满分80分） 1、什么叫真空？写出真空区域的划分及对应的真空度（10分） 答：真空是指低于一个大气压的气体空间。（2分） 对真空的划分： 1）粗真空：105－102Pa；（2分） 2）低真空：102－10-1Pa；（2分） 3）高真空：10-1－10-6Pa；（2分） 4）超高真空：＜10-6Pa。（2分） 2、什么是真空蒸发镀膜法？其基本过程有哪些？（10分） 答：真空蒸发镀膜法(简称真空蒸镀)是在真空室中，加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子从表面气化逸出（2分），形成蒸气流，入射到基片表面，凝结形成固态薄膜的方法。（2分）其基本过程包括： （1）加热蒸发过程。包括凝聚相转变为气相的相变过程。（2分） （2）输运过程，气化原子或分子在蒸发源与基片之间的输运。（2分） （3）蒸发原子或分子在基片表面的淀积过程，即使蒸气凝聚、成核、核生长、形成连续薄膜。（2分） 3、简述磁控溅射的工作原理。（10分） 答：磁控溅射的工作原理是：电子e在电场E作用下，在飞向基板过程中与氩原子发生碰撞，使其电离出Ar＋和一个新的电子e，电子飞向基片，Ar＋在电场作用下加速飞向阴极靶，（2分）并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子则淀积在基片上形成薄膜。（2分） 二次电子e1一旦离开靶面，就同时受到电场和磁场的作用。一般可近似认为：二次电子在阴极暗区时，只受电场作用；一旦进入负辉区就只受磁场作用。（2分）
《油层物理》模拟题
《油层物理》模拟题 一、填空题 1、地层油的特点是处于地层、下，并溶有大量的。 2、在高压下，天然气的粘度随温度的升高而，随分子量的增加而。 3、岩石粒度组成的分析方法主要有、和。 4、与接触脱气相比，多级分离的特点是分离出的气量，轻质油组分，得到的地面油量。 5、当岩石表面亲水时，毛管力是水驱油的；反之，是水驱油的。 6、根据苏林分类法，地层水主要分为型、型、型和型。 7、天然气在原油中的溶解度主要受、、等的影响。 8、砂岩的胶结类型主要有、和三种，其中的胶结强度最大。。 9、火烧油层的方式主要有、和。 10、单组分烃的相图实际是该烃的线，该曲线的端点称为。 11、流度比的值越，越有利于提高原油采收率。 12、对应状态定律指出：在相同的和下，所有的纯烃气体都具有相同的。 13、油藏的驱动方式以命名。 14、一般而言，油越稠，油水过渡带越。其依据的公式是。 15、储层岩石的“孔渗饱”参数是指岩石的、和。 16、单组分气体在液体中的溶解服从定律。 二、名词解释 1、砂岩的粒度组成 2、地层油的等温压缩系数 3、润湿 4、平衡常数 5、贾敏效应 6、两相体积系数 7、压缩因子 8、溶解气油比 9、相对渗透率 10、波及系数 11、润湿反转 12、天然气的等温压缩系数 13、驱替过程 14、吸附 15、相渗透率 16、洗油效率 17、毛管力18、流度比 19、岩石的比面 20、界面张力 三、做图题 1、画出双组分烃的相图，标出临界点、气相区、液相区和两相区的位置，并简要说明其相态特征。
2、画出典型的油水相对渗透率曲线，标出三个区，并简单描述其分区特征。 3、画出单组分烃的相图，并标出临界点、气相区、液相区和两相区的位置。 4、画出典型的毛管力曲线，并标出阈压、饱和度中值压力、最小湿相饱和度。 5、岩石(a)、(b)分别放入水中，岩石下部有一油滴，形状如下图所示，试画出润湿角？并说明两岩石的润湿性？ 四、简答题 1、简要说明油水过渡带含水饱和度的变化规律，并说明为什么油越稠油水过渡带越宽？ 2、简要说明提高原油采收率的途径，并结合现场实际，给出现场应用的两种提高采收率方法。 3、什么是气体滑动效应？它对渗透率的测量有何影响？ 4、给出两种判断岩石润湿性的方法，并简要说明其判断的依据。 5.结合自己的工作实际，各举一例说明贾敏效应的利与弊。 五、计算题 1、设某天然气的摩尔组成和临界参数如下： (1)、天然气的视分子量； (2)、天然气的相对密度(空气的分子量为29)； (3)、该天然气在50℃、10MPa下的视对应温度和视对应压力。 2、一柱状岩心，长度L=5cm，直径d=2cm，岩心被100%地饱和粘度μw=1mPa.s的盐水，当岩心两端压差ΔP=0.05MPa 时，测得的流量为Q w=18.84cm3/min.，求该岩心的渗透率。 3．设一直径为2.5cm，长度为3cm的圆柱形岩心，用稳定法测定相对渗透率，岩心100%饱和地层水时，在0.3MPa 的压差下通过的地层水量为0.8cm3/s；当岩心中含水饱和度为30%时，在同样的压差下，水的流量为0.02 cm3/s，油的流量为0.2 cm3/s。油粘度为：3mPa.s，地层水的粘度为1mPa.s。求： (1)岩石的绝对渗透率？ (2)Sw=30%时油水的有效渗透率、相对渗透率？ 4某油藏藏含油面积A=15km2，油层有效厚度h=10m，孔隙度φ=20%，束缚水饱和度S wi=20%，在原始油藏压力
ZnO薄膜的主要性质
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟 ZnO 薄膜的主要性质 于激子带边发射,绿光发射则与ZnO 表层中以O 空位为主的深能级有关。ZnO 在可见光波段的吸收和发射光谱可参见文献。 电学性质未掺杂ZnO 薄膜室温载流子浓度主要取决于充当浅施主的间隙Zn 原子浓度。ZnO 薄膜的p 型掺杂是个备受关注的课题。Y.R.Ryu 等人用PLD 法 在GaAs 衬底上掺杂As 制得p-ZnO,受主浓度为1017~1021cm-3,紧束缚带边发射峰分别在3.32 eV 和3.36 eV[17]。M. Joseph 等人在400℃下用PLD 法进行Ga、N 共掺杂实现p 型转变,以ZnO(ω(Ga2O3)=5%)为靶材,N2O 为N 源, 进行电子回旋共振活化,p-ZnO 室温电阻率为0.5 Ω-cm,受主浓度为4 乘以1019 cm-3。T.Aoki 用准分子激光掺杂技术获得p-ZnO。 ZnO 薄膜的电学特性与制备方法及后续工艺条件有直接的依赖关系。电子束 蒸发制备的Al 掺杂ZnO 薄膜的电子浓度在1019~1021cm-3,室温电阻率为10-4 Ω-cm。溅射法制备AZO 薄膜的电学特性与溅射功率有很大关系。溅射 功率越大,薄膜的质量越好,这主要是因为溅射功率的提高有助于薄膜缺陷的减少, 增大晶粒尺寸,晶界的散射作用减轻,增大了载流子的平均自由程,从而使迁移率增大,薄膜的薄层电阻降低。反应溅射过程中,氧分压太低,薄膜的缺陷密度较高;氧 分压太高,薄膜的电阻率上升很快,通常在1~2mPa 比较合适。同样掺杂情况 下,ZnO 的施主浓度和受主浓度低于GaN,并且ZnO 的杂质、点缺陷以及位错的 浓度也低于GaN。ZnO 主要有导带底以下30meV、60meV 和340meV 三个施主能级。间隙Zn 原子是主要的浅施主,Vo 是深能级施主。总之,在点缺陷和位错浓 度低的情况下,ZnO 薄膜有较好的电学性质。
油层物理复习题答案
《油层物理》综合复习资料 一、名词解释 1、相对渗透率：同一岩石中，当多相流体共存时，岩石对每一相流体的有效渗透率与岩石绝对渗透率的比值。 2、润湿反转：由于表面活性剂的吸附，而造成的岩石润湿性改变的现象。 3、泡点：指温度（或压力）一定时,开始从液相中分离出第一批气泡时的压力（或温度）。 4. 流度比：驱替液流度与被驱替液流度之比。 5、有效孔隙度：岩石在一定的压差作用下，被油、气、水饱和且连通的孔隙体积与岩石外表体积的比值。 6、天然气的压缩因子：在一定温度和压力条件下,一定质量气体实际占有的体积与在相同条件下理想气体占有的体积之比。 7、气体滑动效应：在岩石孔道中,气体的流动不同于液体。对液体来讲,在孔道中心的液体分子比靠近孔道壁表面的分子流速要高；而且,越靠近孔道壁表面,分子流速越低；气体则不同,靠近孔壁表面的气体分子与孔道中心的分子流速几乎没有什么差别。Klinbenberg把气体在岩石中的这种渗流特性称之为滑动效应,亦称Klinkenberg效应。 8、毛管力：毛细管中弯液面两侧两相流体的压力差。 9、润湿：指液体在分子力作用下在固体表面的流散现象。 10、洗油效率：在波及范围内驱替出的原油体积与工作剂的波及体积之比。 11、束缚水饱和度：分布和残存在岩石颗粒接触处角隅和微细孔隙中或吸附在岩石骨架颗粒表面的不可能流动水的体积占岩石孔隙体积的百分数称为束缚水饱和度。 12、地层油的两相体积系数：油藏压力低于饱和压力时，在给定压力下地层油和其释放出气体的总体积与它在地面脱气后的体积之比。 13、吸附：溶质在相界面浓度和相内部浓度不同的现象。 二、填空题 1、1、润湿的实质是_固体界面能的减小。 2、天然气的相对密度定义为：标准状态下，天然气的密度与干燥空气的密度之比。 3、地层油的溶解气油比随轻组分含量的增加而增加，随温度的增加而减少；当压力小于泡点压力时，随压力的增加而增加；当压力高于泡点压力时，随压力的增加而不变。 4、常用的岩石的粒度组成的分析方法有：筛析法和沉降法。 5、地层水依照苏林分类法可分为氯化钙、氯化镁、碳酸氢钠和硫酸钠四种类型。 6、砂岩粒度组成的累计分布曲线越陡，频率分布曲线尖峰越高，表示粒度组成越均匀; 7、灰质胶结物的特点是遇酸反应；泥质胶结物的特点是遇水膨胀,分散或絮凝；硫酸盐胶结物的特点是_高温脱水。 8、天然气的体积系数远远小于1。 9、同一岩石中各相流体的饱和度之和总是等于1。 10、对于常规油气藏，一般，地层流体的B o＞1，B w≈1，B g<< 1 11、地层油与地面油的最大区别是高温、高压、溶解了大量的天然气。 12、油气分离从分离原理上通常分为接触分离和微分分离两种方式。 13、吸附活性物质引起的固体表面润湿反转的程度与固体表面性质、活性物质的性质、活性物质的浓度等因素有关。
薄膜物理与技术
第一章真空技术基础 1、膜的定义及分类。 答：当固体或液体的一维线性尺度远远小于它的其他二维尺度时，我们将这样的固体或液体称为膜。通常，膜可分为两类： （1）厚度大于1mm的膜，称为厚膜； （2）厚度小于1mm的膜，称为薄膜。 2、人类所接触的真空大体上可分为哪两种？ 答：（1）宇宙空间所存在的真空，称之为“自然真空”；（2）人们用真空泵抽调容器中的气体所获得的真空，称之为“人为真空”。 3、何为真空、绝对真空及相对真空？ 答：不论哪一种类型上的真空，只要在给定空间内，气体压强低于一个大气压的气体状态，均称之为真空。完全没有气体的空间状态称为绝对真空。目前，即使采用最先进的真空制备手段所能达到的最低压强下，每立方厘米体积中仍有几百个气体分子。因此，平时我们所说的真空均指相对真空状态。 4、毫米汞柱和托？ 答：“毫米汞柱（mmHg）”是人类使用最早、最广泛的压强单位，它是通过直接度量长度来获得真空的大小。1958 年，为了纪念托里拆利，用“托（Torr）”，代替了毫米汞柱。1 托就是指在标准状态下，1 毫米汞柱对单位面积上的压力，表示为1Torr=1mmHg。 5、真空区域是如何划分的？ 答：为了研究真空和实际使用方便，常常根据各压强范围内不同的物理特点，把真空划分为以下几个区域：（1）粗真空：l′105 ~ l′102 Pa，（2）低真空：l′102 ~ 1′10-1Pa，（3）高真空：l′10-1 ~ 1′10-6Pa和（4）超高真空：< 1′10-6Pa。 6、真空各区域的气体分子运动规律。 答：（1）粗真空下，气态空间近似为大气状态，分子仍以热运动为主，分子之间碰撞十分频繁；（2）低真空是气体分子的流动逐渐从黏滞流状态向分子状态过渡，气体分子间和分子和器壁间的碰撞次数差不多；（3）高真空时，气体分子的流动已为分子流，气体分子和容器壁之间的碰撞为主，而且碰撞次数大大减少，在高真空下蒸发的材料，其粒子将沿直线飞行；（4）在超高真空时，气体的分子数目更少，几乎不存在分子间的碰撞，分子和器壁的碰撞机会也更少了。 7、何为气体的吸附现象？可分几类、各有何特点？ 答：气体吸附就是固体表面捕获气体分子的现象，吸附分为物理吸附和化学吸附。 （1）物理吸附没有选择性，任何气体在固体表面均可发生，主要靠分子间的相互吸引力引起的。物理吸附的气体容易发生脱附，而且这种吸附只在低温下有效；（2）化学吸附则发生在较高的温度下，和化学反应相似，气体不易脱附，但只有当气体中的原子和固体表面原子接触并形成化合键时才能产生吸附作用。 8、何为气体的脱附现象？ 答：气体的脱附是气体吸附的逆过程。通常把吸附在固体表面的气体分子从固体表面被释放出来的过程叫做气体的脱附。 9、何为电吸收和化学清除现象？ 答：电吸收是指气体分子经电离后形成正离子，正离子具有比中性气体分子更强的化学活泼性，因此常常和固体分子形成物理或化学吸附；化学清除现象常在活泼金属（如钡、铁等）固体材料的真空蒸发时出现，这些蒸发的固体材料将和非惰性气体分子生成化合物，从而产生化学吸附。 10、影响气体在固体表面吸附和脱附的主要因素
中国石油大学(北京)《油层物理》期末考试试卷
中国石油大学（北京）2008 —2009学年第二学期 《油层物理》期末考试试卷A（闭卷考试）班级：姓名：学号：分数： (试题和试卷一同交回) 一.解释下列名词与基本概念（每题3分，共12分） 1.原油相对密度 2.露点压力 3.克氏渗透率 4.双重孔隙介质 二.简述题（每题8分，共24分） 1.水敏、速敏的含义各是什么？ 2.简述岩石润湿性特征的相对性和可变性，并举例说明。 3.试举例说明等渗点的定义及其渗流物理涵义。 三．论述题（每题8分，共16分） 1.什么是饱和压力？在油藏开发过程中，一般需要控制地层压力高于还是低于饱和压力？为什么？ 2.论述地层原油粘度随溶解气油比和压力的变化规律（注意区分当压力低于饱和压力或高于饱和压力时）。 四．计算与求证（每题12分，共48分） 1.某油藏含油面积为A=14.4km2, 油层有效厚度h=11m, 孔隙度φ=0.21，束缚水饱和度S wi= 0.3, 原油体积系数B o=1.2，原油相对密度d420=0.87, 试计算该
油藏的原油储量（地面体积）为多少m3（8分）, 合多少吨？（4分） 2.当储层中只含有油水两相时，储层岩石的综合弹性压缩系数C t为： C t = C f + C Lφ= C f+(C o S o+ C w S w)φ 式中：C L, C f ——分别为储层流体与储层岩石的压缩系数，MPa-1 C o, C w ——分别为储层中油、水的压缩系数，MPa-1 φ——岩石孔隙度，小数。 试求证：C L=C o S o + C w S w 3.在一砂岩岩样上测得油、水相对渗透率数据如下表。 试计算或回答下列问题：（1）、驱油效率。(4分) （2）、若岩芯的绝对渗透率185毫达西，求Sw＝50％时油、水的有效渗透率。(4分) （3）、如果水的粘度μw=1.1mPa.s，油的粘度μo=1.9mPa.s，计算Sw=64.4%时的水的分流量fw。(4分) 4.实验室内由水驱气实验资料确定的J(Sw)函数如下表： 已知油藏数据：孔隙度Φ=0.30,渗透率K=300×10μm，天然气密度ρg=24kg/m3；水的密度ρw=1000kg/m3;气-水界面张力σgw=45dyn/cm，气-水接触角θgw=0°。试计算气藏气-水过渡带厚度。
材料物理复习题
1. 简述物理气相沉积薄膜的物理过程 一般，单个气相原子的动能（22 1 mv E k = ）大于基体中一个原子的动能（kT 23 ），若发生碰撞，入射原子能快速交出多余的能量，则易被吸附。吸附过程包括物理吸附和化学吸附，物理吸附依靠德华力，作用围约为0.4nm ；化学吸附依靠吸附原子和基体表面原子间形成的化学键，作用围小（0.1~0.3nm ），吸附能较大，解吸较前者困难。单个气相原子吸附在基体上后，由几个被吸附的单个原子相互结合形成各种大小不一的小原子团（凝结相），小原子团长大为晶核，晶核继续长大，形成不连续薄膜，进而得到连续薄膜。 2. 简述: 临界核概念; 微滴理论; 原子理论; 表面结构驰豫和重构 ①要形成薄膜，需有特殊的小原子团产生，这种小原子团不分解出单原子或双原子等，是稳定的，称为稳定核。临界核比最小稳定核少一个原子，由薄膜材料和基片种类决定。 ②将吸附在基片表面的原子团视为微小的凝聚滴（如图），由热力学理论知，形成这个微滴时总自由能的变化为：?G=a 3r 3g v +a 1r 2σ0+a 2r 2σ1-a 2r 2σ2 只有 r >r*→ ?G ↓→才稳定 v v v d G a r g a r a r a r dr a a a r a g a a a G a g σσσσσσσσσ23102122102122310212222 3 32220234 27** ?=++-=-+-∴= +-?=3 （） 微滴的临界半径（） 总自由能变化最大值
在基片单位表面上吸附的原子数（原子密度）为： 成核速率为 当原子数>100个以上的微滴，其表面能和自由能可以用块状材料的相应数值。 ③当小于100个以下，甚至几个原子的微滴时，需用原子理论。 成核速率∝临界核密度×每个核的捕获围×吸附原子向临界核的总速度 由统计理论，临界核密度: s v v v v a r a r G r r f G r f g G f r g r d G r G f dr g πθπθπθπθθθ πσπθσπθπθσσπθσ2 1222232 20 033203 002cos 2cos sin sin 23cos cos 4()4 4 ()3 1 ()3 20, 16()/3**=?==?=-+∴?= =?=∴?=+?=?=-?=假设微滴为球帽形 （1-）面积（1-） 面积（）=4形成该微滴后，体系总的自由能变化 4（） v g 2 f G θθσσθσθσσσσσ2010()00cos 0*==??==+=∴↑≥?22201 当时，完全润湿，，即形成稳定核无需克服能量位垒，由，可知，则最大。 基片表面上有台阶、微裂缝等，有助于（+）促进成核p P R R E kT v τ0 1 ( )exp(/)==1n x P P I n An v I Zn An v Z E E G v I Zn a R r v kT πθ111 000 (2sin )exp() **** ∝?=---∴=-2 比例系数，约为10微滴的表面能和体积的自由能变化用块材数值不？ ()()10100111101000exp /i 0exp /exp /基片单位面积上的吸附点数 基片单位面积上吸附的单原子密度临界核的结合能 -临界核中的原子数目 不计入吸附能的单原子位能. 令，则：（）i i i i i i i i i i n n n E iE kT n n n E E n n E n n E iE kT n E kT n n * *????=- ?????----??????==-= ? ??? ????
薄膜物理与技术课程教学大纲
薄膜物理与技术课程教学大纲 一、课程说明 （一）课程名称、所属专业、课程性质、学分； 课程名称：薄膜物理与技术 所属专业：电子器件与材料工程 课程性质：必修课 学分：3 （二）课程简介、目标与任务； 本课程讲授薄膜的形成机制和原理、薄膜结构和缺陷、薄膜各项物理性能和分析方法等物理内容；讲授薄膜各种制备技术。通过本课程学习，使学生具备从事电子薄膜、光学薄膜、以及各种功能薄膜研究与开发的能力 （三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接； 《量子力学》、《热力学与统计物理》、《固体物理》、《电子技术》、《电路分析》等。 （四）教材与主要参考书。 教材：杨邦朝，王文生. 《薄膜物理与技术》，成都：电子科技大学出版社，1994 主要参考书：1.陈国平.《薄膜物理与技术》，东南大学出版社，1993 2.田民波，薄膜技术与薄膜材料，清华大学出版社，2006-8 二、课程内容与安排 本课程全部为课堂讲授。重点：真空的获得和真空测量的工作原理；物理气相沉积和化学气相沉积的原理及方法；薄膜生长的机理。 难点：磁控溅射的机理及控制；MOCVD技术；薄膜形成过程的机理 （一）绪论2学时 1、薄膜的概念和历史 2、薄膜材料与薄膜技术的发展 3、薄膜科学是边缘交叉学科 4、薄膜产业是腾飞的高科技产业
（二）真空技术基础2学时 1、真空的基本知识 2、真空的获得 3、真空的测量 （三）真空蒸发镀膜4学时 1、真空蒸发原理 2、蒸发源的蒸发特性及膜厚分布 3、蒸发源的类型 4、合金及化合物的蒸发 5、膜厚和淀积速率的测量与控制 （四）溅射镀膜4学时 1、溅射镀膜的特点 2、溅射的基本原理 3、溅射镀膜类型 4、溅射镀膜的厚度均匀性 （五）离子镀膜2学时 1、离子镀原理 2、离子镀的特点 3、离子轰击的作用 4、离子镀的类型 （六）化学气相沉积镀膜4学时 1、化学气相沉积的基本原理 2、化学气相沉积的特点 3、化学气相沉积方法简介 4、低压化学气相沉积 5、等离子体化学气相沉积 6、其他化学气相沉积 （七）溶液镀膜法2学时 1、化学反应沉积 2、阳极氧化法
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：
2008春季学期 薄膜物理 试题A卷试题 答案
2008春季学期 薄膜物理 试题A 卷试题 答案 一、填空题 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 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 薄膜形成与生长的三种模式：层状生长，岛状生长，层状-岛状生长 在气体成分和电极材料一定条件下，起辉电压V 只与 气体的压强P 和 电极距离 的乘积有关。 二、解释下列概念 1、气体分子的平均自由程 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： 称为平均自由程， 2、饱和蒸气压：在一定温度下，真空室内蒸发物质与固体或液体平衡过程中所表现出的压 力。 3、凝结系数： 当蒸发的气相原子入射到基体表面上，除了被弹性反射和吸附后再蒸发的原子之外，完全被基体表面所凝结的气相原子数与入射到基体表面上总气相原子数之比。 4、物理气相沉积法：物理气相沉积法 (Physical vapor deposition)是利用某种物理过程，如物质的蒸发或在受到粒子轰击时物质表面原子的溅射等现象，实现物质原子从源物质到薄膜的可控转移的过程 5、溅射：溅射是指荷能粒子轰击固体表面 (靶)，使固体原子(或分子)从表面射出的现象 三、回答下列问题 1、真空的概念？怎样表示真空程度，为什么说真空是薄膜制备的基础？ 在给定的空间内，气体的压强低于一个大气压的状态，称为真空 真空度 、压强、气体分子密度：单位体积中气体分子数；气体分子的平均自由程；形成一个分子层所需的时间等 物理气相沉积法中的真空蒸发、溅射镀膜和离子镀等是基本的薄膜制备技术。它们均要求沉积薄膜的空间有一定的真空度。 2、讨论工作气体压力对溅射镀膜过程的影响？ 在相对较低的压力下，电子的平均自由程较长，电子在阳极上消耗的几率增大，通过碰撞过程引起气体分子电离的几率较低。同时，离子在阴极上溅射的同时发射出二次电子的几率又由于气压较低而相对较小。这些均导致低压条件下溅射的速率很低。 在相对较低的压力下，入射到衬底表面的原子没有经过很多次碰撞，因而其能量较高，这有利于提供沉积时原子的扩散能力，提供沉积组织的致密性 在相对较高的压力下，溅射出来的靶材原子甚至会被散射回靶材表面沉降下来，因而沉积到衬底的几率反而下降 在相对较高的压力下，使得入射原子的能量降低，这不利于薄膜组织的致密化 溅射法镀膜的沉积速率将会随着气压的变化出现一个极大值 n 2 21 πσλ=
薄膜物理与技术
薄膜物理与技术 第一章 1、真空：低于一个大气压的气体空间。P1 2、真空度与压强的关系：真空度越低，压强越高。P1 3、1Torr = 1/760 atm =133.322Pa.（或1Pa=7.5×10-3Torr）P2 4、平均自由程：每个分子在连续两次碰撞之间的路程。P5 5、余弦定律：碰撞于固体表面的分子，它们飞离表面的方向与原入射方向无关，并按与表 面法线方向所成角度θ的余弦进行分布。P7 6、极限压强（或极限真空）：对于任何一个真空系统而言，都不可能得到绝对真空（p=0）， 而是具有一定的压强。P7 7、抽气速率：在规定压强下单位时间所抽出气体的体积，它决定抽真空所需要的时间。P7 8、机械泵的原理：利用机械力压缩和排除气体。P8 9、分子泵的工作原理：靠高速转动的转子碰撞气体分子并把它驱向排气口，由前级泵抽走， 而使被抽容器获得超高真空。P13 第二章 1、真空蒸发镀膜的三个基本过程：P17 （1）加热蒸发过程：…… （2）气化原子或分子在蒸发源与基片之间的输运：…… （3）蒸发原子或分子在基片表面上的淀积过程：…… 2、为什么真空蒸发镀膜的三个过程必须在空气非常稀薄的真空环境中进行？P18 答：如果不是真空环境，蒸发物原子或分子将与大量空气分子碰撞，使膜层受到严重污染，甚至形成氧化物；或者蒸发源被加热氧化烧毁；或者由于空气分子的碰撞阻挡，难以形成均匀连续的薄膜。 3、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。P18 4、蒸发温度：物质在饱和蒸气压为10-2托时的温度。P18 5、碰撞几率：。P23 6、点蒸发源：能够从各个方向蒸发等量材料的微小球状蒸发源。P25-27 计算：公式2-28、2-33 7、蒸发源与基板的相对位置配置P33 （1）点源与基板相对位置的配置：为了获得均匀膜厚，点源必须配置在基板所围成的球体中心。 （2）小平面源与基板相对位置的配置：当小平面源为球形工作架的一部分时，该小平面蒸发源蒸发时，在内球体表面上的膜厚分布是均匀的。 （3）大、小面积基板和蒸发源的配置。 8、对蒸发源材料的要求：①熔点要高；②饱和蒸气压低；③化学性能稳定，在高温下不应 与蒸发材料发生化学反应；④具有良好的耐热性，热源变化时，功率密度变化较小；⑤原料丰富，经济耐用。P35、37 9、表2-5 适合于各种元素的蒸发源（蒸发源材料）。P36 10、外延：在适当的衬底与合适条件下，沿衬底材料晶轴方向生长一层结晶结构完整的新单 晶层薄膜的方法。P46 11、同质外延：外延薄膜和衬底属于同一物质；异质外延：外延薄膜和衬底属于不同物质。
油层物理学试卷
油层物理学试卷 一、名词解释 界面张力：单位面积界面上具有的界面能称为比界面能，比界面能可看作是作用于单位界面长度上的力，称为界面张力。 压缩因子：在给定温度和压力条件下，实际气体所占有的体积与理想气体所占有的体积之比，即：Z= 一次采油：指依靠天然能量开采原油的方法。 二次采油：指用注水（或注气）的方法弥补采油的亏空体积，补充地层能量进行采油的方法。 三次采油：针对二次采油未能采出的残余油，采用向地层注入其他驱油剂或引入其他能量的采油方法。 润湿：指液体在分子力作用下在固体表面的流散现象。 采收率：累计采油量占地下原始储量的百分数。 地层油体积系数：原油在地下的体积与其在地面脱气后的体积之比。即： 绝对渗透率：当岩石孔隙为一种流体完全饱和时测得的渗透率称为绝对渗透率。有效渗透率：当岩石孔隙中饱和两种或两种以上流体时，岩石让其中一种流体通过的能力称为~。 相对渗透率：指岩石空隙中饱和多相流体时，岩石对每一相流体的有效渗透率与岩石绝对渗透率的比值。 阈压：非湿相流体开始进入岩心中最大喉道的压力或非湿相开始进入岩心的最小压力。 润湿反转：指固体表面的润湿性由亲水变为亲油或由亲油变为亲水的现象。 孔隙度：指岩石孔隙体积与其外表体积的比值。 岩石的比面：指单位体积岩石的总表面积。 平衡常数：指在一定压力下和温度条件下，气液两相处于平衡时，体系中某组分在气相和液相中的分配比例，也称平衡比。等于该组分在气相和液相中摩尔分数的比值，即： 吸附：指容质在相界面浓度和相内部浓度不同的现象。 含油饱和度：储层岩石孔隙中油的体积与空隙体积的比值。 二、选择题 1.当油藏压力大于饱和压力时（即P>Pb）时，溶解汽油比随压力的增大而（B）。 A增大B不变C减小。 2.当油藏压力小于饱和压力时（即P 一、填空题 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 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 薄膜形成与生长的三种模式：层状生长，岛状生长，层状-岛状生长 在气体成分和电极材料一定条件下，起辉电压V只与气体的压强P和电极距离的乘积有关。 1.表征溅射特性的参量主要有溅射率、溅射阈、溅射粒子的速度和能量等。 2. 溶胶(Sol)是具有液体特征的胶体体系，分散的粒子是固体或者大分子，分散的粒子大小在 1～100nm 之间。 3．薄膜的组织结构是指它的结晶形态，其结构分为四种类型：无定形结构，多晶结构，纤维结构，单晶结构。 4．气体分子的速度具有很大的分布空间。温度越高、气体分子的相对原子质量越小，分子的平均运动速度越快。 二、解释下列概念 溅射：溅射是指荷能粒子轰击固体表面 (靶)，使固体原子(或分子)从表面射出的现象 气体分子的平均自由程: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： 称为平均自由程， 饱和蒸气压：在一定温度下，真空室蒸发物质与固体或液体平衡过程中所表现出的压力。 凝结系数：当蒸发的气相原子入射到基体表面上，除了被弹性反射和吸附后再蒸发的原子之外，完全被基体表面所凝结的气相原子数与入射到基体表面上总气相原子数之比。 物理气相沉积法：物理气相沉积法 (Physical vapor deposition)是利用某种物理过程，如物质的蒸发或在受到粒子轰击时物质表面原子的溅射等现象，实现物质原子从源物质到薄膜的可控转移的过程 真空蒸发镀膜法:是在真空室，加热蒸发容器中待形成薄膜的源材料，使其原子或分子从表面汽化逸出，形成蒸气流，入射到固体(称为衬底、基片或基板)表面，凝结形成固态 溅射镀膜法:利用带有电荷的离子在电场加速后具有一定动能的特点，将离子引向欲被溅射的物质作成的靶电极。在离子能量合适的情况下，入射离子在与靶表面原子的碰撞过程中将靶原子溅射出来，这些被溅射出来的原子带有一定的动能，并且会沿着一定的方向射向衬底，从而实现薄膜的沉积。 离化率:离化率是指被电离的原子数占全部蒸发原子数的百分比例。是衡量离子镀特性的一个重要指标。 化学气相沉积:是利用气态的先驱反应物，通过原子、分子间化学反应的途径生成固态薄膜的技术。 物理气相沉积：是利用某种物理过程，如物质的蒸发或在受到离子轰击时物质表面原子溅射的现象，实现物质原子从源物质到薄膜的可控转移过程。 溅射阈值:溅射阈值是指使靶材原子发生溅射的入射离子所必须具有的最小能量。 《油层物理学》模拟试卷1 一、简答题（共20分） 1、简述油气藏按流体性质分为哪几种？（5分） 2、什么是束缚水？（5分） 3、天然气体积系数？ 4、什么是波及系数？（5分） 5、什么是原油的原始气油比？ 6、什么是天然气相对密度？（5分） 二、问答题（共30分） 1、简述烷烃的形态（气、液、固）与其分子量的关系是什么？（10分） 2、三块岩样的毛管力曲线如下图所示，试比较三块岩样的最大孔隙的大小、分选性的好坏、主要孔道半径的大小、束缚水饱和度的大小。（10分） 3、何谓润湿? 用什么表示岩石的润湿性？（10分） 4、什么是泡点压力、露点压力？什么是临界点？ 5、简述影响相对渗透率的因素。 三、计算题（50分） 1、计算下列气体组分的质量分数和体积分数。 组分摩尔组成 （备注：第一列、第二列为已知，其它可列是计算的） 2、油层包括两个分层，一层厚4.57米，渗透率为200毫达西，另一层3.05米，渗透率为350毫达西，求平均渗透率。（14分） 3、某油藏原始油层压力P=23.56MPa。该油井样品实验室PVT分析结果如下表。注： Pb-泡点压力。 求：(1)P=18.37Mpa时总体积系数；（10分） (2)当地层压力为21.77MPa时，假设油井日产20m3地面原油，问：地面日产气？（8分） 4、有一岩样含油水时重量为8.1169克，经抽提后得到0.3厘米3的水，该岩样烘干后重量为7.2221，饱和煤油的岩样在空气中的重量为8.0535克，饱和煤油后在煤油中称得重量为5.7561克，求该岩样的含水饱和度（7分）、含油饱和度（6分）、孔隙度（5分）。（设岩样的视密度为2.65克/厘米3，油的密度0.8760克/厘米3, 水的密度1.0051克/厘米3）。 油层物理试卷（100） 一．名词辨析（5*5） 1.接触分离，微分分离，一次脱气，多级脱气四者的联系与区别 答：接触分离是使油藏烃类体系从油藏状态瞬时变某一特定压力，温度状态，引起油气分离并迅速达到相平衡的过程；一次脱气是指油藏烃类体系从油藏状态下一次分离到气压气温上的状态的相态平衡 过程，属于接触分离的一种。微分分离是在微分脱气过程中，随着气体的分离，不断将气体放掉（使气体与液体脱离接触）；多级脱气是 指在脱气过程中分几次降压，将每级分出的气体排走，液体在进行下一次脱气，最后达到指定压力的脱气方法，属于微分分离的一种。2．天然气的等温压缩系数和体积系数的区别和各自的意义答：天然气等温压缩系数：在等温条件下单位体积气体随压力变化的体积变化值；其物理意义每降低单位压力，单位体积原油膨胀具有的驱油能力。天然气体积系数：一定量的天然气在油气层条件下的体积与其在地面标准条件下的体积之比；其意义是对于湿气和凝析气，采到地面后有液态凝析油产生，在计算产出气体的标准体积时，通常将凝析油转换出曾等物质的量的气体的标准体积，是膨胀系数的倒数。 3.有效孔隙度和流动孔隙度的区别 答：有效孔隙度是指在一定的压差作用下，被油气水饱和且连通的孔隙体积与岩石外表体积之比；流动孔隙度是指在一定压差作用下，饱和与岩石孔隙中的流动发生运动时，与可动流体体积相当的那部分 孔隙体积与岩石外表体积之比。有效孔隙度比流动孔隙度大。 4.原始含油饱和度和束缚水饱和度的关系 答：束缚水饱和度指单位孔隙体积中束缚水（分布和残存在岩石颗粒接触出角隅和微细孔隙中或吸附在岩石骨架颗粒表面，不可流动的水）所占的比例（原始含水饱和度最小为束缚水饱和度）。原始含油饱和度是指在油藏条件下单位孔隙体积中油所占的比例。对于原始含水饱和度为束缚水饱和度的为饱和油藏而言，原始含油饱和度等于1减束缚水饱和度。 5.润湿反转和润湿滞后区别 答：润湿反转是指由于表面活性剂的吸附，使固体表面的润湿性发生改变的现象。润湿滞后是指由于三相周界沿固体表面移动的迟缓而产生润湿角改变的现象。前者是比较稳定一种现象，后者是在两相驱替过程中出现的现象，不稳定。 二．综合题（10*5） 1.说明露点方程和泡点方程的建立（8） 答：相态方程通式： ∑y y y y=1=∑ y y y y 1+(y y y y = y y=1 1 ∑y y y y=1=∑ y y y y+(y y?1)y y = y y=1 1 露点压力：大气类系统中极少的液相与大量的气相平衡共存时的压力。y y≈0y y≈1故有： 真空薄膜技术与薄膜材料的应用及学习薄膜技术意义 ——张龙 090243138 材料物理 摘要：本文要紧讲述薄膜材料的一些差不多特点和在能源，军事以及其它方面的一些应用，并列举部分应用比较广泛的薄膜材料及现今前沿的薄膜材料和薄膜技术如光学薄膜中的太阳能薄膜，眼镜镀膜，抗反射膜及其他的一些耐腐蚀薄膜和电容薄膜，并阐述学习薄膜技术的意义。 关键词：薄膜；应用；进展；意义 Abstract：This article focuses on some basic characteristics of thin film material and the application of in the energy, military and some other aspects. Then it gives part of broader application of the thin film material and the edge of the film materials and thin film technologies such as optical thin films in solar thin film, optical coating, anti reflective film and other corrosion resistant film and film capacitors. At last it gives the significance of the thin film technology and expounds. Keywords：Thin Film； Application； Development； Meaning 引言：真空薄膜技术进展至今已有200年的历史。在一代代探究者的艰辛研究下各种材料的薄膜化差不多成为一种普遍趋势，以至于将薄膜材料及薄膜技术看成21世纪科学与技术领域的重要进展方向之一。 正文： 真空薄膜技术进展至今已有200年的历史。在19世纪能够讲一直是处于探究和预研时期。通过一代代探究者的艰辛研究，时至今日大量具有各种不同功能的薄膜得到了广泛的应用，薄膜作为一种重要的材料在材料领域占据着越来越重要的地位，各种 油层物理试题(1) 一.名词解释(10分) 1 孔隙结构 2 连通孔隙度 3 压缩因子 4 饱和压力 5相渗透率 二.填空 (10分) 1.储油岩石的孔隙空间主要由__________和___________组成. 2.双组份烃相图中两相共存的最高压力是_____________________________. 3.在___________条件下，天然气的粘度与压力无关. 4.当地层压力___________饱和压力时，单相石油的体积系数是随压力的增加 而减小的 5.两相流体接触时，.若两相的极性差为零，其界面张力__________. 三.选择填空（15分） 1.砂岩储集岩的渗滤能力主要受__________的形状和大小控制. a.孔隙 b. 裂隙 c 喉道 d孔隙空间 2.蒸馏法测定岩石油气水饱和度时，关键是测出__________. a. 含油水岩石的重量 b. 岩样的孔隙体积 C. 油的体积 d. 水的体积 3.在多组份烃类体系的相图中，不饱和油藏应处于__________. a. 液相区 b. 两相区 c. 气相区 d. 所有的区 4.当压力低于饱和压力时，天然气在石油中的溶解度是随压力的增大而________. a. 减小 b. 增大 c. 不变 5.温度一定时，地层原油的饱和压力大小主要受_________的控制. a. 地层压力 b. 地层温度 c. 脱气方式 d. 油气组成 6.在一个油水岩石相接触的三相体系中，若岩石表面亲油，则其润湿接触角 应当___________. a. 小于90度 b. 等于90度 c.大于90度 7.根据排驱毛管压力曲线和相对渗透率曲线确定出某油藏产纯油所需的最小闭合度 为h30，油藏的实际高度为H，当____________时，该油藏可以生产无水石油. a. H>h 30 b. H 物理气相沉积（PVD）：利用某种物理过程，如物质的热蒸发或在受到粒子轰击时物质表面原子的溅射等现象，实现物质原子到薄膜的可控转移的过程。 PVD法: 方法的核心点：薄膜材料通过物理方法产生并输运到基体表面的镀膜方法；通常是固体或熔融源；一般来说，在气相或衬底表面没有化学反应； 需要相对较低的气体压力环境： a)其他气体分子对于气相分子的散射作用较小； b)气相分子的运动路径近似为一条直线； c)气相分子在衬底上的沉积几率接近100%。 代表性技术：蒸发镀膜、溅射镀膜；技术特点：真空度高、沉积温度低、设备相对比较简单。薄膜质量可控度小、表面容易不均匀。 物理吸附：物理吸附时吸附物与吸附剂间通过范德华力结合。 物理吸附的特点：（1）范德华力是一种静电力，具有长程作用的性质。吸附距离较远，双原子分子可达0.4nm；（2）温度和气压对吸附速度影响大，通常在低温时发生吸附，高温时解吸；（3）由于范德华力可存在于任何两个分子之间，所以物理吸附可发生在任何固体表面上，而且物理吸附可很快达到平衡；（4）不发生电荷转移、吸附热小，可以是单层或多层吸附；（5）发生物理吸附时，第一个吸附层与基片的结合能是本征吸附，以后的层间结合能渐变为吸附材料自身的内聚能。 化学吸附：化学吸附是有电荷转移或共有发生（化学吸附的本质），即吸附原子在基片表面发生了化学反应，有新的化合物产生，或者由于吸附原子的存在使基片表面化学性质发生了变化。 化学吸附的特点：（1）吸附时放热量较大，接近于化学反应，可高达5eV以上，可与反应热接近；（2）吸附时对气体的选择性很大；（3）温度对吸附速度影响大，低温下不易达到吸附平衡，吸附与解吸的速度慢，即吸附的激活能大，要在高温下解吸；（4）吸附层一般只有单分子厚（形成化学键），但当出现互扩散时，则形成多原子层的化学吸附。 微滴理论的基本思想是将一般气体在固体表面上凝结成微液滴的核形成理论(类似于毛细管湿润)应用到薄膜形成过程中的核形成研究。这种理论采用蒸气压、界面能和湿润角等宏观物理量，从热力学角度处理核形成问题。 统计理论：该理论认为临界核非常小，由1-10 个原子组成，故可以不考虑表面能和接触角，而只考虑原子与基片之间的相互作用。把原子团看作宏观分子，分析在成核过程中原子与原子之间，原子与基片原子之间的相互作用。 两种理论的比较：两种理论所依据的基本概念相同，因此成核速率公式形式上相同。 2、两种理论所用的能量不相同， 微滴——自由能ΔG，原子——结合能两者相差一个熵值 微滴理论认为原子团尺寸变化时是连续的，表面能量是连续变化的。 原子理论则认为原子团尺寸变化时是不连续的，吸附原子能的能量变化是跳跃式的。 3、两种理论提出的模型不相同 微滴——理想化的简单几何模型 原子——原子组合模型 4、微滴理论适合于大尺寸临界核，原子理论适合于小尺寸临界核。 5、两种理论都能正确预示了成核速率，临界核能量，基片温度与基片性质的关 系。（原子团较小时，原子模型接近实际情况） 溅射薄膜的形成过程：a、入射原子将自己的动能转移给基板晶格原子，并形成吸附原子； b、吸附原子在基板表面迁移、扩散，并与晶格原子或已经吸附原子交换能量，或者再蒸发或溅射而脱离表面；或者进入低能状态停留于表面； c、形成晶核，并通过扩散（表面，体）使晶核长大； d、形成小岛（稳定核长大形成→长大为较大岛）； e、逐渐形成连续薄膜。原子来源：a、入射原子b、吸附表面原子c、扩散、迁移原子 磁控溅射：特点1）高的沉积速率，比二极溅射高100倍；离化率从0.3-0.5%增加到5-6%（2）基片温升低，可对塑料基片、光刻胶等进行溅射3）基片的辐照损伤低 4）工作气压可下降2个数量级，10Pa →0.5Pa（5）靶的平均电流密度高 射频溅射：优点：A、淀积导体、半导体、绝缘体在内的所有材料；B、击穿电压及维持放电电压均很低；C、工作气压低(~1/10直流)D、电子作振荡运动，增加了碰撞几率，便于吸收能量，E、不需要二次电子来维持放电。 缺点：靶上发射的二次电子对基片的辐照损伤没有消除。 CVD 与PVD 相比较，具有以下优点：1 、沉积装置相对简单2 、可在低于熔点或分解温度下制备各种高熔点的金属薄膜和碳化物、氮化物、硅化物薄膜及氧化物薄膜，可实现高温材薄膜物理与技术题库完整
油层物理模拟试卷及答案
油层物理试卷(附答案)
真空薄膜技术与薄膜材料的应用
油层物理试题
薄膜物理