薄膜材料与薄膜技术复习资料

填空题

1.真空区域的划分

1?105~1?102Pa 低真空：1?102~1?10-1Pa 高真空：1?10-1~1?10-6Pa粗真空：

超高真空：?1?10-6Pa

2.分子泵分为牵引泵、涡轮分子泵和复合分子泵

注：涡轮分子泵：抽气能力高

牵引分子泵：压缩比大，结构简单，转速较小

3.电阻真空计：真空室的压强和灯丝电阻之间存在关系：P↓→R↑, 测量范围

105~10?2Pa

热偶真空计：气体压强与热电偶电动势之间存在关系：P???? 测量范围

102?10?1Pa

5、电离真空计包含类型：?热阴极电离真空计?冷阴极电离真空计?BA式电离真空计

A：灯丝 （发射极）F：栅极（加速极） G：收集极

6、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

7.化学气相沉积方法得到的膜的性质取决于气体的种类和沉积条件（如温度）等 9用于制备各薄膜的化学气相沉积涉及三个基本过程：反应物的输运过程，化学反应过程，去除反应副产品过程

10化学气相沉积过程中所经常遇到的一些典型反应有：分解反应、还原反应、氧化反应、氮化反应、碳化反应和化合反应等 11PECVD

定义：等离子体中电子平均能量（1~20ev），利用等离子体使大多数气体电离或 分解的化学气相沉积

应用：可以沉积各种材料包括：SiO2、Si3N4、非晶si：H、多晶si、sic等介电和半导体

12电镀：在水溶液中，离子被溶入到薄膜以前经历了一下一系列过程 ?去氢?放电?表面扩散④成核结晶

13电镀法制备薄膜性质取决于电解液、电极和电流密度 优点：?薄膜的生长速度较快?基片可以是任意形状 缺点：电镀过程难以控制

14真空蒸发技术的方法有：电阻加热蒸发，闪烁蒸发，电子束蒸发，激光熔融蒸发，弧光蒸发，射频加热蒸发等

16、离子镀集气体辉光放电、等离子体技术、真空蒸发技术于一身，大大改善了薄膜的性能，兼有真空蒸发镀膜和溅射的优点。 17、外延生长的主要技术有 分子束外延（MBE）、液相外延（LPE)、热壁外延（HWE)和金属有机物化学气相沉积（MOCVD）。

18、凝聚过程的必要条件是吸附原子在基体表面的扩散运动 21、组分表征主要技术有-----------。

简答：

1、化学气相沉积的优缺点 优点（已写）

缺点：?化学反应需要高温?反应气体会与基片或设备发生化学反应?在化学气相沉积中所使用的设备可能较为复杂，且有许多变量需要控制 2、化学热氧化生长、化学气相沉积与真空蒸发有何不同 答：化学热氧化生长是通过加热基片可以原位的生成所需的氧化物、氮化物等薄膜。

化学气相沉积通过输运薄膜组分物质或反应源物质到基片，通过化学反应原位的生成薄膜。

真空蒸发通过各种加热方式使得各反应源材料沉积到基片上，一般需要通过后期热处理后形成薄膜。

在薄膜的致密度和质量上后者一般较好，且后者一般需要在真空条件下进行。

3、简述LB技术的过程 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

过程见课本P30

4、简述什么是磁控溅射及磁场的作用和优缺点

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。 磁场的作用：约束带电粒子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

5、简述非平衡磁控溅射及特点 对于一个常规的磁控溅射靶，改变其磁场分布，使某一磁极的磁场相对于另一极性相反的部分增强或者减弱，导致磁控溅射靶磁场的“非平衡”。这种溅射称为非平衡磁控溅射。

特点：?靶材的不均匀使用?腐蚀不均匀，内应力大?靶材使用寿命短 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。

6、简述离子镀的优点

离子镀不仅兼具真空蒸发镀膜和溅射镀膜的优点还具有独特的特点：

①所镀薄膜与基片结合好?到达基片的沉积粒子绕射性好?可用于镀膜的材料广泛④离子镀沉积率高，镀膜前对镀件清洗工序简单且对环境无污染。

辨析：

1、辨析红外吸收光谱与拉曼光谱 ①红外吸收光谱：构成薄膜样品分子振动的频率一般从红外延展到远红外，用红外线照射薄膜样品时，与样品分子振动频率相同的红外线就会被分子共振吸收。每个分子都有确定的振动频率，因此可用红外光谱标识薄膜中所含分子并确立分子间的键合特征。

拉曼光谱：可见光或紫外线照射在样品上时，出来的散射光频率会有稍许改变，这种改变乃是由分子振动引起的。因此可用拉曼光谱测定这种频率的改变，从而分析和鉴别薄膜样品中的化学组成和化学键合。 ②都是测定薄膜样品中分子振动的。

③对于具有对称中心的分子振动，红外不敏感，拉曼敏感；对于反对称中心的分子振动，则红外敏感拉曼不敏感。对于对称性高的分子，拉曼敏感。 3.成核理论---毛细理论（热力学界面能理论）和原子理论： ?①相同之处：所依据的基本概念相同，所得到的成核速率公式形式也基本相同。 ?②不同之处：两个使用的能量不同，所用模型不同。 ?热力学界面能理论适合描述大尺寸临界核。因此，对于凝聚自由能较小的材料或者过饱和度较小情况下进行沉积的情况比较适合。 ?原子理论适合小尺寸临界核。对于小尺寸临界核，这时必须过饱和度很高才能发生凝聚成核。

③由于这两种理论所用模型的本质差别，热力学界面能理论所给出的有关公式预示，随着过饱和度的变化，临界核尺寸和成核速率连续变化；相反，原子理论则预示着它们不作连续变化。 4、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。 7、LCVD与PCVD

激光化学气相沉积是通过使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）

光化学气相沉积是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的沉积方法。 同：都是通过使气体分解达到化学气相沉积的效果 异：激活方式不同，前者为激光束激活，后者为光激活 附：PECVD

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）

8、电镀、化学镀、阳极反应沉积

电镀：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。

化学镀：不加任何电场、直接通过化学反应而实现薄膜沉积的方法

阳极沉积反应：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） 同：都是通过化学反应来实现的沉积过程

异：电镀涉及电化学反应关注的是阴极沉积，而化学镀不涉及电化学反应，阳极反应沉积涉及电化学反应，但只在阳极。 附：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。 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。 9、真空蒸发与离子镀

真空蒸发是待蒸发材料在真空中被加热蒸发或者升华转变为气相，使之在工件或者基片表面析出的过程。 离子镀是在真空条件下，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 同：都需要真空条件，且都是物理气相沉积技术

异：离子镀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。 10、离子束与离子助

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）P77 11、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。

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