1、一、填空題在離子鍍膜成膜過程中，同時存在沉積和濺射作用,只有當前者超過后者時，才能發生 薄膜的沉積薄膜的形成過程一般分為：榮結過程、核形成與生長過程、島形成與結合生長過程薄膜形成與生長的三種模式：層狀生長,島狀生長,層狀-島狀生上在氣體成分和電極材料一定條件下，起輝電壓卩只與氣體的壓強P和電極距離的乘 積有關。1. 表征濺射特性的參量主要有 濺射率、濺射聞、 濺射粒子的速度和能量寧。2. 溶膠（SoI）是具有液體特征的膠體體系，分散的粒子是固體或者大分子，分散的粒子大 小在 1IOOnm 之間。3. 薄膜的組織結構是指它的結晶形態，其結構分為四種類型：無定形結構，多晶結構 纖維結構， 單晶結構

2、。4. 氣體分子的速度具有很大的分布空間。溫度越高、氣體分子的相對原子質量越小，分子的平均運動速度越快。二、解釋下列概念濺射：濺射是指荷能粒子轟擊固體表面（靶），使固體原子（或分子）從表面射岀的現象氣體分子的平均自由程:每個分子在連續兩次碰撞之間的路程稱為自由程，其統計平均值：ro2稱為平均自由程，飽和蒸氣壓：在一定溫度下，真空室蒸發物質與固體或液體平衡過程中所表現出的壓力。凝結系數：當蒸發的氣相原子入射到基體表面上，除了被彈性反射和吸附后再墓發的原子 之外，完全被基體表面所凝結的氣相原子數與入射到基體表面上總氣相原子數之比。物理氣相沉積法：物理氣相沉積法（PhySiCalVaPOrdePoS

3、itiOn）是利用某種物理過程，如 物質的蒸發或在受到粒子轟擊時物質表面原子的濺射等現象，實現物質原子從源物質到薄膜 的可控轉移的過程真空蒸發鍍膜法:是在真空室，加熱蕤發容器中待形成薄膜的源材料，使其原子或分子從表 面汽化逸出，形成蒸氣流，入射到固體（稱為襯底、基片或基板）表面，凝結形成固態濺射鍍膜法:利用帶有電荷的離子在電場加速后具有一定動能的特點，將離子引向欲被濺射 的物質作成的靶電極。在離子能量合適的情況下，入射離子在與耙表面原子的碰撞過程中將 靶原子濺射出來，這些被濺射出來的原子帶有一定的動能，并且會沿著一定的方向射向襯底, 從而實現薄膜的沉積。高化率：離化率是指被電離的原子數占全部墓

4、發原子數的百分比例。是衡量離子鍍特性的一 個重要指標。化學氣相沉積：是利用氣態的先驅反應物，通過原子、分子間化學反應的途徑生成固態薄膜 的技術。物理氣相沉積：是利用某種物理過程，如物質的蒸發或在受到離子轟擊時物質表面原子濺射 的現象，實現物質原子從源物質到薄膜的可控轉移過程。濺射閾值:濺射閾值是指使耙材原子發生濺射的入射離子所必須具有的最小能量。薄膜材料：釆用特殊工藝，在體材表面上，一層或多層，厚度為一個或幾十個原子層，性質 不同于體材表面的特質層。氣體平均自由程：指氣體分子在兩次碰撞的間隔時間里走過的平均距離。等離子體的鞘層電位：電子與離子具有不同的速度的一個宜接后果就是形成所謂的等離子體

5、鞘層電位，即相對于等離子體，任何位于等離子體中或其附近的物體都將會自動地處于一個 負電位，并且在其表面伴有正電荷的積累。5. 薄膜的外延生長：在完整的單晶存底上延續生長單晶薄膜的方法稱為外延生長。6氣體分子的通量：單位時間，氣體分子在單位表面積上磁撞分子的頻率。7磁控濺射：通過引入磁場，利用磁場對帶電粒子的束縛作用來提高濺射效率和沉積速率的 濺射方法稱為磁控濺射。8真空規：真空測量用的元件稱為真空規。三、回答下列問題1、真空的概念？怎樣表示真空程度，為什么說真空是薄膜制備的基礎？在給定的空間，氣體的壓強低于一個大氣壓的狀態，稱為真空真空度、壓強、氣體分子密度：單位體積中氣體分子數；氣體分子的平

6、均自由程；形 成一個分子層所需的時間等物理氣相沉積法中的真空蒸發、濺射鍍膜和離子鍍等是基本的薄膜制備技術。它們均要求沉 積薄膜的空間有一定的真空度。2、討論工作氣體壓力對濺射鍍膜過程的彩響？在相對較低的壓力下，電子的平均自由程較長，電子在陽極上消耗的幾率增大，通過碰 撞過程引起氣體分子電離的幾率較低。同時，離子在陰極上濺射的同時發射出二次電子的幾 率又由于氣壓較低而相對較小。這些均導致低壓條件下濺射的速率很低。在相對較低的壓力下，入射到襯底表面的原子沒有經過很多次碰撞，因而其能量較高， 這有利于提供沉積時原子的擴散能力，提供沉積組織的致密性在相對較高的壓力下，濺射出來的靶材原子甚至會被散射回靶

7、材表面沉降下來，因而沉 積到襯底的幾率反而下降在相對較高的壓力下，使得入射原子的能量降低，這不利于薄膜組織的致密化濺射法鍍膜的沉積速率將會隨著氣壓的變化出現一個極大值3、物理氣相沉積法的共同特點？(1) 需要使用固態的或者熔融態的物質作為沉積過程的源物質(2) 源物質經過物理過程而進入氣相(3) 需要相對較低的氣體壓力環境(4) 在氣相中及在襯底表面并不發生化學反應4、簡述化學氣相沉積的特點？(1) 既可以制備金屬薄膜、非金屬薄膜，又可按要求制備多成分的合金薄膜(2) 成膜速度可以很快，每分鐘可達幾個微米甚至數百微米(3) CVD反應在常壓或低真空進行，鍍膜的繞射性好，對于形狀復雜的表面或工件

8、的深孔、 細孔都能均勻鍍覆，在這方面比PvD優越得多(4) 能得到純度高、致密性好、殘余應力小、結晶良好的薄膜鍍層。由于反應氣體、反應產物和基體的相互擴散，可以得到附著力好的膜層，這對表面鈍化、抗蝕及耐磨等表面増強膜是很重要的(5) 由于薄膜生長的溫度比膜材料的熔點低得多，由此可以得到純度高、結晶完全的膜層， 這是有些半導體膜層所必須的(6) CYD方法可獲得平滑的沉積表面(7) 輻射損傷低。這是制造MOS半導體器件等不可缺少的條件化學氣相沉積的主要缺點是：反應溫度太高，一般要IOOOr左右，許多基體材料都耐受不住CVD的高溫，因此限制了它的應用圍5, 輝光放電過程中為什么Pd太小或太大，都不

9、容易起輝放電？如果氣體壓強太低或極間距離太小，二次電子在到達陽極前不能使足夠的氣體分子被碰撞電 離，形成一定數量的離子和二次電子，會使輝光放電熄滅氣體壓強太高或極間距離太大，二次電子因多次碰撞而得不到加速，也不能產生輝光6, 真空蒸發系統應包括那些組成部分？(1) 真空室，為蒸發過程提供必要的真空環境(2) 蒸發源或蒸發加熱器，放置蒸發材料并對其加熱(3) 基板，用于接受蒸發物質并在其表面形成固態薄膜(4) 基板加熱器及測溫器等7, 什么是等離子體？以及等離子體的分類(按電離程度)？帶正電的粒子與帶負電的粒子具有幾乎相同的密度，整體呈電中性狀態的粒子集合體 按電離程度等離子體可分為部分電離及弱

10、電離等離子體和完全電離等離子體兩大類部分電離及弱電離等離子體部分為中性粒子，只有部分或極少量中性粒子被電離完全電離等離子體中所有中性粒子都被電離，而呈離子態、電子態8, 簡述化學吸附的特點？1. 吸附力是由吸附劑與吸附質分子之間產生的化學鍵力，一般較強。2. 吸附熱較高，接近于化學反應熱，一般在40kJmol以上3. 吸附有選擇性，固體表面的活性位只吸附與之可發生反應的氣體分子，如酸位吸附戚性 分子，反之亦然4. 吸附很穩定，一旦吸附，就不易解吸5. 吸附是單分子層的6. 吸附需要活化能，溫度升高，吸附和解吸速率加快9, 簡述分子束外延鍍膜的特點：(1) MBE雖然也是一個以氣體分子運動論為基

11、礎的蒸發過程，但它不是以蒸發溫度為控制參 數，而是以系統中的四極質譜儀、原子吸收光譜等近代分析儀器，精密地監控分子束的種類 和強度，從而嚴格控制生長過程和生長速率(2) MBE是一個超高真空的物理沉積過程，既不需要考慮中間化學反應，又不受質量傳輸的 影響，并且利用快門可對生長和中斷瞬時調整。膜的組分和摻雜濃度可隨源的變化作迅速調 整(3) MBE的襯底溫度低，因此降低了界面上熱膨脹引入的晶格失配效應和襯底雜質對外延層 的自摻雜和擴散的影響(4) MBE是動力學過程，即將入射的中性粒子(原子或分子)一個一個地堆積在襯底上進行生 長，而不是一個熱力學過程，所以它可生長按照普通熱平衡生長方法難以生長

12、的薄膜(5) MBE的另一顯著特點是生長速率低，大約1 mh,相當于每秒生長一個單原子層，因 此有利于實現精確控制厚度、結構與成分和形成陡峭異質結等。MBE特別適于生長超晶格 材料(6) MBE是在一個超高真空環境中進行的，而且襯底和分子束源相隔較遠，因此可用多種表 面分析儀器實時觀察生長面上的成分結構及生長過程，有利于科學研究10、簡述CVD輸運反應的原理把需要沉積的物質當作源物質(不揮發性物質)，借助于適當的氣態介質與之反應而形成一種 氣態化合物，這種氣態化合物經化學遷移或物理載帶(利用載氣)輸運到與源區溫度不同的沉 積區，并在基板上發生逆向反應，使源物質重新在基板上沉積出來，這樣的過程稱

13、為化學輸 運反應。1、描述氣體分子從表面的反射一余弦定律及其意義？dp =-cs8碰撞于固體表面的分子，它們飛離表面的方向與原入射方向無關，并按與表面法線方向所成角度0的余弦進行分布。則一個分子在離開其表面時，處于立體角d 3(與表面法線成0角)中的幾率是：式中1/兀是歸一化條件，即位于2 立體角中的幾率為1而出現的余弦定律的重要意義在于:(1) 它揭示了固體表面對氣體分子作用的另一個方面，即將分子原有的方向性徹底“消 除”，均按余弦定律散射(2) 分子在固體表面要停留一定的時間，這是氣體分子能夠與固體進行能量交換和動量交 換的先決條件，這一點有重要的實際意義2. 氣體分子的平均自由程概念及其

14、與壓強關系的表達式？每個分子在連續兩次碰撞之間的路程稱為自由程，其統計平均值:2jo2jiI =-O5P稱為平均自由程，平均自由程與分子密度/7和分子直徑O的平方成反比關系平均自由程與壓強成反比，與溫度成正比。3. 通常對蒸發源材料的要求？(1) 熔點要高(2) 飽和蒸氣壓低(3) 化學性質穩定，在高溫下不與蒸發材料發生化學反應(4) 具有良好的耐熱性，熱源變化時，功率密度變化很小(5) 原料豐富，經濟耐用4. 如何解決蒸發過程中的分餡問題？(1) 使用較多的物質作為蒸發源，盡量減少組元成分的相對變化率(2) 釆用向蒸發容器中不斷地，但每次僅加入少量被蒸發物質的方法(3) 利用加熱不同溫度的雙

15、蒸發源或多蒸發源的方法，分別控制和調節每個組元的蒸發速 率，此方法用得較為普遍采用真空墓發法制作預定組成的薄膜，經常采用瞬時蒸發法、雙蒸發源法及合金升華法5. 簡述激光蒸發法的特點？(1) 激光加熱可以達到極高的溫度，可煞發任何高熔點的材料，且可獲得很高的蒸發速率(2) 由于采用非接蝕式加熱，激光器可以安放在真空室外，既完全避免了蒸發源的污染，又 簡化了真空室，非常適宜在高真空下制備高純薄膜(3) 利用激光束加熱能夠對某些化合物或合金進行閃爍蒸發，有利于保證膜成分的化學計量 比或防止分解；又由于材料氣化時間短促，不足以使四周材料達到蒸發溫度，所以激光蒸發 不易出現分憶現象6. 簡述蒸發鍍膜相比

16、濺射鍍膜工藝的特點？ 濺射鍍膜與真空鍍膜相比，有如下特點：(1) 任何物質均可以濺射，尤其是高熔點、低蒸氣壓元素和化合物。不論是金屬、半導體、 絕緣體、化合物和混合物等，只要是固體，不論是塊狀、粒狀的物質都可以作為靶材(2) 濺射膜與基板之間的附著性好(3) 濺射鍍膜密度高，針孔少，且膜層的純度較高，因為在濺射鍍膜過程中，不存在真空蒸 鍍時無法避免的址埸污染現象(4) 膜厚可控性和重復性好；可在較大面積上獲得厚度均勻的薄膜7. 為什么射頻輝光放電的擊穿電壓和維持放電的工作電壓均降低？產生射頻放電時，外加電壓的變化周期小于電離和消電離所需時間(一般在10-6秒左 右)，等離子體濃度來不及變化。由

17、于電子的質量小，很容易跟隨外電場從射頻場中吸收能 量并在場作振蕩運動。因此增加了氣體分子的碰撞幾率，并使電離能力顯著提高 射頻輝光放電的擊穿電壓只有直流輝光放電的1/10射頻薛光放電可以在較低的壓力下進行。直流輝光敖電常在I-IOPa運行，射頻詳光放電可 以在10-2" IO-IPa運行8. 簡述CVD反應的基本類型？a. 熱分解反應b. 還原或置換反應c. 氧化或氮化反應d. 歧化反應9. 簡述任何CVD所用的反應體系，都必須滿足的基本條件？(1) 在沉積溫度下，反應物必須有足夠高的蒸氣壓，要保證能以適當的速度被引入反應室(2) 反應產物除了所需要的沉積物為固態薄膜之外，其他產物必須是揮發性的(3) 沉積薄膜本身必須具有足夠低的蒸氣壓，以保證在整