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？

真空蒸发镀膜是在真空中通过加热蒸发某种物质使其沉积在固体表面，由三个步骤组成：蒸发源材料由凝聚相转变成气相，在蒸发源与基片之间蒸发粒子的运输，蒸发粒子到达基片后凝结、成核、长大、成膜。

·什么是溅射镀膜？列举常见的溅射镀膜的类型（至少三种）。

用带电粒子轰击靶材，加速的离子轰击固体表面时，发生表面原子碰撞并发生能量和动量的转移，使靶材原子从表面逸出并淀积在衬底材料上的过程。辉光放电直流溅射、三级溅射、射频溅射

·简述正常辉光放电和异常辉光放电的特征。

在正常辉光放电时，放电仅仅覆盖阴极的一部分表面，随着放电电流变化，覆盖面也变化，但两极间电压不随电流变化。在异常辉光放电时，放电已经覆盖阴极表面的全部，电流变化会导致电流密度变化，必须有比最合适条件高的放电电压。

·磁控溅射为什么具有“低温”、“高速”两大特点？

磁控溅射是以磁场来改变电子的运动方向并束缚和延长

电子的运动轨迹从而提高电子对工作气体的电离几率和有效的利用了电子的能量。因此是正离子对靶材轰击所引起的靶材溅射更加有效。同时受正交电磁场的束缚电子又只能在其能量要耗尽时才沉积在基片上。所以磁控溅射具有“低温”“高速”这两大特点。

·简述核形成与生长的物理过程。

在基底表面上吸附的气相原子凝结之后，吸附原子在其表面上扩散迁移而形成晶核。晶核再结合其他吸附气体原子逐渐长大，最后便形成了薄膜。因此薄膜的形成是由成核开始的，由核生长而形成薄膜。

·简述离子轰击的作用有哪些？（至少三点）

1. 离子溅射对基片表面产生清洗作用

2. 产生缺陷作用

3. 破坏表面结晶结构

4. 改变表面形貌

5. 离子掺入

6. 温度升高

7. 表面成分变化

·简述薄膜生长阶段及各阶段的特点。

1）首先形成无序分布的三维核，然后少量的沉积物迅速达到饱和密度，这些核随后形成所观察到的岛，岛的形状由界面能和沉积条件决定。整个生长过程受扩散控制，即吸附和亚临界原子团在基片表面扩散并被稳定岛俘获。

（2）当岛通过进一步沉积而增大尺寸时，岛彼此靠近，大岛似乎以合并小岛而生长。岛密度以沉积条件决定的速率单调减少。这一阶段（称为合并阶段I）涉及岛间通过扩散实现可观的质量传递。

（3）当岛分布达到临界状态时，大尺寸岛的迅速合并导致形成联通网络结构，岛将变平以增加表面覆盖度。这个过程（称合并阶段II）开始时很迅速，一旦形成网络便很快慢下来。网络包含大量的空隧道，在外延生长情况下，这些隧道是结晶学形貌中的孔洞。

（4）生长的最后阶段是需要足够量的沉积物缓慢填充隧道过程。不管大面积空位在合并形成复合结构的何处形成，都有二次成核发生。这一二次成核随着进一步沉积，一般缓慢生长和合并。

·简述薄膜生长的三种模式及生长条件。

（l）岛状模式。当最小的稳定核在基片上形成就会出现岛状生长，它在三维尺度生长，最终形成多个岛。当沉积物中的原子或分子彼此间的结合较之与基片的结合强很多时，就会出现这种生长模式。

（2）单层模式。在单层生长模式中，最小的稳定核的扩展以压倒所有其他方式出现在二维空间，导致平面片层的形成，在这一生长模式中，原子或分子之间的结合要弱于原子或分子与基片的结合。第一个完整的单层会被结合稍松弛一些的第二层所覆盖。只要结合能的减少是连续的，直至接近体材料的结合能值，单层生长模型便可自持。