薄膜材料与薄膜技术复习资料22084
薄膜材料与薄膜技术答案
薄膜材料与薄膜技术答案
薄膜材料与薄膜技术(答案)
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。
薄膜材料与技术-试题A卷试题-答案
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：
1
、22n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。
《薄膜材料与技术》复习资料总结
《薄膜材料与技术》复习资料总结
【讲义总结】
1.真空区域的划分：①粗真空(1x105~1x102Pa)。在粗真空下，气态空间近似为大气状态，分子以热运动为主，分子间碰撞十分频繁；
②低真空(1x102~1x10-1)。低真空时气体分子的流动逐渐从黏滞流状态向分子流状态过度，此时气体分子间碰撞次数与分子跟器壁间碰撞次数差不多；③高真空(1x10-1~1x10-6)。当达到高真空时，气体分子的流动已经成为分子流状态，以气体分子与容器壁间的碰撞为主，且碰撞次数大大减小，蒸发材料的粒子沿直线飞行；
④超高真空(＜1x10-6)。达到超高真空时，气体分子数目更少，几乎不存在分子间碰撞，分子与器壁的碰撞机会更少。
2.获得真空的主要设备：旋片式机械真空泵，油扩散泵，复合分子泵，分子筛吸附泵，钛生化泵，溅射离子泵和低温泵等，其中前三种属于气体传输泵，后四种属于气体捕获泵，全为无油类真空泵。
3.输运式真空泵分为机械式气体输运泵和气流式气体输运泵。
4.极限压强：指使用标准容器做负载时，真空泵按规定的条件正常工作一段时间后，真空度不再变化而趋于稳定时的最低压强。
5.凡是利用机械运动来获得真空的泵称为机械泵，属于有油类真空泵。
6.旋片式真空泵泵体主要由锭子、转子、旋片、进气管和排气管等组成。
7.真空测量：指用特定的仪器和装置，对某一特定空间内的真空度进行测定。这种仪器或装置称为真空计。按测量原理分为绝对真空计和相对真空计。
8.物理气相沉积：是利用某种物理过程实现物质原子从源物质到薄膜的可控转移过程。特点：
①需要使用固态或熔融态的物质作为沉积过程的源物质；②源物质通过物理过程转变为气相，且在气相中与衬底表面不发生化学反应；
薄膜材料与薄膜技术复习资料
薄膜材料与薄膜技术
第一章
1.真空度划分：
粗真空：105-102Pa 接近大气状态热运动为主
低真空：102-10-1Pa
高真空：10-1-10-6Pa
超高真空：<10-6Pa
2.吸附与脱附物理吸附与化学吸附
气体吸附：固体表面捕获气体分子的现象
物理吸附：没有选择性、主要靠分子之间的吸引力、容易发生脱附、一般只在低温下发生化学吸附：在较高温度下发生、不容易脱附，只有气体和固体表面原子接触生成化合物才能产生吸附作用。
气体脱附：是吸附的逆过程。
3.旋片式机械真空泵
用油来保持各运动部件之间的密封，并靠机械的办法，使该密封空间的容积周期性地增大，即抽气；缩小，即排气，从而达到连续抽气和排气的目的。
4.分子泵
牵引泵：结构简单、转速小、压缩比大（效率低）
涡轮式分子泵：抽气能力高、压缩比小（效率高）
5.低温泵
深冷板装在第二级冷头上，温度为10-20k，板正面光滑的金属表面可以去除氮、氧等气体，反面的活性炭可以吸附氢、氦、氖等气体。通过两极冷头的作用，可以达到去除各种气体的目的，从而获得超高真空状态。
6.真空的测量
电阻真空计：压强越低，电阻越高（p↓→R↑）测量范围105---10-2Pa
热偶真空计：压强越低，电动势越高（p↓→Ɛ↑）测量范围102----10-1Pa
电离真空计：三种（BA型、热阴极、冷阴极）
A：灯丝（发射极）F：栅极（加速极）G：收集极
第二章
1.薄膜制备的化学方法
以发生一定化学反应为前提，由热效应引起或由离子的电致分离引起。（热激活、离子激活）2.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。
薄膜材料与薄膜技术
薄膜材料与薄膜技术
薄膜材料与薄膜技术
概述：
薄膜材料是指厚度在几纳米到几微米之间的材料，它们具有特殊的物理、化学和电学性质。而薄膜技术则是一种将这些材料制成具有特定形状和功能的工艺方法。目前，随着科技的不断进步，人们对于薄膜材料和技术的需求也越来越高。
1. 薄膜材料的种类
目前，市场上常见的薄膜材料主要包括以下几种：
1）聚合物：如聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯等。
2）金属：如铝、铜、钛等。
3）氧化物：如二氧化硅、氧化铝等。
4）碳基材料：如石墨烯、碳纤维等。
5）半导体：如硅、锗等。
2. 薄膜技术的应用领域
由于其特殊性质，薄膜材料及其制备技术在众多领域中得到了广泛应用。以下是其中一些典型的应用领域：
1）光电子学：如太阳能电池、LED等。
2）微电子学：如半导体器件、集成电路等。
3）医疗保健：如药物传递系统、人工器官等。
4）能源存储：如锂离子电池、超级电容器等。
5）涂层材料：如防腐涂料、防刮涂料等。
3. 薄膜技术的制备方法
目前，常见的薄膜制备方法主要包括以下几种：
1）化学气相沉积法（CVD）
2）物理气相沉积法（PVD）
3）溅射法
4）离子束沉积法（IBD）
5）溶胶-凝胶法
6）自组装技术
4. 薄膜技术的发展趋势
随着科技不断进步，薄膜技术也在不断发展。未来，其发展趋势主要包括以下几个方面：
1）高性能和多功能化：将会有更多新型材料和新工艺出现，使得薄膜材料在各个领域中具有更高的性能和更多的功能。
2）纳米化和微型化：薄膜材料及其制备技术将越来越向纳米和微米级别发展，以适应微型电子器件等领域的需求。
3）绿色环保：将会有更多的绿色环保型薄膜材料和制备工艺出现，以
薄膜材料与技术-试题A卷试题-答案
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。
《薄膜材料与技术》课件
力学特性
弹性模量：薄膜 材料的弹性模量 通常较小，易于 弯曲和变形
强度：薄膜材料 的强度通常较低， 容易断裂和破损
韧性：薄膜材料 的韧性通常较好， 不易断裂和破损
耐磨性：薄膜材 料的耐磨性通常 较差，容易磨损 和刮擦
热学特性
导热系数：薄膜 材料的导热系数 通常较低，有利 于降低热量传递
热膨胀系数：薄 膜材料的热膨胀 系数通常较小， 有利于保持尺寸 稳定性
光学仪器
光学薄膜：用于制造光学仪器的镜头、镜片等 光学薄膜技术：提高光学仪器的性能和精度 光学薄膜应用：光学显微镜、望远镜、照相机等 光学薄膜发展：不断改进和创新，满足不同领域的需求
建筑业
建筑外墙：作为外墙装饰材料，具有美观、耐用、环保等优点
建筑屋顶：作为屋顶材料，具有隔热、保温、防水等性能
玻璃薄膜
玻璃薄膜是一种无机非金属材料，具有很高的透明度和耐热性 玻璃薄膜的主要成分是二氧化硅，还含有其他微量元素 玻璃薄膜的厚度通常在0.1-10微米之间，可以应用于各种领域 玻璃薄膜的制备方法包括熔融法、气相沉积法和溶液法等
Part Three
薄膜材料的特性
光学特性
透光性：薄膜材料具有较高的透光率，可以透过可见光和部分红外光 反射性：薄膜材料具有较高的反射率，可以反射部分可见光和红外光 折射性：薄膜材料具有较高的折射率，可以改变光的传播方向 散射性：薄膜材料具有较高的散射率，可以改变光的传播路径和强度
薄膜材料与薄膜技术复习资料
填空题
1.真空区域的划分
粗真空：Pa 25101~101⨯⨯ 低真空：Pa 1-2101~101⨯⨯ 高真空：Pa 6-1-101~101⨯⨯超高真空：Pa 6-101⨯〈
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Pa 2510~10-
热偶真空计：气体压强与热电偶电动势之间存在关系：↑-↓εP 测量范围Pa 121010--
5、电离真空计包含类型：①热阴极电离真空计②冷阴极电离真空计③BA 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 ①去氢②放电③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：①薄膜的生长速度较快②基片可以是任意形状
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薄膜材料与薄膜技术第一章
1.真空度划分：
粗真空：105-102Pa 接近大气状态热运动为主
低真空：102-10-1Pa
高真空：10-1-10-6Pa
超高真空：<10 -6Pa
2.吸附与脱附物理吸附与化学吸附
气体吸附：固体表面捕获气体分子的现象物理吸附：没有选择性、主要靠分子之间的吸引力、容易发生脱附、一般只在低温下发生化学吸附：在较高温度下发生、不容易脱附，只有气体和固体表面原子接触生成化合物才能产生吸附作用。
气体脱附：是吸附的逆过程。
3.旋片式机械真空泵
用油来保持各运动部件之间的密封，并靠机械的办法，使该密封空间的容积周期性地增大，即抽气；缩小，即排气，从而达到连续抽气和排气的目的。
4.分子泵
牵引泵：结构简单、转速小、压缩比大（效率低）
涡轮式分子泵：抽气能力高、压缩比小（效率高）
5.低温泵
深冷板装在第二级冷头上，温度为10-20k,板正面光滑的金属表面可以去除氮、氧等气体，反面的活性炭可以吸附氢、氦、氖等气体。通过两极冷头的作用，可以达到去除各种气体的目的，从而获得超高真空状态。
6.真空的测量
电阻真空计：压强越低，电阻越高（p jf R f）测量范围105---10-2Pa
热偶真空计：压强越低，电动势越高（p jf ? f）测量范围102----10-1Pa
电离真空计：三种（BA 型、热阴极、冷阴极）
1•薄膜制备的化学方法
以发生一定化学反应为前提，
由热效应引起或由离子的电致分离引起。 （热激活、离子激活）
2•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。
薄膜材料与薄膜技术习题1-3
第一章真空技术基础
1、膜的定义及分类。
2、人类所接触的真空大体上可分为哪两种？
3、何为真空、绝对真空及相对真空？
4、毫米汞柱和托？
5、真空区域是如何划分的？
6、真空各区域的气体分子运动规律。
7、何为气体的吸附现象？可分几类、各有何特点？
8、何为气体的脱附现象？
9、何为电吸收和化学清除现象？
10、影响气体在固体表面吸附和脱附的主要因素
11、目前常用获得真空泵主要有几种类型，各自的特点？
12、何为前级泵和次级泵？
13、何为机械泵，其工作特点是什么？机械泵有哪几种形式？
14、何为分子泵，其工作特点是什么？分子泵有哪几种形式，各有何特点？
15、何为低温泵，按其工作原理可分几种类型？
16、捕获泵再生时必须遵循的要求？
17、按测量原理真空计可分几种，各自的定义及特点？
第二章薄膜制备的化学方法
1、化学气相沉积的主要优点有哪些？
2、化学气相沉积的主要缺点有哪些？
3、在化学气相薄膜沉积过程中可控制的变量有那些？涉及那几个基本过程？
4、化学气相沉积反应器的设计类型可分成几种，各自特点有哪些？
5、何为激光化学气相沉积，它的主要机制和作用是什么？
6、激光化学气相沉积过程中显示出的那些独特优越性？
7、激光化学气相沉积的反应系统与传统化学气相沉积系统相似，但薄膜的生长特点在许多方面是不同的，这其中的主要原因是什么？
8、限制激光化学气相沉积沉积率的参数主要有哪些？
9、紫外线光致分解沉积系统的优点是什么？
1、解释PECVD沉积过程的两种模型
2、何为电镀？
3、在水溶液中，离子被沉积到薄膜以前经历了哪几个过程？
4、电镀法的优缺点有哪些？
薄膜技术复习题
薄膜技术复习题
什么是薄膜技术？有哪些应用领域？薄膜技术是用各种方法将原料原子或分子沉积在基底上形成薄膜的一种技术。其应用领域广泛，例如涂层、光学、电子、化学、生物、能源等领域。
薄膜技术有哪些基本分类？薄膜技术可以根据其方式和用途进行分类，基本分类包括物理气相沉积、化学气相沉积、溅射、电镀、离子束沉积和溶液法等。
物理气相沉积是如何进行的？有哪些常见的物理气相沉积方法？物理气相沉积是通过远程或近程方式将原子或分子沉积在基底上，通常使用热蒸发、电子束蒸发、激光蒸发和离子束蒸发等方法进行。
什么是化学气相沉积？有哪些常见的化学气相沉积方法？化学气相沉积是通过化学反应将气态原料转化为沉积物，通常使用化学气相沉积、金属有机化学气相沉积和原子层沉积等方法。
薄膜技术在光学领域中的应用有哪些？薄膜技术在光学领域的应用包括反射镜、分光镜、滤光器、透镜、光学纤维、液晶显示器等。其中，反射镜和分光镜是基于薄膜反射的原理制作的，滤光器则是利用多层薄膜堆叠吸收或反射光线的特性制作的。
薄膜材料与薄膜技术复习资料
（2）可在复杂形状的基片上沉积成膜 （3）由于许多反应可以在大气压下进行，系统不 需要昂贵的真空设备 （4）化学气相沉积的高沉积温度会大幅改善晶体 的结晶完整性 （5）可以利用某些材料在熔点或蒸发时分解的特 点而得到其他方法无法得到的材料 （6）沉积过程可以在大尺寸基片或多基片上进行。 1.3 CVD 的缺点： （1）化学反应需要高温； （2）反应气体会与基片或设备发生化学反应 （3）使用的设备较为复杂，需要控制很多变量 1.4.1 一般化学气相沉积 （1）在薄膜沉积过程中需要控制的变量：气体的 流量、气体的组分、沉积温度、气压、真空室几何结 构。 （2）化学气相沉积的三个基本过程：反应物的输 运、化学反应过程、去除副反应过程。 （3）化学气相沉积反应器的设计：常压式、低压 式、热壁式和冷壁式。常压式需要大量携载气体、大 尺寸设备、膜被污染程度高。低压式可以去除携载气 体并在低压下只是用少量反应气体。热壁式整个反应 器都需要达到化学反应所需温度。冷壁式只需要将基 片加热至所需反应温度。 1.4.2 激光化学气相沉积 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。 激光触发的化学反应分为光致化学反应、热致化 学反应。光致化学反应：具有足够高能量的光子用于 使分子分解成膜或与存在在反应气体中的其他化学物 质反应并在邻近的基片上形成化合物膜。热致化学反 应：激光束用作加热源实现热致分解，在基片上引起 的温度升高控制着沉积反应。 激光源的方向性和単色性，在薄膜的沉积过程中 显示出独特的优越性，方向性可以使光束射向很小尺 寸上的一个精准区域，产生局域沉积。 1.4.3 光化学沉积 光化学沉积可以获得高质量、无损伤的薄膜。 光化学沉积的优点：沉积在低温下进行，沉积速 率快、可生成亚稳相和形成突变结。可以制备高质量 薄膜，薄膜与基片结合良好。 1.4.4 等离子体增强化学气相沉积 1.4.4.1 等离子体增强化学气相沉积（PECVD）是 用于沉积各种材料的一种通用技术，包括 SiO2、Si3N4、 非晶 Si:H、多晶 Si、SiC 等介电和半导体膜。 1.4.4.2 PECVD 的优点 （1）其优势在于可在比传统化学气相沉积低很多 的温度下获得上述薄膜。等离子体通常由射频场产生，
薄膜材料与技术-试题A卷试题-答案
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。
《薄膜材料与薄膜技术》复习题2010
《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，
《薄膜材料与薄膜技术》复习题
《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
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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