薄膜材料复习
薄膜物理与技术-5 薄膜的形成与生长
吸附原子做表面迁移→碰撞→结合（为主）
• 临界核长成稳定核的速率决定于：
1）单位面积上的临界核数—临界核密度
2）每个临界核的捕获范围 3）所有吸附原子向临界核运动的总速度
5.2 成核理论-热力学界面能理论
* 成核速率 I 与临界核面密度 ni、临界核捕获范围 A和 吸附原子向临界核扩散的总速率 V 有关。
最小稳定核：即原子团的尺寸或所含原子的数目比它再小时， 原子团就不稳定。 对不同的薄膜材料与基片组合，都有各自的最小稳定核。如 在玻璃上沉积金属时，最小稳定核为3-10个原子 临界核：比最小稳定核再小点，或者说再小一个原子，原子 团就变成不稳定的。这种原子团为临界核。
5.2 成核理论
成核理论主要有两种理论模型： • 毛细理论（热力学界面能理论）：建立在热力学基础上，利
1 ED fD exp D o kT 1
5.1 凝结过程
平均表面扩散距离
吸附原子在表面停留时间经过扩散运动所移动的距离（从起始
点到终点的间隔）称为平均表面扩散距离， 若用 ao表示相邻吸附位臵间距，则：
x
Ed ED x a0 exp 2kT
αT 1 αT 1
TR =TS 入射原子与基片能量交换充分，达到热平衡 完全适应，
不完全适应，TS < TR < TI
完全不适应， TI TR
入射原子与基片完全没有热交换
αT 0
5.2 成核理论
薄膜的形成是由成核 开始的。
凝结
5.2 成核理论
稳定核：要在基片上形成稳定的薄膜，在沉积过程中必须不 断产生这样的小原子团，即一旦形成就不分解。
5.1 凝结过程
1. 吸附
薄膜材料第三章薄膜沉积的物理方法.
电阻加热蒸发沉积装置
3 薄膜沉积的物理方法
3.1 真空蒸发沉积（蒸镀）
3.1.2 蒸发沉积装置
三、闪烁蒸发：
待蒸发材料以粉末形式被送入送粉机构，通过机械式或 电磁式振动机构的触发，被周期性少量输送到温度极高的蒸 发盘上，待蒸发材料瞬间蒸发形成粒子流，随后输运到基片 完成薄膜的沉积。 1、蒸发温度： 与电阻加热蒸发基本相同 (1500~1900 ℃)。 2、主要改进： 解决了薄膜成分偏离源材料组分的问题！ 3、应用场合： 制备蒸发温度较低的半导体、金属陶瓷和氧化物薄膜。 4、主要问题： 蒸发温度依然有限； 待蒸发材料是粉末态，易于吸附气体且除气难度较大； 蒸发过程中释放大量气体，易导致“飞溅”，影响成膜质量。
2、主要优点：
与电子束蒸发类似，可避免加热体/坩锅材料蒸发污染薄膜； 加热温度高，可沉积难熔金属和石墨 (蒸发源即电极，须导电)； 设备远比电子束蒸发简单，成本较低。
3、主要问题：
电弧放电会产生 m大小的颗粒飞溅，影响薄膜的均匀性和质量。
电弧加热蒸发装置示意图
4、主要应用：沉积高熔点难熔金属及其化合物薄膜、碳材料薄膜 (如DLC薄膜)。
薄膜材料
3 薄膜沉积的物理方法
薄膜 沉积 的 物理 方法
蒸发（Evaporatio n） 物理气相沉积技术 (PVD) Physical Vapor Deposition 溅射（Sputtering ） 离化PVD （离子镀、IBAD 、IBD 等） 分子束外延 ( MBE ，Molecular Beam Epitaxy ) 外延技术 液相外延 (LPE ，Liquid Phase Epitaxy ) Epitaxy 热壁外延 (HWE ，Hot Wall Epitaxy )
《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；③需要相对较低的气体压力环境，这样其他气体分子对于气相分子的散射作用较小，气相分子的运动路径近似直线；④气相分子在衬底上的沉积几率接近100%。
在物理气相沉积技术中最基本的两种方法是蒸发法和溅射法。
9.蒸发沉积薄膜纯度取决于：①蒸发源物质的纯度；②加热装置、坩埚等可能造成的污染；③真空系统中的残留气体。
薄膜材料课程设计
薄膜材料课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解薄膜材料的基本概念、特性及应用，掌握薄膜材料的制备方法和技术，培养学生的实验操作能力和科学思维。
具体目标如下：1.知识目标：•掌握薄膜材料的定义、分类和基本特性。
•了解薄膜材料的制备方法，如蒸发、溅射、化学气相沉积等。
•掌握薄膜材料在光学、电子、能源等领域的应用。
2.技能目标：•能够运用薄膜材料的基本原理和制备技术分析实际问题。
•具备简单的实验操作能力，能独立完成薄膜材料的制备和性能测试。
•能够运用科学思维和创新方法解决薄膜材料相关问题。
3.情感态度价值观目标：•培养学生对薄膜材料的兴趣，增强学习积极性。
•培养学生团队合作精神，提高沟通与协作能力。
•培养学生关注社会热点，将薄膜材料知识应用到实际生活中。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.薄膜材料的基本概念、分类和基本特性。
2.薄膜材料的制备方法，如蒸发、溅射、化学气相沉积等。
3.薄膜材料的性能测试与分析。
4.薄膜材料在光学、电子、能源等领域的应用。
5.薄膜材料的研究现状与发展趋势。
教学大纲安排如下：第一周：薄膜材料的基本概念、分类和基本特性。
第二周：薄膜材料的制备方法。
第三周：薄膜材料的性能测试与分析。
第四周：薄膜材料在光学、电子、能源等领域的应用。
第五周：薄膜材料的研究现状与发展趋势。
三、教学方法本课程采用多种教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1.讲授法：讲解薄膜材料的基本概念、制备方法和应用领域。
2.讨论法：针对薄膜材料的性能测试及实际应用展开小组讨论。
3.案例分析法：分析薄膜材料在实际工程中的应用案例，提高学生的实践能力。
4.实验法：学生独立完成薄膜材料的制备和性能测试，培养实验操作能力。
四、教学资源1.教材：选用《薄膜材料与应用》作为主教材，辅助以相关学术论文和教材。
2.参考书：推荐《薄膜技术与应用》、《薄膜物理化学》等书籍。
3.多媒体资料：制作课件、实验视频等，以丰富教学手段。
2018--薄膜材料与技术-第1章-真空技术基础
薄膜在基片上 形成，可分为
凝结 形核 长大
阶段
伴随复杂物理化学过程
涉及
材料学 物理学 化 学
薄膜材料与技术
制备技术
主要研究：各种薄膜材 料的
形成机制 成分结构
特性性能
西安理工大学
Xi'an University of Technology
教学要求和考核方式：
1、不缺课，杜绝迟到，认真听讲，独立思考； 2、要复习并独立完成作业，作业要评分； 3、开卷考试，考核成绩 ＝ 作业（10%）+ 课堂（10%）+ 考试（80%）。
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薄膜材料与技术
材料科学与工程学院 2018 ©
Thin Film Materials & Technologies
薄膜材料与技术 Thin Film Materials & Technologies
武涛 副教授 2018年 秋季学期
西安理工大学
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薄膜材料与技术
材料科学与工程学院 2018 ©
■ 换句话说，由于液柱形成的压力与环境气压互相平衡， 可以用 水银柱产生的压力 作为 大气压 的量度 ！ 把高度为760 mm的水银柱所产生的压力定义为1个大气压 (1 atm） 1 atm = 760 mmHg（Torr，托）
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薄膜材料与技术
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1 真空技术基础
基本薄膜材料范文
基本薄膜材料范文基本薄膜材料是一种非常薄的材料，通常厚度在纳米至微米的范围内。
它们广泛应用于电子设备、太阳能电池、可穿戴设备和医疗器械等领域。
基本薄膜材料具有很多优点，如轻质、柔韧、透明和高电导性等。
本文将介绍几种常见的基本薄膜材料。
1.氧化物薄膜材料：氧化物薄膜材料具有优异的电学、光学和磁学性质，在电子器件和能源转换领域具有广泛应用。
其中，氧化钇铈薄膜用于固态氧化物燃料电池，氧化锆薄膜用于陶瓷涂层，氧化铝薄膜用于绝缘材料。
2.碳化物薄膜材料：碳化物薄膜材料具有良好的机械性能和热传导性能，在涂层保护、陶瓷刀具和导热材料等领域有广泛应用。
其中，碳化硅薄膜用于涂层保护和光学镀膜，碳化钨薄膜用于硬质合金刀具。
3.金属薄膜材料：金属薄膜材料具有良好的导电性和热传导性，在电子器件、太阳能电池和导热界面材料等领域广泛应用。
其中，铜薄膜用于电子线路和导热材料，铝薄膜用于光学反射镜和电容器。
4.半导体薄膜材料：半导体薄膜材料具有特殊的电子能带结构和电学性质，在光电子学、光伏和集成电路等领域有广泛应用。
其中，硅薄膜用于太阳能电池和集成电路，化合物半导体薄膜材料如氮化物和磷化物用于光电子器件和激光器。
5.无机玻璃薄膜材料：无机玻璃薄膜材料具有很高的化学稳定性和光学透明性，在光学涂层、显示器件和光纤通信等领域广泛应用。
其中，氧化硅薄膜用于光学涂层和显示器件，氮化硅薄膜用于光纤通信。
6.有机薄膜材料：有机薄膜材料具有柔韧性、可塑性和可加工性等特点，在平板显示器、太阳能电池和柔性电子等领域有广泛应用。
其中，聚合物薄膜用于柔性显示器和太阳能电池，有机小分子薄膜用于有机发光二极管。
基本薄膜材料具有不同的特性和应用领域，其制备方法也存在差异。
一般来说，薄膜制备方法可分为物理气相沉积、化学气相沉积和溶液法等。
物理气相沉积包括蒸发、激光蒸发、磁控溅射和分子束外延等方法；化学气相沉积包括化学气相沉积和气相热解等方法；溶液法则包括旋涂、喷涂、浸渍和印刷等方法。
《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，Diamond2. 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/GaAs5. 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 = 0.1MPa3. 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，油冷凝后，重新加热时，排出溶入的气体，并由出气口抽出；2. 需要水冷，前级泵3. 10-3 to 10-7 Torr (to 10-9 Torr，液氮冷阱)优点：耐用、成本低，抽速快无震动和声音缺点：油污染涡轮分子泵特点：1. 气体分子被高速转动的涡轮片撞击，向出口运动2.多级速度：30,000-60,000 rpm.转子的切向速度与分子运动速率相当3. Atmosphere to 10-10 Torr4. 启动和关闭很快5. 无油，有电磁污染6. 噪声大、有振动、比较昂贵.低温泵（Cryopump）特点：1.利用20K以下的低温表面来凝聚气体分子实现抽气，是目前最高极限真空的抽气泵；2.可对各种气体捕集，凝结在冷凝板上，所以工作一段时间后必须对冷凝板加热“再生”；3. “再生”必须彻底；4. 加热“再生”温度 >200 °C 烘烤除去吸附的气体5. 无油污染；6. 制冷机式低温泵运作成本低，较常采用。
BOPP(双向拉伸聚丙烯)薄膜简介复习进程
二、拉伸取向
• BOPP 薄膜生产过程中的取向主要发生纵向拉伸 和横向拉伸过程, 在经过纵向拉伸后, 高分子 链单轴纵向取向, 大大提高了片材的纵向机械 性能, 而横向性能恶化; 进一步横拉之后, 高 分子链呈双轴取向状态如图所示，横向性能也 得到提高。
BOPP 薄膜生产过程中的结晶
工艺流程：原料配制→熔融→塑化挤出→过滤→纵向拉伸→ 横向拉伸→电晕处理→收卷→时效处理→分切→成品。
BOPP薄膜的主要性能
• 常用的BOPP薄膜包括：普通型双向拉伸聚丙烯薄 膜、热封型双向拉伸聚丙烯薄膜、香烟包装膜、 双向拉伸聚丙烯珠光膜、双向拉伸聚丙烯金属化 膜、消光膜等。
• 而这些不同用途的BOPP性能不尽相同。下面以普 通型BOPP薄膜和BOPP珠光膜为例加以说明。
BOPP薄膜的生产工艺
• 目前BOPP薄膜的生产工艺主要有两大类：
• （1）管膜法； • （2）平膜法，平模法又分逐次双向拉伸和同步双
向拉伸。
• 管膜法具有设备简单、投资小、占地少、见效快的优点。 但由于它单机产量低、厚度公差大、热收缩率大，以致近 来没有多大发展。
• 平膜法中的同步双向拉伸制得的产品具有各向同性的优点 ，但由于设备复杂、制造困难、成本高而未能发展起来。
普通型BOPP薄膜
• 性能：高透明度和光泽度，优异的油墨和涂层附 着力，优异的水蒸气和油脂阻隔性能，低静电性 能。
• 用途：主要用于印刷、制袋、作胶粘带以及与其 他基材的复合。
• 包括BOPP热封膜（印刷、制袋）、BOPP香烟包装 膜（高速香烟包装）。
BOPP珠光膜
• 珠光膜是用聚丙烯树脂为原料、添加碳酸钙和珠 光颜料等，混合后经双向拉伸而成。由于采用机 械发泡法，所以珠光膜的比重仅0.7左右，而PP比 重是0.9左右，所以软包装企业愿意选用，因为价 廉且装饰性好、性能优良。一般复合结构的BOPP 珠光膜/CPP、BOPP珠光膜/PE等，由于具有一定的 珠光效果，常常用在冷饮包装如：冰激凌、热封 标签、甜食、饼干、风味小吃包装等。
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。
光学薄膜完整版
光学薄膜技术复习提纲闭卷考试 120分钟考试时间：17周周三下午3:00---5:00（12月30号）题型：选择题（10*2）填空题（10题24分）判断题（10题）简答题（4题24分）综合题（2题22分,计算1题，论述1题）考试内容包含课本与课件，简答和综合题包含作业和例题一、判断题1. 光束斜入射到膜堆时，S －偏振光的反射率总是比p －偏振光的反射率高（正确）2. 对称膜系可以完全等效单层膜（错误，仅在通带中有类似特性）3. 对于吸收介质，只要引入复折射率，进行复数运算，那么就可以完全使用无吸收时的公式（正确）4. 膜层的特征矩阵有两种表达方式：导纳矩阵和菲涅尔系数矩阵（错误）5. 简单周期性多层膜，在其透射带内R<<1（错误）6. 在斜入射情况下，带通滤光片S －偏振光的带宽比p －偏振光的带宽为大（正确）7. 在包含吸收介质时，光在正反两个入射方向上的透过率是一样的（正确）8. 发生全反射时，光的能量将不进入第二介质（错误）9. 斜入射时，银反射膜的偏振效应比铝反射膜大（Al ：0.64-i 5.50，Ag ：0.050-i 2.87）（错误，因为银的折射率远小于铝）10. 高反射介质膜的截止深度是指在截止波长处的反射率（错误，是指截止带中心处的反射率）第一章 薄膜光学特性计算基础1、 干涉原理：同频率光波的复振幅矢量叠加。
2、 产生干涉的条件：频率相同、振动方向一致、位相相同或位相差恒定。
3、 薄膜干涉原理 ：层状物质的平行界面对光的多次反射和折射，导致同频率光波的多光束干涉叠加。
4、 光学薄膜：薄到可以产生干涉现象的膜层、膜堆或膜系。
5、 麦克斯韦方程组：(1) -(2) (3)0(4)D H j tB E tD ρB ∂∇⨯=+∂∂∇⨯=∂∇∙=∇∙= 6、 物质方程：D E B H j E εμσ=⎧⎪=⎨⎪=⎩7、 光学导纳：00r H N Y K E εμμ==⨯ 8、 菲涅尔系数：菲涅尔系数就是界面上的振幅反射系数和振幅透射系数。
薄膜技术复习题
1．简述薄膜的形成过程。
薄膜：在被称为衬底或基片的固体支持物表面上，通过物理过程、化学过程或电化学过程使单个原子、分子或离子逐个凝聚而成的固体物质。
主要包括三个过程：（1）产生适当的原子、分子或离子的粒子；（2）通过煤质输运到衬底上；（3）粒子直接或通过化学或电化学反应而凝聚在衬底上面形成固体沉淀物，此过程又可以分为四个阶段：（1）核化和小岛阶段；（2）合并阶段；（3）沟道阶段；（4）连续薄膜2．图2为溅射镀膜的原理示意图，试结合图叙述溅射镀膜的基本过程，并介绍常用的溅射镀膜的方法和特点。
图 2 溅射镀膜的原理示意图过程：该装置是由一对阴极和阳极组成的冷阴极辉光放电结构。
被溅射靶（阴极）和成膜的基片及其固定架（阳极）构成溅射装置的两个极，阳极上接上1-3KV的直流负高压，阳极通常接地。
工作时通常用机械泵和扩散泵组将真空室抽到*10-3Pa，通入氩气，使真空室压力维持在（）*10-1Pa,而后逐渐关闭主阀，使真空室内达到溅射电压，即10-1-10Pa，接通电源，阳极耙上的负高压在两极间产生辉光放电并建立起一个等离子区，其中带正电的氩离子在阴极附近的阳极电位降的作用下，加速轰击阴极靶，使靶物质由表面被溅射出，并以分子或原子状态沉积在基体表面，形成靶材料的薄膜。
将欲沉积的材料制成板材——靶,固定在阴极上。
基片置于正对靶面的阳极上,距靶几厘米。
系统抽至高真空后充入 10～1帕的气体（通常为氩气），在阴极和阳极间加几千伏电压，两极间即产生辉光放电。
放电产生的正离子在电场作用下飞向阴极，与靶表面原子碰撞，受碰撞从靶面逸出的靶原子称为溅射原子,其能量在1至几十电子伏范围。
溅射原子在基片表面沉积成膜直流阴极溅射镀膜法：特点是设备简单，在大面积的基片或材料上可以制取均匀的薄膜，放电电流随气压和电压的变化而变化，可溅射高熔点金属。
但是，它的溅射电压高、沉积速率低、基片温升较高，加之真空度不良，致使膜中混入的杂质气体也多，从而影响膜的质量。
薄膜物理复习资料
薄膜为什么受到重视？1,薄膜物理是物理学（特别是固体物理学）的重要分支，发展形成自己的体系--理论与实验（2）薄膜材料具有广泛的电、光、声、热、磁等应用场合许多制品（刀具、容器、管道、板材等）主要决定于其表层特性而不是整体特性/ 电子元器件（微电子、光电子）是建立在发展于表面或表面近层的物理效应基础上/ 微电子器件、固体电子器件提高性能、小型化的关键—相关薄膜材料的制备和研究（3）薄膜具有许多明显不同于块材料的特性，如晶体结构多为非晶态、亚稳态等, 这些特性称为反常结构与特性—为薄膜所特有（值得研究和利用）/不仅是材料学研究的重要领域，也为发展新型功能材料开辟了广阔途径。
（非平衡冶金、非晶态生长、超微细结构、纳米材料…….)（4）薄膜材料是现代材料科学发展最迅速的一个分支。
现在科学技术的发展，特别是微电子技术的发展，打破了过去体材料的一统天下。
过去需要众多材料组合才能实现的功能，现在仅仅需要少数几个器件或者一块集成电路板就可以完成。
而薄膜技术正是实现器件和系统微型化的最有效的技术手段。
（5）器件的微小型化不仅可以保持器件原有的功能，而且可以使之更强化，随着器件的尺寸减小以至于接近电子或其他离子量子化运动的微观尺度，薄膜材料或其器件讲显示出许多全新的物理现象。
薄膜技术作为器件微型化的关键技术，是制备这类具有新型功能器件的有效手段。
（6）每种材料的性能都有其局限性。
薄膜技术作为材料制备的有效手段，可以将各种不同的材料灵活地组合在一起，构成具有友谊特性的复杂材料体系，发挥每种材料各自的优势，避免单一材料的局限性。
薄膜(thin film)：由物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、溶液镀膜法等薄膜技术制备的薄层。
●厚膜(thick film)：由涂覆在基板表面的悬浮液、膏状物经干燥、煅烧而形成。
薄膜材料的特点1.薄膜材料属于介观范畴，具有量子尺寸效应；2.薄膜表面积与体积之比很大，表面能级很大，对膜内电子输运影响很大；3.薄膜界面态复杂，力学因素和电学因素交相作用，内应力和量子隧穿效应同时存在，对薄膜生长和微结构影响巨大；4.异常结构和非理想化学计量比特性明显；5.可实行多层膜复合，如超晶格。
光学薄膜完整版全解
光学薄膜技术复习提纲闭卷考试120分钟考试时间:17周周三下午3:00—5:00 （12月30号）题型：选择题（10*2）填空题（10题24分）判断题（10题）简答题（4题24分）综合题（2题22分，计算1题，论述1题）考试内容包含课本与课件，简答和综合题包含作业和例题一、判断题1.光束斜入射到膜堆时，s—偏振光的反射率总是比p—偏振光的反射率高（正确）2.对称膜系可以完全等效单层膜（错误，仅在通带中有类似特性）3.对于吸收介质，只要引入复折射率，进行复数运算，那么就可以完全使用无吸收时的公式（正确）4.膜层的特征矩阵有两种表达方式：导纳矩阵和菲涅尔系数矩阵（错误）5.简单周期性多层膜，在其透射带内R«1 （错误）6.在斜入射情况下，带通滤光片S—偏振光的带宽比p—偏振光的带宽为大（正确）7.在包含吸收介质时，光在正反两个入射方向上的透过率是一样的（正确）& 发生全反射时，光的能量将不进入第二介质（错误）9.斜入射时，银反射膜的偏振效应比铝反射膜大（AI： 0.64-/5.50, Ag： 0.050-/2.87）（错误，因为银的折射率远小于铝）10.高反射介质膜的截止深度是指在截止波长处的反射率（错误，是指截止带中心处的反射率）第一章薄膜光学特性计算基础1、干涉原理：同频率光波的复振幅矢量叠加。
2、产生干涉的条件：频率相同、振动方向一致、位相相同或位相差恒定。
3、薄膜干涉原理：层状物质的平行界面对光的多次反射和折射，导致同频率光波的多光束干涉叠加。
4、光学薄膜：薄到可以产生干涉现象的膜层、膜堆或膜系。
5、麦克斯韦方程组：Vx//= / + —(1) dtVxE = -^y(2)V»D = p(3)▽• 3 = 0(4)6、物质方程:D = sE \B = pH7、 光学导纳：y =也瓦\KxE\ 8、 菲涅尔系数：菲涅尔系数就是界面上的振幅反射系数和振幅透射系数。
9、 特征矩阵：表征薄膜特性的矩阵，仅包含薄膜的特征参数cos q — sin §z?/1 sin q cos ®11、 虚设层：当膜层厚度对于中心波长来说是几/2或其整数倍时，该层存在对于中心波长 处的透过率/反射率无影响，因此称为虚设层。
Tio2薄膜的制备复习过程
紫外点光源、马沸炉、提拉机、光学显微镜、磁力搅拌器、紫外可见光分光光度计、提供制备Tio2材料的前驱物，溶剂等。
2、实验原理
1、Tio2的基本性质
Tio2俗称太白粉，它主要有两种结晶形态：锐钛型和金红石型，其中锐钛型二氧化碳活性比金红石型二氧化钛高。
特点：它是一种n型半导体材料，晶粒尺寸介于1~100 nm，TiO2比表面积大，表面活动中心多，因而具有独特的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，呈现出许多特有的物理、化学性质。
=
缩聚反应：(1)失水缩聚：-M-OH+HO-M=-M-O-H-+
(2)失醇缩聚：-M-OR+HO-M=-M-O-M-+ROH
钛酸丁酯的水解和缩聚反应：
溶胶-凝胶法工艺流程
溶胶凝胶法中的结构演变
如图:图中A为溶胶,溶胶颗粒均匀分散在溶剂中;溶胶颗粒在不断的碰撞中联结成线状,之后又构成三维网络,如图中B所示,这是凝胶形成的初步:图中C为凝胶的老化过程,这个过程随着溶剂的蒸发,凝胶颗粒在溶液的表面张力等作用下,颗粒接触边界发生缩颈(necking),颗粒间形成有机键结合,凝胶强度增加;随着凝胶化的进一步进行,凝胶网络间隙中溶剂挥发完全,形成含有大量溶剂挥发留下的孔隙的干凝胶(图l一2中(D));在进一步的干燥过程中,孔隙收缩(图1一2(E)),最后形成含有少量微小孔隙的非晶态玻璃体。如果进一步进行高温热处理,将转变成晶体,形成陶瓷或无机薄膜。
②、可获得粒径分布比较均匀的涂层;可通过多种方法对薄膜的表面结构和性能进行修饰;
③、负载膜催化剂易回收利用,在催化反应中容易处理。
溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜缺点:
①、干燥过程中由于溶剂蒸发产生残余应力导致薄膜容易龟裂;
薄膜材料与技术复习题
1、所谓真空，是指：（ ）
A、一定的空间内没有任何物质存在；
B、一定空间内气压小于1个大气压时，气体所处的物理状态；
C、一定空间内气压小于1 MPa时，气体所处的物理状态；
D、以上都不对
2、以下关于CVD特点的描述，不正确的是：（ ）
A、与溅射沉积相比，CVD具有更高的沉积速率；
B、与PVD相比，CVD沉积绕射性较差，不适于在深孔等不规则表面镀膜；
30、气压P= 8.0×10-7torr时，相当于P= （ ）Pa、（ ）atm或（ ）bar，此时的真空状态属于（ ）区域，气体分子运动具有（ ）特征。
A、1.07×10-4；B、6.00×10-9；C、1.05×10-9；D、6.08×10-4；
E、1.07×10-9；F、6.00×10-4；G、粗真空；H、低真空；
A、以下关于PECVD的说法中，正确的是：（ ）
A、PECVD沉积薄膜的质量优于传统CVD；
B、PECVD的设备成本较高；
C、PECVD属于低温沉积，所获薄膜内应力小、不易破损；
D、PECVD在工业领域应用的广泛程度已超过各种普通CVD方法。
A、阿斯顿暗区； B、阴极暗区； C、法拉第暗区； D、阳极暗区；
E、阴极辉光区； F、负辉光区； G、正辉光区； H、阳极辉光区
17、下列蒸发物质中：（ ）属于易升华材料；（ ）能够在1000℃以下温度实现蒸发；蒸发温度最高的是（ ）。
A、Ti； B、Al； C、Zn； D、W； E、石墨； F、Mo； G、Co； H、Cu
C、CVD的沉积温度一般高于PVD方法；
D、CVD沉积获得的薄膜致密、结晶完整、表面平滑、内部残余应力低
3、关于气体分子的平均自由程，下列说法不正确的是：（ ）
薄膜材料与技术复习题
一、选择题:1、所谓真空, 是指：（）A.一定的空间内没有任何物质存在；B.一定空间内气压小于1个大气压时, 气体所处的物理状态；C、一定空间内气压小于1 MPa时, 气体所处的物理状态；D.以上都不对2.以下关于CVD特点的描述, 不正确的是: （）A.与溅射沉积相比, CVD具有更高的沉积速率；B、与PVD相比, CVD沉积绕射性较差, 不适于在深孔等不规则表面镀膜；C.CVD的沉积温度一般高于PVD方法；D.CVD沉积获得的薄膜致密、结晶完整、表面平滑、内部残余应力低3.关于气体分子的平均自由程, 下列说法不正确的是: （）A.气压越高, 气体分子的平均自由程越小；B.真空度越高, 气体分子的平均自由程越长；C.温度越高, 气体分子的平均自由程越长；D.气体分子的平均自由程与温度、压力无关, 取决于气体种类4、下列PECVD装置中, 因具有放电电极而存在离子轰击、弧光放电所致的电极损坏潜在风险和电极材料溅射污染薄膜问题的是：（）A.电容耦合型；B.电感耦合型；C.微波谐振型；D.以上都不对5、按真空区域的工程划分, P = 10-4 Pa时, 属于（）区域, 此时气体分子的运动以（）为主。
A.粗真空；B.低真空；C.高真空；D.超高真空；E、粘滞流；F、分子流；G、粘滞-分子流H、Poiseuille流6、下列真空计中, （）属于绝对真空计。
A.热偶真空计；B.电离真空计；C.Pirani真空计；D.薄膜真空计7、CVD沉积薄膜时, 更容易获得微晶组织薄膜的方法是：（）A.低温CVD；B.中温CVD；C.高温CVD；D.以上都不对8、下列真空泵中, （）属于气体输运泵。
A.旋片式机械泵；B、油扩散泵；C、涡轮分子泵；D、低温泵9、低温CVD装置一般指沉积温度<（）的CVD装置。
A.1000℃；B.500℃；C.900℃；D.650℃10、下列关于镍磷镀技术的说法中, 正确的是: （）A.所获得的镀层含有25wt%左右的P而非纯Ni, 所以也称NiP镀；B、低P含量的镍磷镀镀层致密, 硬度可达到与电镀硬Cr相当的水平；C.高P含量的镍磷镀镀层无磁性；D.可直接在不具有导电性的基体上镀膜11.关于LPCVD方法, 以下说法中正确的是: （）A、低压造成沉积界面层厚度增加, 因此薄膜沉积速率比常压CVD更低；B.低压造成反应气体的扩散系数增大；C.低压导致反应气体的迁移运动速度增大；D.薄膜的污染几率比常压CVD更低12.气相沉积固态薄膜时, 根据热力学分析以下说法中不正确的是: （）A.气相过饱和度越大, 固态新相形核能垒越低；B.气相过饱和度越大, 固态新相形核能垒越高；C、气相过饱和度越大, 固态新相临界晶核尺寸越大；D.固态新相的形核能垒和临界晶核尺寸只取决于沉积温度（过冷度）13、溅射获得的气相沉积原子是高能离子轰击靶材后, 二者通过级联碰撞交换能量的结果, 因此入射离子能量（）时更容易发生溅射现象。
薄膜材料复习
名词解释：1、薄膜材料:一层厚度为几纳米（单层）到几微米的材料。
2、平均自由程:一个分子连续两次碰撞所经过的自由路程的平均值。
3、化学气相沉积:是指通过化学反应的方式，利用加热、等离子激励或光辐射等各种能源,在反应器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固界而经化学反应形成固态沉积物的技术。
4、物理气相沉积:利用某种物理过程，如物质的热蒸发或在受到粒子轰击时，物质表而原子的溅射等现象,实现物质原子从源物质到薄膜的可控转移过程5、临界核:比最小稳定核再小点，或者说在小一个原子，原子团就变成不稳定的。
这种原子团为临界核6、稳定核:要在基片上形成稳定的薄膜，在沉积过程中必须不断产生这样的小原子团，即一旦形成就不分解。
7、平均弛豫时间:一个吸附原子与基片到达热平衡所需要的平均时间8、平均停留时间:一个吸附原子从吸附于表而开始到脱附表面为止的平均时间9、化学键:是纯净物分子内或晶体内相邻两个或多个原子（或离子）间强烈的相互作用力的统称。
使离子相结合或原子相结合的作用力通称为化学键。
10、外延生长:在基片上生长具有相同或相近的晶体学取向的薄膜单晶的过程。
11.纳米材料:指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸（0.1-200 nm）或由它们作为基本单元构成的材料。
12、溅射阈值:将靶材原子溅射出来所需的入射离子最小能量值。
13、溅射率:一个正离子轰击到靶子后溅射下来的原子数，用s表示。
14、蒸发温度:规定物质在饱和蒸气压为10-2Torr时的温度为该物质的蒸发温度。
1、简述平均自由程在薄膜材料制备过程中的重要性，2、请画出PVD的简易示意图，并说明其基本工作原理。
PVD的工作原理：从源材料中发射出粒子，粒子运输到基片，粒子在基片上凝结、成核、长大、成膜。
图：3、真空室发装置般包括哪三个部分?何者为最关键的部分，为什么?其主要的作用是什么？答：(1)真空室(2)蒸发源和蒸发加热装置(3)放置基片及给基片加热装置关键部分:蒸发源作用：是支撑或盛装待蒸发物，同时提供蒸热使蒸发物达到足够高的温度，以产生所需的蒸汽压。
薄膜材料技术复习题090526
1.薄膜定义：按照一定需要，利用特殊的制备技术，在基体表面形成厚度为亚微米至微米级的膜层。
这种二维伸展的薄膜具有特殊的成分、结构和尺寸效应而使其获得三维材料所没有的特性，同时又很节约材料，所以非常重要。
通常是把膜层无基片而能独立成形的厚度作为薄膜厚度的一个大致的标准，规定其厚度约在1µm左右。
2.一些表面定义：1)理想表面：沿着三维晶体相互平行的两个面切开，得到的表面，除了原子平移对称性破坏，与体内相同。
2)清洁表面：没有外界杂质。
3)弛豫表面：表面原子因受力不均向内收缩或向外膨胀。
4)重构表面：表面原子在与表面平行的方向上的周期也发生变化，不同于晶体内部原子排列的二维对称性（再构）。
5)实际表面：存在外来原子或分子。
3. 薄膜的形成的物理过程驰豫重构驰豫+重构⎧⎪⎨⎪⎩驰豫：表面向下收缩，表面层原子与内层原子结构缺陷间距比内层原子相互之间有所减小。
重构：在平行表面方向上原子重排。
①小岛阶段——成核和核长大，透射电镜观察到大小一致(2-3nm)的核突然出现.平行基片平面的两维大于垂直方向的第三维。
说明：核生长以吸附单体在基片表面的扩散，不是由于气相原子的直接接触。
②结合阶段——两个圆形核结合时间小于0.1s,并且结合后增大了高度，减少了在基片所占的总面积。
而新出现的基片面积上会发生二次成核，复结合后的复合岛若有足够时间，可形成晶体形状，多为六角形。
核结合时的传质机理是体扩散和表面扩散（以表面扩散为主）以便表面能降低。
③沟道阶段——圆形的岛在进一步结合处，才继续发生大的变形→岛被拉长，从而连接成网状结构的薄膜，在这种结构中遍布不规则的窄长沟道，其宽度约为5-20nm ，沟道内发生三次成核，其结合效应是消除表面曲率区，以使生成的总表面能为最小。
④连续薄膜——小岛结合，岛的取向会发生显著的变化，并有些再结晶的现象。
沟道内二次或三次成核并结合，以及网状结构生长→连续薄膜。
4. 薄膜的附着类型及影响薄膜附着力的工艺因素⎧⇒⇒⇒⎨⎩⎧⎧⎧⇒⇒⇒⇒⎨⎨⎨⎩⎩⎩⎧⇒⎨⎩（在新面积处）稳定核（在捕获区）单体的吸附形成小原子团临界核临界核（在非捕获区）大岛大岛连合沟道薄膜小岛 二次成核二、三次成核二、三次成核 连续薄膜（在沟道和孔洞处）三次成核薄膜的附着类型①简单附着：薄膜和基片间形成一个很清楚的分界面，薄膜与基片间的结合力为范德华力②扩散附着—由两个固体间相互扩散或溶解而导致在薄膜和基片间形成一个渐变界面。
薄膜复习资料
1.真空系统的排气公式及检漏答：（1） 抽速及流导 流导C ：在真空系统内，真空管路中气体的通过能力。
12Q C P P =-，式中，p1和p2为部件两端的气体压力；Q为单位时间内通过该真空部件的气体体积。
真空泵的抽速 S=Q/P ，式中，P 为真空泵入口处的气体压力；Q 为单位时间内通过的真空泵入口的气体体积。
真空泵的实际抽速S 永远小于理论抽速S p 。
用一台抽速为S p 的泵，通过流导C 抽真空容器中的气体。
设真空容器的压力为P ，泵入口处的压力为P r （注：即图中的P p ），由于流量各处相等,即： Q=S p ·P r =S ·P=C(P －P r )→S=（2）真空泵的极限真空度实际的抽真空过程中总存在着漏气，如从真空系统外渗入到真空腔中（Q pe ），从真空材料内往真空腔体内扩散（Q d ）等。
设总漏气量为Q L 则有：L Q PS Q =- ，其中， Q L =Q des +Q d +Q pe +Q leak 令Q=0，得极限真空度P m 为L m Q P S=（注：要求P m 和S 会互推算）。
(3) 抽气公式由于气体通量Q 可以表达为气体体积V 与压力p 的乘积对时间的导数，即()d P V dP Q Vdtdt=-=-，得抽气公式：LdP PS VQ dt=-+积分得，t()+/S V L P t P eQ S ⨯-=(注：此处稍微做了简化)。
其中P 0为真空系统在t=0时的真空度，它将随着时间的延长而趋于P m 。
(4)检漏右图为抽真空过程中不同漏气方式对真空度的影响。
只能检查比较明显的漏气，可以通过对比抽气泵的极限真空和实际得到的真空来判断漏气的大小漏气的判断：（1）直线a：压力保持不变（2）曲线b：压力开始时曲线上升较快，然后上升速度渐缓并逐渐趋于水平恒定状态，这是放气造成的，因为不论是蒸汽源的放气或材料的放气，在达到一定的压力后都会呈现出饱和状态的趋势。
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非晶硅的优点
很好的光学性能，很大的光吸收系数 可实现高浓度掺杂，也能制备高质量的pn结合多层结 构，易形成异质结 通过组分控制，可在相当宽的范围内控制光学带隙 可在较低温度下，采用CVD等方法进行制备薄膜，生产 过程相对简单
缺点
缺乏长期稳定性，处于非平衡态，所制备器件存在性能 退化，比如S-W效应 载流子迁移率第，不利于制备高频高速器件；但可用于 低功耗产品中
非晶硅
从应用角度角度，非晶半导体薄膜材料具有以下特点
可在任意衬底上形成薄膜材料
容易实现大面积化，且不受形状的限制
制备工艺简单，造价低廉 有优异的光学和电学性能，尤其是光吸收系数比较大
非晶硅a-Si:H 非晶硅基合金薄膜材料:a-SiC:H, a-SiN:H等 与晶体材料的差异：
无长程有序，保持短程有序，不仅有导带、禁带和价带还
2.4 真空的测量
4. 电离真空计 利用低气压下气体电离的离子电流与与压强的关系 热阴极型 、冷阴极型（潘宁）、B-A型 测量范围：10-1－10-5、10-1－10-8 Pa 5. 气体放电管 利用气体放电的颜色与压强的关系，不能定量 测量范围（Pa） 103－1 6. 分压力真空计 质谱仪等，进行混合气体分压力测量
第一个方程指在反应器中气体总压应等于各组成
气体分压之和，这是一个定律。如总压为1atm
PSiCl4 PSiCl3H PSiCl2H2 PSiClH3 PSiCl2 PHCl PH2 PSiH4 1
6.1 CVD原理及特点
第二个方程涉及Cl/H的原子比值，如果Cl和H原子既 没有有效地加进，也没有从系统中取出，那么这个比 值可以看成是固定的，即
DLC的电导 金刚石（宽禁带、绝缘）和石墨（零禁带、导电）的混合 sp3、sp2的混合 原子结构是σ和π键的混合 与温度的关系 低温：Mott的变程跳跃电导理论 室温：带尾定域态 高温：扩展态
沉积参数对DLC电导的影响 衬底温度越高，电导率上升 导电机制的主要因素应取决于sp2与sp3键的比例，这一比例 超过某一阈值，电导率由费米能级附近的变程跳跃机制决定 （ π键），低于这一阈值时，则由σ键决定，则类似近程跳跃 电导机制。 电子在两态间跳跃的距离变化，对电导影响巨大。 沉积气压高，电导率下降 衬底偏压高，电导率上升
非晶硅的应用——太阳能电池
非晶硅具有较高的光吸收系数。特别是在300-750nm的 可见光波段，它的吸收系数比单晶硅要高出一个数量 级。 因而它比单晶硅对太阳辐射的吸收效率要高40倍左右， 用很薄的非晶硅膜（~1微米）就能吸收90%有用的太阳 能。 这是非晶硅材料最重要的特点，也是它能够成为低价 格太阳能电池的最主要因素。
3.5 膜厚测量及监测
6.1 CVD原理及特点 知识回顾
6.1 CVD原理及特点
化学平衡条件
预测反应的可能性（定性），
提供化学反应的平衡点位置以及各种条件参数对
平衡点的影响等信息（定量）。
已知反应物的成分和反应温度化学物质的分压
或活度。实际计算过程需要考虑各种中间产物。 例：Si薄膜的沉积，在氯硅烷的还原过程中，至 少已经识别出8种气态的化合物：SiCl4, SiCl3H, SiCl2H2, SiClH3, SiH4, SiCl2, HCl, H2
五员环(P)和六员环(H) 的环数比
/home.php?mod =space&uid=526286&do=blog&id=42449 0 研炭翁说碳(九) 碳还会带来新的惊喜吗?
DLC基本性质 Ta（四面体） 低迁移率半导体，带隙可变（1-4eV） 具有室温下的光荧光效应和低电子亲和势 良好的抗磨、热导、红外透过和高硬度 低摩擦系数 性质主要由sp3:sp2决定 DLC的制备 比金刚石容易制备，衬底温 度不高 无氢非晶碳膜（a-C film）： 一般CVD制备 Ta-C film或非晶金刚石薄膜： 一般PVD制备
有导带尾态、价带尾态和带中缺陷，且这些态是定域化的。 增加了跳跃导电机制，迁移率小，室温电阻率高。 可部分实现连续的物性控制 热力学亚稳态
性质依赖于制备条件和方法，重复性比晶态差
各向同性
非晶半导体制备方法
非晶形成能力大的（硫系），熔体快速冷却（103-104 ℃/s ） 非晶形成能力低的，需要更高的冷却速度（大于105
2.3 真空的获得
真空室中气体的来源
空间气体：很容易被抽走
吸附气体： 物理吸附 化学吸附
放气量在中真空阶段与空间气源相当，高真空、 超高真空阶段为主要放气源。 真空材料：不锈钢等，忌用陶瓷 除气手段：烘烤、离子轰击
系统漏气： O形橡胶圈：高真空 密封：
金属密封圈：超高真空
2.3 真空的获得
有害空间
中电子密度的一种微扰。
短程有序——基本能带
长程无序——定域态带尾 悬挂键——带隙中间形成隙态
光学性质
晶体： 直接跃迁、间接跃迁 满足能量守恒和动量守恒 间接跃迁时需要声子的参与
非晶： 电子跨越禁带时的跃迁没有直 接跃迁和间接跃迁的区别 不再遵守动量守恒的选择定则 非晶结构上的无序使得非晶的 电子没有确定的波矢
CVD
分解含N、B的化合物 质量检测 FTIR XPS
确定立方相的比值
CNTs薄膜
背景
半导体材料的分类
元素半导体：常见的有硅、锗等。 化合物半导体：部分Ⅲ—Ⅴ族元素和Ⅱ—Ⅵ族元 素形成的化合物具有半导体的特性，且被广泛 应用。如： Ⅲ—Ⅴ族化合物：GaAs、InP等。 Ⅱ—VI族化合物：CdTe、CdS等。 有机半导体——现已发现部分有机化合物也具有 半导体的特性。如：萘、蒽、聚丙烯晴、酞青 以及一些芳香类化合物等。 无定形半导体：无定形硅（a-Si）和微晶半导体 即属此类，其应用价值正在开发之中。
6.1 CVD原理及特点
2 (aSi ) PHCl K5 PSiCl2 PH 2
2 (a Si ) PH 2
SiCl 2 (g) H 2 (g) Si(s) 2HCl(g)；
SiH 4 (g) Si(s) 2H 2 (g)； K6
PSiH 4
Si的活度aSi可取为1。6个方程，8种气体的未知的分 压，还需要两个与此相关的方程，
DLC的光学特性 光学性质对沉积方法及工艺参数比较敏感 吸收系数 光学带隙
偏压，气压——sp2与sp3键的比值
退火的影响：随衬底温度的升高，吸收系数增大
DLC的力学特性 内应力——爆裂、脱落 特别在金属基底的附着力不佳
DLC其它性能 介电 场发射 润湿性 热稳定性：Si的加入可提高 摩擦性能 折射率 DLC的应用
3.1 基本原理
饱和蒸气压的理论推导
• 克拉伯龙——克劳修斯方程：
dP v H v dT T (V g V s )
Pv：饱和蒸气压；Hv：蒸发热或摩尔气化热； Vg、Vs：气相和固相、液相的摩尔体积。 显然： Vg >> Vs ， 并且低气压下蒸气分子符合理想气体状态方程
3.1 基本原理
F – 填充因子
η– 转换效率
提高非晶硅太阳能电池效率和降低成本
本征层 表面重掺杂层 底部重掺杂层的衬底 太阳光的有效利用 降低成本 可靠性
IIIA-VA族化合物太阳能电池
IIIA-VA族化合物太阳能电池优点
直接带隙——效率高 光吸收系数大——薄 良好的抗辐射性能、较小的温度系数——太空用 化合物种类多——容易掺杂，Eg, lattice容易调控
1处的气体不能被排走，会穿过2点，回到吸气侧
2.4 真空的测量
●总量程：105-10-14Pa，没有一种计能测全 （同真空泵类似）
●分类：
1.
绝对真空计：直接测力，换算出压强： 与气体种类无关； U形管，压缩式（波登管） 2. 相对真空计：测量与压力有关的物性来表征真空度 与气体种类有关； 热传导真空计、电离真空计
碳基薄膜材料
金刚石的优异特性
表3-1，与SiC、GaAs和Si的比较
特别注意：热膨胀系数、带隙、空穴迁移率、电阻率、 热导率、硬度
表3-2、3-3、3-4、3-5，金刚石的主要力学、 电学、热学和光学性能
类金刚石膜
Diamond-like carbon, DLC
晶体硅——非晶硅 金刚石——DLC（含有金刚石结构的非晶碳膜） 在某些要求沉积温度低、膜面光洁度高的场合，只有DLC胜任
应用范围：蒸气压小于1 Torr； 原因：Hv与温度无关的近似 A、B为常数，由试验确定。 如对于Al:
15993 lg Pv 14 .533 0 .999 lg T 3 .52 10 6 T T
公式作用：合理地选择蒸发材料及确定蒸发条件。
3.1 基本原理
蒸发温度
定义：饱和蒸气压为10-2托时的温度。 由此，蒸发材料分为两种： 1）蒸发：蒸发温度大于熔点， 大多数金属 2）升华：加热温度小于熔点 Cr、Ti、Mo、Fe等 Pv = 1 则T蒸发 = B/A
下图总结Si-Cl-H系统的热力学数据，每一直线 都表示方程
G H TS
0 0
0
6.1 CVD原理及特点 因此，
6000 K1 exp 0.13 1.381500
类似的可以求出其他K值。 当克分子比(Cl/H)=0.01时(此为硅外延生长的典 型条件)，计算结果如图6.4所示。同样也可计算 出Si/Cl的克分子比，为了减小Si在气相中的活度， 建议反应容器的操作温度在1400K左右。 对Cl/H＝0.1的情况做类似的计算(此时为沉积多 晶硅的条件)。
2.4 真空的测量
1. U形管压力计 利用大气压与真空压差，通常用水银作介质 测量范围：105－102 Pa 2. 压缩式真空计 将一定量待测压力的气体，经过等温压缩使之压力增加．再用U型管测量，然后 用体积和压力的关系换算。 测量范围：102－10-3 Pa 3. 热传导真空计 利用气体分子热传导在低压力下与压力有关 热阻真空计、热偶真空计 测量范围：104－10-1 Pa