薄膜物理与技术要点总结

合集下载

薄膜物理

薄膜物理

薄膜物理考试填空题:1.真空蒸发、溅射镀膜和离子镀等常被称为物理气相沉积(Physucal Vspor Depositiom,简称PVD法)是基本的薄膜制作技术。

2.为了研究能和实际应用方便,唱吧真空划分为粗真空、低真空、高真空和超真空四个等级。

随着真空度的提高,真空的性质将逐渐变化,并经历有气体分子数的量编导真空质变的过程。

3.典型的真空系统应包括:待抽空的容器(真空室)、获得真空的设备(真空泵)、测量真空的器具(真空计)以及必要的管道、阀门和其他附属设备。

4.薄膜的形成一般分为凝结过程、核形成与生长过程、岛形成与结合生长过程。

凝结过程是薄膜形成的第一阶段。

凝结过程是从蒸发源中被蒸发的气相原子、离子或分子入射到基体表面之后,从气相到吸附相,再到凝结相的一个相变过程。

5.薄膜的组织结构实质他的结晶形态,分为四种类型:无定型结构、多晶结构、纤维结构和单晶结构。

6.薄膜的力学性质中包括有附着性质、应力性质、张力性质、弹性性质和机械强度等。

7.根据计划性质的不同,在研究介质薄膜的介电常数是将介质薄膜分为两种类型:非极性介质薄膜和极性介质薄膜。

前者的介电常数为2~45,其介电常数较低者为有机聚合物薄膜,较高者为无机氧化物薄膜。

后者介电常数为3~1000或更大,其介电常数较低者为有机聚合物薄膜,较高者为无机铁电薄膜。

8.由于溅射是一个极为复杂的物理过程,涉及的因素很多,长期以来对于溅射机理虽然进行了很多的研究,提出过许多的理论,但都不能完善地解释溅射现象。

尚未建立一套完成的统一的理论和模型能对所有实验结果作系统阐述和进行定量计算。

比较成熟的两种理论:热蒸发理论和动量转移理论。

、9.表征溅射特征的参量主要有溅射率、溅射阈值,以及溅射离子的速度和能量。

名词解释:1.溅射率:溅射率是描述溅射特性的一个最重要的物理参量,他表示正离子轰击靶离子阴极时平均每个正离子能从阴极上打出的原子数。

又称溅射产额或溅射系数,常用S表示。

薄膜物理与技术-5 薄膜的形成与生长

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

薄膜物理与技术-7薄膜的物理性质--(1)薄膜的力学性质

薄膜物理与技术-7薄膜的物理性质--(1)薄膜的力学性质
有利于原子向基片中扩散,→附着强
电镀膜的附着性能差(∵有一定数量的微孔)
第七章 薄膜的物理性质
7.1 薄膜的力学性质
7.1.1 薄膜的附着力
附着力的测试方法 机械方法数种如下:
扩散附着
通过中间层附着
宏观效应附着
第七章 薄膜的物理性质
7.1 薄膜的力学性质
简单附着
7.1.1 薄膜的附着力
(a)简单附着: 是在薄膜和基体之间存在一个很清楚的分界面。由两个接
触面相互吸引形成的。当两个不相似或不相容的表面相互接 触时就易形成这种附着。(如真空蒸镀)
附着能 : Wfs = Ef + Es - Efs
②静电力—薄膜和基体两种材料的功函数不同, 接触后发生电子转移→界面两边积累正负 电荷 → 静电吸引
物理吸附能:0.001eV~0.1eV
③化学键力(化学吸附能0.1-0.5eV)
共价键 离子键 金属键
价电子发生了转移, 短程力,不是普遍存在。
第七章 薄膜的物理性质
7.1 薄膜的力学性质
7.1.1 薄膜的附着力
须注意:T↑→薄膜晶粒大→热应力↑→其它性能变
第七章 薄膜的物理性质
7.1 薄膜的力学性质
7.1.1 薄膜的附着力
③引入中间过渡层 某种材料与一些物质间附着力大,与另一些物质的附
着力却可能很小。如:
(1)二氧化硅-玻璃→附着好;二氧化硅-KDP(磷酸二氢 钾)晶体→附着差 (2)金-玻璃→附着差;金-铂、镍、钛、铬等→附着好
方法:在基片Байду номын сангаас镀一层薄金属层(Ti、Mo、Ta、 Cr等).然后,在其上再镀需要的薄膜,薄 金属夺取基片中氧 中间层表面掺杂。
第七章 薄膜的物理性质

薄膜物理与技术复习范围

薄膜物理与技术复习范围

第一章真空技术基础真空:指低于一个大气压的气体状态。

托(Torr) =1/760atm = 133.322Pa对真空的划分:1、粗真空:105-102Pa特性和大气差异不大,目的为获得压力差,不要求改变空间性质,真空浸渍工艺2、低真空:102-10-1Pa 1016~1013个/cm3动力学性质明显,粘滞流状态→分子流状态,对流消失,气体导电,真空热处理,真空冷冻脱水3、高真空:10-1-10-6Pa 1013~1010个/cm3气体分子自由程大于容器线度,直线飞行,热传导和内摩擦性质与压强无关,蒸镀4、超高真空:<10-6Pa分子间碰撞极少,主要用途:得到纯净的气体,获得纯净的固体表面真空的获得:真空系统包括真空室、真空泵、真空计以及必要的管道、阀门和其他附属设备。

真空的测量热偶真空计:是利用低气压强下气体的热传导与压强有关的原理制成的真空计。

散热与气体压强相关加热丝的温度与气体压强相关用热偶测量加热丝的温度 压强20 ~10-3Torr热阻真空计:散热与气体压强相关加热丝的温度与气体压强相关加热丝的电阻与温度相关用平衡电桥测量加热丝的电阻 压强电离真空计:是利用气体分子电离的原理来测量真空度。

电离真空计用于高真空的测量热丝发射热电子热电子加速并电离气体,离子被离子收集极收集形成电流电流与压强成正比1 x 10-9 Torr to 10-11 Torr第二章真空蒸发镀膜法真空蒸发镀膜法(简称真空蒸镀)是在真空室中,加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料,使其原子或分子从表面气化逸出,形成蒸气流,入射到基片表面,凝结形成固态薄膜的方法。

基本过程:(1)加热蒸发过程,凝聚相→气相该阶段的主要作用因素:饱和蒸气压(2)输运过程,气化原子或分子在蒸发源与基片之间的输运该阶段的主要作用因素:分子的平均自由程(工作气压),源—基距(3)基片表面的淀积过程,气相→固相凝聚→成核→核生长→连续薄膜饱和蒸气压:在一定温度下真空室内蒸发物质的蒸气与固体或液体平衡过程中所表现出的压力称为该物质的饱和蒸气压。

薄膜物理与技术绪论

薄膜物理与技术绪论

生物医学领域应用
生物传感器
利用生物功能化的薄膜制备生物传感器,实现对生物分子和细胞 的灵敏检测和实时监测。
药物传递与控制释放
通过制备药物载体薄膜,实现药物的精确传递和可控释放,提高药 物的疗效和降低副作用。
医疗器械与植入物
利用薄膜材料制备医疗器械和植入物,提高医疗器械的性能和使用 寿命,降低医疗成本。
子器件。
光学工业
用于制造反射镜、光学 仪器、光电器件等。
机械工业
用于制造耐磨、耐腐蚀 的表面涂层和刀具等。
生物医学
用于制造人工关节、牙 齿等生物医学材料。
02
薄膜制备技术
物理气相沉积技术
真空蒸发沉积
溅射沉积
利用加热蒸发材料,使其原子或分子从熔 融态或气态转化为蒸气态,并在基体表面 凝结形成薄膜。
成薄膜。
溶胶凝胶法
将欲形成薄膜的元素或化合物 以溶胶凝胶的形式涂敷在基体 表面,经过热处理或化学处理 形成薄膜。
电泳沉积法
利用电场作用将欲形成薄膜的 颗粒在基体表面沉积形成薄膜 。
化学镀法
利用还原剂将欲形成薄膜的金 属离子还原成金属原子,并在
基体表面沉积形成薄膜。
溅射法
直流溅射法
磁控溅射法
利用直流电源作为溅射电源,使气体 辉光放电,产生等离子体轰击靶材, 使靶材原子或分子被溅射出来,并在 基体表面凝结形成薄膜。
弹性模量是衡量薄膜在受力时抵抗变形能力 的指标。
拉伸强度与延伸率
拉伸强度和延伸率是评估薄膜在受力时的力 学性能和耐久性的重要参数。
电学性能表征
总结词
电学性能表征是评估薄膜在电场作用下 的行为和性能表现的关键手段。
介电常数与介质损耗
介电常数和介质损耗是衡量薄膜在电 场中储能和能量损耗的重要参数。

薄膜物理与技术要点总结

薄膜物理与技术要点总结

薄膜物理与技术要点总结-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN第一章最可几速率:根据麦克斯韦速率分布规律,可以从理论上推得分子速率在m v 处有极大值,m v 称为最可几速率M RT M RT m kT 41.122==,Vm 速度分布 平均速度:M RT m RT m kT 59.188==ππ,分子运动平均距离均方根速度:M RT M RT m kT 73.133==平均动能真空的划分:粗真空、低真空、高真空、超高真空。

真空计:利用低压强气体的热传导和压强有关; (热偶真空计)利用气体分子电离;(电离真空计)真空泵:机械泵、扩散泵、分子泵、罗茨泵机械泵:利用机械力压缩和排除气体扩散泵:利用被抽气体向蒸气流扩散的想象来实现排气作用分子泵:前级泵利用动量传输把排气口的气体分子带走获得真空。

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;其统计平均值成为平均自由程。

常用压强单位的换算 1Torr=133.322 Pa 1 Pa=7.5×10-3 Torr1 mba=100Pa 1atm=1.013*100000Pa真空区域的划分、真空计、各种真空泵粗真空 1×105 to 1×102 Pa低真空 1×102 to 1×10-1 Pa高真空 1×10-1 to 1×10-6 Pa超高真空 <1×10-6 Pa旋转式机械真空泵油扩散泵复合分子泵属于气体传输泵,即通过气体吸入并排出真空泵从而达到排气的目的PkT 22πσλ=分子筛吸附泵钛升华泵溅射离子泵低温泵属于气体捕获泵,即通过各种吸气材料特有的吸气作用将被抽气体吸除,以达到所需真空。

不需要油作为介质,又称为无油泵绝对真空计:U 型压力计、压缩式真空计相对真空计:放电真空计、热传导真空计、电离真空计机械泵、扩散泵、分子泵的工作原理,真空计的工作原理第二章1.什么是饱和蒸气压蒸发温度饱和蒸气压:在一定温度下,真空室内蒸发物质的蒸气与固体或液体平衡过程中所表现出的压力蒸发温度:物质在饱和蒸气压为10-2托时的温度。

薄膜物理与技术

薄膜物理与技术

1、为什么要真空?真空的概念?真空的用途?答:真空蒸发、溅射镀膜和离子镀膜等常称为物理气相沉积(PVD法)是基本的薄膜制作技术。

他们均要求淀积薄膜的空间要有一定的真空度。

因此,真空技术是薄膜制作技术的基础,获得并保持所需的真空环境,是镀膜的必要条件。

所谓真空是指低于一个大气压的气体空间。

同正常的大气相比,是比较稀薄的气体状态。

粗真空(105~102Pa):真空浸渍工艺低真空(102~10-1):真空热处理高真空(10-1~10-6):分子按直线飞行超高真空(< 10-6):一得到纯净的气体;二获得纯净的固体表面2、分子的三种速率答:最可几速度:平均速度:均方根速度:3、气体的临界温度:对于每种气体都有一个特定的温度,高于此温度时,气体无论如何压缩都不会液化,这个温度称为该气体的临界温度。

利用临界温度来区分气体与液体。

高于临界温度的气态物质称为气体,低于临界温度称为蒸汽。

极限压强(极限真空):对于任何一个真空系统而言,都不可能得到绝对真空(p=0),而是具有一定的压强Pu,称为极限压强(或极限真空),这是该系统所能达到的最低压强,是真空系统是否满足镀膜需要的重要指标之一。

4、溅射:所谓溅射,是指何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。

5、CVD(化学气相沉积):化学气相沉积是一种化学气相生长法,简称CVD技术。

这种方法是把含有构成薄膜元素的一种或几种化合物的单质气体供给基片,利用加热、等离子体、紫外光乃至激光等能源,借助气相作用或在基片表面的化学反应(热分解或化学合成)生成要求的薄膜。

6、薄膜的组织结构:是指它的结晶形态,分为四种类型:无定型结构、多晶结构、纤维结构和单晶结构。

7、薄膜的缺陷:在薄膜的生长和形成过程中各种缺陷都会进入到薄膜之中。

这些缺陷对薄膜产生重要的影响。

他们与薄膜制作工艺密切相关。

点缺陷:在基体温度低时或蒸发过程中温度的急剧变化会在薄膜中产生许多点缺陷,这些点缺陷对薄膜电阻率产生较大影响。

薄膜物理与技术重点汇编

薄膜物理与技术重点汇编

真空基础1、 薄膜的定义2、 真空如何定义(概念)?利用外力将一定密闭空间内的气体分子移走,使该空间内的气压小于 1 个大气压,则该空间内的气体的物理状态就被称为真空。

注意:真空,实际上指的是一种低压的、稀薄的气体状态,而不是指“没有任何物质存在”! 3、 真空的分类?真空区域划分?有哪些单位制?如何换算?真空可分为:⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧→→→→atm 760/1 mmHg 1 torr 1mmHg in /lbf 1 PSI 1FPS dyne/cm 10 bar 1 CGS m /N 1 Pa 1SI MKS 2262==制)毫末汞柱制(=制)英制(=制)厘米克秒制(=制)制,即国际单位制( 1 N =105 dyne =0.225 lbf 1 atm =760 mmHg (torr )=1.013×105 Pa =1.013 bar4、真空泵可分为哪两大类?简述包括的常用真空泵类型及其工作压强范围。

5、分析说明实用的真空抽气系统为什么往往需要多种真空组成复合抽气系统?从大气压力开始抽气,没有一种真空泵可以涵盖从1 atm到10-8Pa的工作范围,真空泵往往需要多种泵组合构成复合抽气系统,实现以更高的抽气效率达到所需的高真空!6、按测量原理真空计如何分类?7、真空与薄膜材料制备有何关系?几乎所有的现代薄膜材料制备都需要在真空或较低的气压条件下进行,都涉及真空下气相的产生、输运和反应过程。

了解真空的基本概念和知识,掌握真空的获得和测量技术基础知识是了解薄膜材料制备技术的基础!8、气体分子平均自由程概念薄膜沉积的物理方法1、什么是物理气相沉积(PVD)?PVD镀膜的三个关键过程。

PVD的概念:在真空度较高的环境下,通过加热或高能粒子轰击的方法使源材料逸出沉积物质粒子(可以是原子、分子或离子),这些粒子在基片上沉积形成薄膜的技术。

其技术关键在于:如何将源材料转变为气相粒子(而非CVD的化学反应)!2、在工程基于气相粒子发射方式不同而将PVD技术分为哪几类?3、简述真空蒸发镀膜。

薄膜物理与技术-5薄膜的形成与生长

薄膜物理与技术-5薄膜的形成与生长


Z

n1
exp


G* kT


2 r* sin

Ja0
exp

Ed ED kT


Z

n1

2
r*
sin

Ja0

exp

Ed

ED kT
G*

与成核能量和成膜参数有关的函数
电化学镀膜方法: 电流通过在电解液中的流动而产生化学反应,在阳极或阴 极上沉积薄膜的方法。

阳极 阴极
表面,利用还氧原化反反应应
生长
沉积
氧金化属物薄膜

阳极氧化 电镀
化学镀: 在无电流通过时,借助还原剂在金属盐溶液中使目标金属离子还 原,并沉积在基片表面上形成金属/合金薄膜的方法。

Ed kT

2)每个临界核的捕获范围(周长)为: A 2 r* sin
相邻吸附位置间距
3)原子向临界核运动的总速率:V n1 v
v
a0
D
a0
0
exp


ED kT

平均表面扩散时间
5.2 成核理论-热力学界面能理论
成核速率:
I Z ni* AV
5.2 成核理论
5.3.1 毛细理论(热力学界面能理论)
薄膜形成:气相→ 吸附相→固相的相变过程。 毛细理论视原子团为微小的凝聚滴
(1)成核过程定性分析:
•原子团通过吸附原子而增大,表面能增大,体系自由能增 加∆G; •到临界核时,自由能增加到最大值∆Gmax; •然后,原子团再增大,体系∆G下降,形成稳定核。

薄膜物理与技术-绪论

薄膜物理与技术-绪论

液相外延生长
溶液生长法
将基底浸入含有所需材料的溶液 中,通过控制溶液浓度、温度等 因素,使材料在基底表面外延生 长形成薄膜。
溶胶凝胶法
利用前驱体溶液在基底表面进行 水解、缩聚等化学反应,形成凝 胶态薄膜,再经过热处理等后处 理形成固态薄膜。
04
薄膜特性与性能
力学性能
弹性模量
描述薄膜在受力时抵抗弹性变 形的能力,是材料刚度的度量
介电常数
衡量电场作用下,介质中电位移与电场强度 之比的虚部,与电容、电场能量有关。
热电效应
当温度梯度存在时,薄膜中产生电动势的现 象,与热能转换为电能有关。
光学性能
反射、折射与散射
描述光波通过薄膜时的行为,包括光 的传播方向和强度的变化。
吸收光谱
描述光波通过薄膜时被吸收的特性, 与光的频率和薄膜的组成有关。
例如,在显示器中,通过在玻璃基板表面蒸镀不同材质和厚 度的薄膜,可以形成多层结构,控制光的反射和透射,从而 实现高清晰度和高亮度的显示效果。
能源与环境领域
薄膜技术在能源与环境领域也具有广泛的应用。薄膜材料 在太阳能电池、燃料电池、环境监测和治理等领域中发挥 着重要作用。通过改进薄膜材料的性能,可以提高能源利 用效率和环境质量。
02
薄膜物理基础
原子结构与电子状态
原子结构
原子由原子核和核外电子组成,原子 核由质子和中子组成。原子的电子状 态由主量子数、角量子数和磁量子数 决定。
电子状态
电子在原子中的状态可以用电子云、 能级和电子自旋等描述。电子的跃迁 和能量吸收、发射与物质的光学、电 学和热学性质密切相关。
晶体结构与缺陷
薄膜物理与技术-绪论
目录
• 薄膜的定义与分类 • 薄膜物理基础 • 薄膜制备技术 • 薄膜特性与性能 • 薄膜应用领域

薄膜物理与技术

薄膜物理与技术
离子镀
将气体在电场的作用下离化,形成离子束或等离子体,然后轰击材 料表面,使其原子或分子沉积在基底表面形成薄膜。
化学气相沉积(CVD)
常压化学气相沉积(APCVD)
在常压下,将反应气体在气相中发生化学反应,生成固态物质并沉积在基底表面形成薄膜 。
低压化学气相沉积(LPCVD)
在较低的压力下,将反应气体在气相中发生化学反应,生成固态物质并沉积在基底表面形 成薄膜。
等离子体增强化学气相沉积(PECVD)
利用等离子体激活反应气体,使其发生化学反应,生成固态物质并沉积在基底表面形成薄 膜。
液相外延(LPE)
溶胶-凝胶法
将金属盐溶液通过脱水、聚合 等过程转化为凝胶,然后在一
定条件下转化为薄膜。
化学镀
利用化学反应在基底表面沉积 金属或合金薄膜。
电镀
利用电解原理在基底表面沉积 金属或合金薄膜。
薄膜的特性与性能参数
特性
薄膜具有一些独特的物理和化学特性, 如高表面面积、高纯度、高密度等, 这些特性使得薄膜在电子、光学、磁 学等领域具有广泛的应用前景。
性能参数
评估薄膜性能的参数包括表面粗糙度、 透光性、导电性、硬度等,这些参数 决定了薄膜在不同领域的应用效果。
薄膜的形成与生长机制
形成
薄膜的形成通常是通过物理或化学方法将物质蒸发或溅射到基材表面,然后凝 结或反应形成薄膜。
涉及其他非主要性能的表征,如化学稳定性、热稳定性等。
详细描述
除了光学、力学和电学性能表征外,还有其他一些非主要性能的表征方法,如化学稳定 性表征和热稳定性表征等。这些性能参数对于评估薄膜在不同环境条件下的稳定性和耐 久性具有重要意义,尤其在化学反应容器制造和高温环境应用等领域中具有重要价值。

薄膜物理与技术-考试重点

薄膜物理与技术-考试重点

薄膜物理与技术-考试重点1.真空环境的划分:①低真空(> 102Pa);②中真空(102—10-1Pa);③高真空(10-1—10-5Pa);④超高真空(< 10-5Pa)真空蒸发沉积:高真空和超高真空(<10-3 Pa)溅射沉积:中、高真空(10-2—10Pa)低压化学气相沉积:中、低真空(10—100Pa)电子显微分析:高真空材料表面分析:超高真空2.为了获得高真空蒸发系统,通常采用旋片式机械泵和涡轮分子泵两级真空泵联用,其中与真空室直接相连的是涡轮分子泵。

真空泵的原理和适用范围:①旋片式机械真空泵(输运式真空泵):依靠安置在偏心转子中的可以滑进滑出的旋片将气体隔离、压缩,然后排出泵体之外。

>10-1Pa②涡轮分子泵(输运式真空泵):高速旋转的叶片将动量传给气体分子,并使其向特定方向运动。

10-8—1Pa 溅射离子泵(捕获式真空泵):高压下电离的气体分子撞击Ti阴极,溅射出大量活性很高的Ti原子,以吸附或化学反应的形式捕获大核心的数目。

化学气相淀积:利用气态先驱反应物,通过原子、分子间化学反应的途径生成固态薄膜。

物理气相淀积: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的过程。

阴影效应:蒸发的物质被障碍物阻挡而不能沉积到衬底上。

溅射:离子轰击物质表面,并在碰撞过程中发生能量与动量的转移,将物质表面原子激发出来的过程。

溅射法:将被电场加速后具有一定动能的离子引向靶电极,与靶表面原子碰撞使之溅射出来,溅射原子能够沿一定方向射向衬底并沉积下来。

等离子体鞘层:等离子体相对器壁会呈正电性,在等离子体和壁之间的非电中性薄层称为鞘层。

弹性碰撞:参加碰撞的粒子的总动能和总动量保持不变,并且不存在粒子内能的变化。

溅射产额:被溅射出来的原子数与入射离子数之比。

(衡量溅射过程效率的参数)靶材的中毒:随着活性气体压力的增加,靶材表面可能形成一层相应的化合物,导致溅射和薄膜沉积速率降低。

薄膜物理与技术-7 薄膜的物理性质--(1) 薄膜的力学性质

薄膜物理与技术-7  薄膜的物理性质--(1) 薄膜的力学性质
2.1.3 增加附着力的方法 ①清洗基片 污染物导致薄膜与基片不能直接接触→范德华力大 大减弱→扩散更不可能→吸附性极差
解决方法:基片清洗→去掉污染层(吸附层使基片 表面的化学键饱和,从而薄膜的附着力差)→提高 附着性能。
第七章 薄膜的物理性质
7.1 薄膜的力学性质
7.1.1 薄膜的附着力
②提高基片温度 提高温度,有利于薄膜和基片之间原子的相互扩散 →扩散附着有利于加速化学反应形成中间层 →中间层附着 须注意:T↑→薄膜晶粒大→热应力↑→其它性能变
薄膜物理与技术
第七章 薄膜的物理性质
宋春元 材料科学与工程学院
第七章 薄膜的物理性质
概述
由于薄膜材料的不同,各种薄膜(如金属膜、 介质膜、半导体膜等)都有各自不同的性质。了解 薄膜的力学、电学、光学、热学及磁学性质, 对薄膜的应用有着十分重要的意义。
第七章 薄膜的物理性质
7.1 7.2 7.3 7.4 7.5
第七章 薄膜的物理性质
7.1 薄膜的力学性质
7.1.1 薄膜的附着力 薄膜附着的类型
薄膜的附着可分为四种类型: (a)简单附着 (b)扩散附着 (c)通过中间层附着 (d)宏观效应附着等。
第七章 薄膜的物理性质
7.1 薄膜的力学性质--7.1.1 薄膜的附着力
附着的四种类型示意图(图7-1)
简单附着
第七章 薄膜的物理性质-之薄膜的力学性质
7.1.2 薄膜的内应力--内应力的成因
(相转移效应
在薄膜形成过程中发生的相转移是从气相到固相 的转移。在相转移时一般都发生体积的变化。这是形 成内应力的一个原因。 Ga膜在从液相到固相转移时体积发生膨胀,形成 的内应力是压缩应力。 Sb(锑)膜在常温下形成时为非晶态薄膜。当厚 度超过某一个临界值时便发生晶化。这时体积发生收 缩,形成的内应力为张应力。

薄膜物理与技术重点概括

薄膜物理与技术重点概括

一、薄膜:采用一定方法,使处于某种状态的一种或几种物质(原材料)基团以物理或化学方式附着于衬底材料表面,在衬底材料表面形成的一层新物质。

制备分类:二、气体与蒸汽:临界温度——对于每种气体都有一个特定温度,高于此温度,气体无论如何被压缩都不会液化。

利用室温和临界温度来区分气体和蒸汽:临界温度低于室温的气态物质称气体;临界温度高于室温的气态物质称为蒸汽。

饱和蒸汽压:把各种固液体放入密闭的容器中,在任何温度下都会蒸发,蒸发出来的气压称为蒸汽压。

在一定温度下,单位时间内蒸发出来的分子数与凝结在器壁和回到蒸发物质的分子数相等时的蒸汽压称为饱和蒸汽压。

蒸发温度:规定为饱和蒸汽压=1.33Pa时的温度。

压强单位:1Bar=10^5 pa ,1Atm=101325Pa ,1Torr=133.322Pa 1N/m^2=1pa真空:指定空间内,低于一个大气压的气体状态。

真空特点:压强低,分子稀薄,分子的平均自由程长。

真空划分: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..平均自由程越长,气体分子数密度越小,压强越小。

真空获得(真空泵)机械泵、罗茨泵(低真空);分子泵、扩散泵(高真空);!看书。

热偶真空计的工作原理:灯丝产生的热量Q以如下三种方式向周围散发,即辐射热量Q1,灯丝与热偶丝的传导热量Q2,气体分子碰撞灯丝带走的热量Q3,热平衡时,Q1,Q2不变,Q3与气体分子数有关。

即:Q=Q1 辐射+Q2传导+Q3气体分子带走热量在0.1~100Pa范围内,气体热导率随气体压力的增加而上升,这时热偶规才能测出真空度。

气压过高时,气体热导率不随压力变化而变化。

•气压过低时,气体热导率引起的变化Q3比Q太小,不灵敏,也不能测量。

电离真空计:电离真空规由阴极、阳极和离子收集极三个电极组成。

类似于一真空三极管,灯丝发射电子与气体分子碰撞使其电离,气体分子电离的多少与气体分子密度成正比,即与压强成正比,根据离子电流大小测量真空度。

薄膜物理与技术

薄膜物理与技术
薄膜太阳电池可以使用在价格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨,金属片等不同材料当基板来制造,形成可产生电压的薄膜厚度仅需数um,目前转换效率最高以可达13%。薄膜电池太阳电池除了平面之外,也因为具有可挠性可以制作成非平面构造其应用范围大,可与建筑物结合或是变成建筑体的一部份,应用非常广泛。
太阳能电池有以下几类: 硅基太阳能电池(单晶/多晶/非晶)(24.7%) ;化合物太阳能电池(砷化镓/硫化镉/碲化镉/铜铟硒等); 有机薄膜太阳能电池 (酞青类化合物/导电聚合物等); 纳米薄膜太阳能电池(纳米TiO2) 。
第五章 薄膜的性质
了解薄膜的一些力、电、半导体、磁特性,及这些特性的使用价值。薄膜的力学、电学性质,及半导体、磁性、超导薄膜的特性及薄膜的应用。了解薄膜的一些力、电、半导体、磁特性,及这些特性的使用价值。 重点: 力,电性质,薄膜应用。薄膜材料以其独特的性质为促进器件微型化、集成化发挥了重要作用。薄膜制作作为一种极其重要的材料制作关键技术是现代大学本科生必须了解的基础知识。
镜面镀膜有三层:外层防污膜是防灰尘和油渍;中层防反射膜,是提高镜片光线通过率。 内层加硬膜是防止镜片磨损、刮花。
2.、太阳能薄膜技术
1973年世界爆发了第一次能源危机,使人们清醒地认识到地球上化石能源储藏及供给的有限性,客观上要求人们必须寻找其它可替代的能源技术,改变现有的以使用单一化石能源为基础的能源供给结构。为此,以美国为首的西方发达国家纷纷投入大量人力、物力和财力支持太阳电池的研究和发展,同时在以亟待解决的与化石能源燃烧有关的大气污染、温室效应等环境问题的促使下,在全世界范围内掀起了开发利用太阳能的热潮,也由此拉开了太阳电池发电的序幕。
薄膜技术与薄膜材料之所以受到人们的关注,主要基于下面几个理由:
(1)薄膜材料是典型的二维材料,即在两个尺度上较大,而在第三个尺度上很小。

薄膜物理技术考试知识点总结

薄膜物理技术考试知识点总结

1.1薄膜概述作业题:什么是薄膜1.薄膜的定义(1):由单个的原子、离子、原子团无规则地入射到基板表面,经表面附着、迁徙、凝结、成核、核生长等过程而形成的一薄层固态物质。

定义(2):采用特定的制备方法在基板表面上生长得到的一薄层固态物质。

·薄膜的尺度:通常:薄膜< 1μm 厚膜>10μm·微电子电路的工艺有哪些方法实现?答:光刻、镀膜、电子束。

1.2 薄膜结构和缺陷作业题:蒸发薄膜微观结构随基片温度的变化如何改变?低温时,扩散速率小,成核数目有限,形成不致带有纵向气孔的葡萄结构;随着温度升高,扩散速率增大,形成紧密堆积纤维状晶粒然后转为完全之谜的柱状晶体结构;温度再升高,晶粒尺寸随凝结温度升高二增大,结构变为等轴晶貌。

其他:·薄膜主要缺陷类型及特点?薄膜的缺陷分为:点缺陷(晶格排列出现只涉及到单个晶格格点,典型构型是空位和填隙原子,点缺陷不能用电子显微镜直接观测到,点缺陷种类确定后,它的形成能是一个定值)、位错(在薄膜中最常遇到,是晶格结构中一种“线性”不完整结构,位错大部分从薄膜表面伸向基体表面,并在位错周围产生畸变)、晶格间界(薄膜由于含有许多小晶粒,故晶粒间界面积比较大)和层错缺陷(由原子错排产生,在小岛间的边界处出现,当聚合并的小岛再长大时反映层错缺陷的衍射衬度就会消失)。

·薄膜晶粒织构(组织结构)模型:(能区分)·薄膜结构是指哪些结构?其特点是什么?(1)薄膜结构:组织结构(包含无定形结构、多晶结构、纤维结构、单晶结构)、晶体结构、表面结构。

(2)特点:组织结构:薄膜的结晶形态晶体结构:多数情况下,薄膜中晶粒的晶格结构与体材料相同,只是晶粒取向和晶粒尺寸不同,晶格常数也不同。

表面结构: a、呈柱状颗粒和空位组合结构;b、柱状体几乎垂直于基片表面生长,而且上下端尺寸基本相同;c、平行于基片表面的层与层之间有明显的界面;1.3 薄膜的形成作业题:1.薄膜生长的三个过程一、吸附、表面扩散与凝结过程二、核形成与生长过程三、连续薄膜的形成(岛形成与生长过程。

薄膜物理与技术

薄膜物理与技术

薄膜物理与技术薄膜物理与技术第⼀章1、真空:低于⼀个⼤⽓压的⽓体空间。

P12、真空度与压强的关系:真空度越低,压强越⾼。

P13、1Torr = 1/760 atm =133.322Pa.(或1Pa=7.5×10-3Torr)P24、平均⾃由程:每个分⼦在连续两次碰撞之间的路程。

P55、余弦定律:碰撞于固体表⾯的分⼦,它们飞离表⾯的⽅向与原⼊射⽅向⽆关,并按与表⾯法线⽅向所成⾓度θ的余弦进⾏分布。

P76、极限压强(或极限真空):对于任何⼀个真空系统⽽⾔,都不可能得到绝对真空(p=0),⽽是具有⼀定的压强。

P77、抽⽓速率:在规定压强下单位时间所抽出⽓体的体积,它决定抽真空所需要的时间。

P78、机械泵的原理:利⽤机械⼒压缩和排除⽓体。

P89、分⼦泵的⼯作原理:靠⾼速转动的转⼦碰撞⽓体分⼦并把它驱向排⽓⼝,由前级泵抽⾛,⽽使被抽容器获得超⾼真空。

P13第⼆章1、真空蒸发镀膜的三个基本过程:P17(1)加热蒸发过程:……(2)⽓化原⼦或分⼦在蒸发源与基⽚之间的输运:……(3)蒸发原⼦或分⼦在基⽚表⾯上的淀积过程:……2、为什么真空蒸发镀膜的三个过程必须在空⽓⾮常稀薄的真空环境中进⾏?P18答:如果不是真空环境,蒸发物原⼦或分⼦将与⼤量空⽓分⼦碰撞,使膜层受到严重污染,甚⾄形成氧化物;或者蒸发源被加热氧化烧毁;或者由于空⽓分⼦的碰撞阻挡,难以形成均匀连续的薄膜。

3、饱和蒸⽓压:在⼀定温度下,真空室内蒸发物质的蒸⽓与固体或液体平衡过程中所表现出的压⼒。

P184、蒸发温度:物质在饱和蒸⽓压为10-2托时的温度。

P185、碰撞⼏率:。

P236、点蒸发源:能够从各个⽅向蒸发等量材料的微⼩球状蒸发源。

P25-27计算:公式2-28、2-337、蒸发源与基板的相对位置配置P33(1)点源与基板相对位置的配置:为了获得均匀膜厚,点源必须配置在基板所围成的球体中⼼。

(2)⼩平⾯源与基板相对位置的配置:当⼩平⾯源为球形⼯作架的⼀部分时,该⼩平⾯蒸发源蒸发时,在内球体表⾯上的膜厚分布是均匀的。

薄膜物理总结

薄膜物理总结

一.薄膜制备的真空技术基础:薄膜制备方法物理方法:热蒸发法 溅射法 离子镀方法化学方法:电镀方法 化学气相生长法1,气体分子的平均自由程:气体分子在两次碰撞的间隔时间里走过的平均距离。

21d n πλ= d — 气体分子的有效截面直 2,单位面积上气体分子的通量:气体分子对于单位面积表面的碰撞频率。

3,流导:真空管路中气体的通过能力。

分子流气体:流导C 与压力无关,受管路形状影响,且与气体种类、温度有关。

4,真空泵的抽速: p — 真空泵入口处气体压力Q — 单位时间内通过真空泵入口处气体流量5,真空环境划分:低真空> 102 Pa中真空102 ~ 10-1 Pa高真空10-1 ~ 10-5 Pa超高真空< 10-5 Pa低压化学气相沉积:中、低真空(10~ 100Pa );溅射沉积: 中、高真空(10-2 ~ 10Pa );真空蒸发沉积: 高真空和超高真空(<10-3 Pa );电子显微分析: 高真空;材料表面分析: 超高真空。

6,气体的流动状态:分子流状态:在高真空环境下,气体的分子除了与容器壁外,几乎不发生气体分子间的相互碰撞。

特点:气体分子平均自由程大于气体容器的尺寸或与其相当。

(高真空薄膜蒸发沉积系统、各种材料表面分析仪器)粘滞流状态:当气压较高时,气体分子的平均自由程很短,气体分子间的相互碰撞较为频繁。

粘滞流状态的气体流动模式:层流状态:低流速黏滞流所处的气流状态,即气体宏观运动方向与一组相互平行的流线相一致。

紊流状态:高流速黏滞流所处的气流状态,气体不再能够维持相互平行的层状流动模式,而呈现出一种旋涡式的流动模式。

克努森(Knudsen)准数:分子流状态Kn<1过渡状态Kn=1~100粘滞流状态Kn > 1007,旋片式机械真空泵工作原理:玻意耳-马略特定律(PV=C)即:温度一定的情况下,容器的体积和气体压强成反比。

性能参数:理论抽速Sp:单位时间内所排出的气体的体积。

薄膜物理与技术-7 薄膜的物理性质--(1) 薄膜的力学性质共39页文档

薄膜物理与技术-7 薄膜的物理性质--(1) 薄膜的力学性质共39页文档
25、学习是劳动,是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢!
21、要知道对好事的称颂过于夸大,也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤,荒于嬉;行成于思,毁于随。——韩愈
23、一切节省,归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰,决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
薄膜物理与技术-7 薄膜的物理性质-(1) 薄膜的力学性质
11、用道德的示范来造就一个人,显然比用法律在每件事上,她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由,因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样,法律和法律都是相互依存的。——伯克
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

第一章最可几速率:根据麦克斯韦速率分布规律,可以从理论上推得分子速率在m v 处有极大值,m v 称为最可几速率MRTMRTmkT41.122==,Vm 速度分布平均速度:MRT mRTmkT59.188==ππ,分子运动平均距离均方根速度:MRTMRTmkT73.133==平均动能真空的划分:粗真空、低真空、高真空、超高真空。

真空计:利用低压强气体的热传导和压强有关; (热偶真空计)利用气体分子电离;(电离真空计)真空泵:机械泵、扩散泵、分子泵、罗茨泵 机械泵:利用机械力压缩和排除气体扩散泵:利用被抽气体向蒸气流扩散的想象来实现排气作用 分子泵:前级泵利用动量传输把排气口的气体分子带走获得真空。

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;其统计平均值成为平均自由程。

常用压强单位的换算 1Torr=133.322 Pa 1 Pa=7.5×10-3 Torr 1 mba=100Pa 1atm=1.013*100000Pa 真空区域的划分、真空计、各种真空泵粗真空 1×105 to 1×102 Pa 低真空 1×102 to 1×10-1 Pa 高真空 1×10-1 to 1×10-6 Pa 超高真空 <1×10-6 Pa 旋转式机械真空泵 油扩散泵 复合分子泵属于气体传输泵,即通过气体吸入并排出真空泵从而达到排气的目的 分子筛吸附泵 钛升华泵 溅射离子泵 低温泵属于气体捕获泵,即通过各种吸气材料特有的吸气作用将被抽气体吸除,以达到所需真空。

不需要油作为介质,又称为无油泵 绝对真空计:U 型压力计、压缩式真空计 相对真空计:放电真空计、热传导真空计、电离真空计机械泵、扩散泵、分子泵的工作原理,真空计的工作原理 第二章1.什么是饱和蒸气压?蒸发温度?饱和蒸气压:在一定温度下,真空室内蒸发物质的蒸气与固体或液体平衡过程中所表现出的压力 蒸发温度:物质在饱和蒸气压为10-2托时的温度。

2.克--克方程及其意义? 克-克方程)(Vs Vg T H dT dP -=νν,可以知道饱和蒸气压和温度的关系,对于薄膜的制作技术有重要实际意义, 帮助我们合理地选择蒸发材料和确定蒸发条件.3.蒸发速率、温度变化对其的影响?根据气体分子运动论,在气体压力为P 时,单位时间内碰撞单位面积器壁上的分子数量,即碰撞分子流量(通量或蒸发速率)J : 在蒸发源以上温度蒸发,蒸发源温度的微小变化即可以引起蒸发速率发生很大变化。

4.平均自由程与碰撞几率的概念?气体分子处于不规则的热运动状态,每个气体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”。

或者 粒子在两次碰撞之间所飞行的平均距离称为蒸发分子的平均自由程。

蒸发材料分子能与真空室中残余气体分子相互碰撞的数目占总的蒸发材料分子的百分数。

热平衡条件下,单位时间通过单位面积的气体分子数为气体分子对基板的碰撞率。

7.MBE 的特点?外延: 在一定的单晶材料衬底上,沿衬底某个指数晶面向外延伸生长一层单晶薄膜。

1) MBE 可以严格控制薄膜生长过程和生长速率。

MBE 虽然也是以气体分子论为基础的蒸发过程,但它并不以蒸发温度为控制参数,而是以四极质谱、原子吸收光谱等近代分析仪器,精密控制分子束的种类和强度。

2) MBE 是一个超高真空的物理淀积过程,即不需要中间化学反应,又不受质量输运的影响,利用快门可对生长和中断进行瞬时控制。

薄膜组成和掺杂浓度可以随源的变化作迅速调整。

3) MBE 的衬底温度低,降低了界面上热膨胀引入的晶格失配效应和衬底杂质对外延层自掺杂扩散的影响。

4) MBE 是一个动力学过程,即将入射的中性粒子(原子或分子)一个一个地堆积在衬底上进行生长,而不是一个热力学过程,所以它可以生长普通热平衡生长难以生长的薄膜。

5) MBE 生长速率低,相当于每秒生长一个单原子层,有利于精确控制薄膜厚度、结构和成分,形成陡峭的异质结结构。

特别适合生长超晶格材料。

6)MBE 在超高真空下进行,可以利用多种表面分析仪器实时进行成分、结构及生长过程分析,进行科学研究。

8.膜厚的定义?监控方法?厚度:是指两个完全平整的平行平面之间的距离,是一个可观测到实体的尺寸。

理想薄膜厚度:基片表面到薄膜表面之间的距离。

由于实际上存在的表面是不平整和不连续的,而且薄膜内部还可能存在着针孔、杂质、晶体缺陷和表面吸附分子等,所以要严格的定义和测准薄膜的厚度实际上比较困难的。

膜厚的定义,应该根据测量的方法和目的来决定。

称重法(微量天平法 石英晶体振荡法 ) 电学方法(电阻法 电容法 电离式监控记法) 光学方法(光吸收法 光干涉法 等厚干涉条纹法) 触针法(差动变压器法 阻抗放大法 压电元件法 P50 PkT22πσλ=第三章1.溅射镀膜和真空镀膜的特点?优点:1.任何物质都可以溅射,尤其是高熔点、低蒸气压元素化合物2.溅射膜和基板的附着性好3.溅射镀膜密度高,针孔少,且膜层的纯度较高4.膜度可控性和重复性好缺点:5溅射设备复杂,需要高压装置;6成膜速率较低(0.01-0.5 m)。

2.正常辉光放电和异常辉光放电的特征?正常辉光放电:在一定电流密度范围内,放电电压维持不变。

在正常辉光放电区,阴极有效放电面积随电流增加而增大,从而使有效区内电流密度保持恒定。

异常辉光放电:电流增大时,放电电极间电压升高,且阴极电压降与电流密度和气体压强有关。

当整个阴极均成为有效放电区域后,只有增加阴极电流密度,才能增大电流,形成均匀而稳定的“异常辉光放电”,并均匀覆盖基片,这个放电区就是溅射区域。

3.射频辉光放电的特点?1.在辉光放电空间产生的电子可以获得足够的能量,足以产生碰撞电离;2.由于减少了放电对二次电子的依赖,降低了击穿电压;3.射频电压可以通过各种阻抗偶合,所以电极可以不是导体材料。

4.溅射的概念及溅射参数?溅射是指荷能粒子轰击固体表面(靶),使固体原子或者分子从表面射出的现象。

1.溅射阈值2.溅射率及其影响因素3.溅射粒子的速度和能量分布4.溅射原子的角度分布5.溅射率的计算5.溅射机理?溅射现象是被电离气体的离子在电场中加速并轰击靶面,而将能量传递给碰撞处的原子,导致很小的局部区域产生高温,使靶材融化,发生热蒸发。

溅射完全是一个动量转移过程该理论认为,低能离子碰撞靶时,不能直接从表面溅射出原子,而是把动量传递给被碰撞的原子,引起原子的级联碰撞。

这种碰撞沿晶体点阵的各个方向进行。

碰撞因在最紧密排列的方向上最有效,结果晶体表面的原子从近邻原子得到越来越多的能量。

1.溅射率随入射离子能量增大而增大,在离子能量达到一定程度后,由于离子注入效应,溅射率减小;2.溅射率的大小与入射离子的质量有关;3.当入射离子能量小于溅射阈值时,不会发生溅射;4.溅射原子的能量比蒸发原子大许多倍;5.入射离子能量低时,溅射原子角度分布不完全符合余弦定律,与入射离子方向有关;6.电子轰击靶材不会发生溅射现象。

6.二极直流溅射、偏压溅射、三极或四极溅射、射频溅射、磁控溅射、离子束溅射结构及原理?二极直流溅射靶材为良导体,依靠气体放电产生的正离子飞向阴极靶,一次电子飞向阳极,放电依靠正离子轰击阴极所产生的二次电子,经阴极加速后被消耗补充的一次电子维持。

三极或四极溅射:热阴极发射的电子与阳极产生等离子体,靶相对于该等离子体为负电位.为把阴极发射的电子全部吸引过来,阳极上加正偏压,20V左右。

为使放电稳定,增加第四个电极——稳定化电极.偏压溅射: 基片施加负偏压,在淀积过程中,基片表面将受到气体粒子的稳定轰击,随时消除可能进入薄膜表面的气体,有利于提高薄膜纯度,并且也可除掉粘除力弱的淀积粒子,对基片进行清洗,表面净化,还可改变淀积薄膜的结构。

射频溅射: 可以用射频辉光放电解释。

等离子体中的电子容易在射频场中吸收能量并在电场内振荡,与工作气体的碰撞几率增大,从而使击穿电压和放电电压显著降低。

磁控溅射:使用了磁控靶,施加磁场来改变电子的运动方向,束缚并延长电子运动轨迹,进而提高电子对工作气体的电离效率和溅射沉积率。

在阴极靶的表面上形成一个正交的电磁场。

溅射产生的二次电子在阴极位降区内被加速成为高能电子,但是它并不直接飞向阳极,而在电场和磁场的作用下作摆线运动。

高能电子束缚在阴极表面与工作气体分子发生碰撞,传递能量,并成为低能电子。

离子束溅射:离子源、屏蔽罩。

由大口径离子束发生源引出惰性气体,使其照射在靶上产生建设作用,利用溅射出的粒子淀积在基片上制得薄膜。

第五章1.CVD 热力学分析的主要目的?CVD 热力学分析的主要目的是预测某些特定条件下某些CVD 反应的可行性(化学反应的方向和限度)。

在温度、压强和反应物浓度给定的条件下,热力学计算能从理论上给出沉积薄膜的量和所有气体的分压,但是不能给出沉积速率。

热力学分析可作为确定CVD 工艺参数的参考 2.CVD 过程自由能与反应平衡常数的过程判据? 与反应系统的化学平衡常数 有关。

3.CVD 热力学基本内容?反应速率及其影响因素?按热力学原理,化学反应的自由能变化 可以用反应物和生成物的标准自由能 来计算,即较低衬底温度下, τ随温度按指数规律变化。

较高衬底温度下,反应物及副产物的扩散速率为决定反应速率的主要因素。

4.热分解反应、化学合成反应及化学输运反应及其特点?热分解反应:在简单的单温区炉中,在真空或惰性气体保护下加热基体至所需温度后,导入反应物气体使之发生热分解,最后在基体上沉积出固体图层。

特点:主要问题是源物质的选择和确定分解温度。

选择源物质考虑蒸气压与温度的关系,注意在该温度下的分解产物中固相仅为所需沉积物质。

化学合成反应:化学合成反应是指两种或两种以上的气态反应物在热基片上发生的相互反应。

特点:比热分解法的应用范围更加广泛。

可以制备单晶、多晶和非晶薄膜。

容易进行掺杂。

化学输运反应:将薄膜物质作为源物质(无挥发性物质),借助适当的气体介质与之反应而形成气态化合物,这种气态化合物经过化学迁移或物理输运到与源区温度不同的沉积区,在基片上再通过逆反应使源物质重新分解出来,这种反应过程称为化学输运反应。

特点: 不能太大;平衡常数KP 接近于1。

5.CVD 的必要条件?1.在沉积温度下,反应物具有足够的蒸气压,并能以适当的速度被引入反应室;2.反应产物除了形成固态薄膜物质外,都必须是挥发性的;3.沉积薄膜和基体材料必须具有足够低的蒸气压, 6.什么是冷壁CVD ?什么是热壁CVD ?特点是什么? 12T = T T ∆-r G ∆()()r f f G G G ∆=∆-∆∑∑生成物反应物RTEAe∆-=τr G ∆PK 2.3log r PG RT K ∆=-11()nmP i j i j K P P ===∏∏生成物(反应物)冷壁CVD :器壁和原料区都不加热,仅基片被加热,沉积区一般采用感应加热或光辐射加热。

相关文档
最新文档