薄膜材料考试题目

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孙兆威2016年6月9日

1.Z在抽真空的过程中，在不同真空度下腔体内的主要气体成分。

2.管道的设计与连接对抽真空效率的影响，检漏方法

抽气效率：为保持系统真空度而需要的抽速，取决于真空元件的总流导（一般指导管、阀门、挡板真空系统中的常见元件），使得真空泵的实际抽速S 永远小于理论抽速Sp：

同时，极限真空度会受到被抽容器（真空器）的体积及漏气、放气的影响，公式为

因此，要保证抽真空效率，就要减少真空元件总流导和系统的漏气放气。

总流导C：，因此，在允许范围内增大各个元件流导即可增加系统总流导。对阀门，C=11.7A，对导管，C=12.2D3/L，因此，选用口径较大的阀门，尽量减少导管的长度，增加导管直径可以相应增大总流导。

装置放气：是指在常温或高温下真空装置自身的饱和蒸汽、某些内表面存在的污垢、联结装置中存在的残余空气，这些气体会对极限真空度造成影响，

因此必须在组装装置时选用饱和蒸汽压尽可能低、且高温稳定性理想的元件材料，减少需要连接的部位，尽可能清洁装置的内表面。

装置漏气：装置漏气存在两种情况，一是空气通过装置器壁渗透；二是装置存在漏气部位。第二种情况是必须尽量克服的，同样是通过减少连接部分，使用气密性高、热变形小的材料。

常见检漏方法：

1. rate-of-rise 检测

2. He质谱漏气检测

3. He气+真空计检测

4. RGA检测

检漏部位：

检漏仪与系统的连接处；

过去经常出问题的元器件；

经常沿着密封表面运动的密封件；

阀门的动密封；

旋转部件的动密封；

舱门的密封；

波纹管轴的密封；

真空官道上的柔性连接；

螺纹连接处；

静密封，如观察窗，引线端；

焊点（特别是钎焊的焊点）；

3.估计常见晶体不同面的表面能

100110111

SC123

FCC463

BCC426

HCP366 0001 1100 1120

自己计算即可，不会来问我

4.表面扩散的几种机制

表面扩散：是指原子在固体表面上由一个表面位置向另一个位置移动。机制有两种：

1.增原子迁移和替换

2.表面空位迁移

表面扩散的原子理论：表面扩散主要是增原

子的迁移和表面空位迁移。

具体采用哪种机制则看那种机制的扩散激活能

（Ef和Em）小

5.扩散生长的薄膜厚度与时间的关系

反应扩散生成中间相γ薄膜，

单位时间内从a 相流入界面的A 物质，

单位时间内从界

面流入γ相的A 物质

，A 物质守恒，

阴影部分面积相等

6. 推导衬底上异相形核的临界尺寸和形核功

int v (/)C D dC dx ααα=-v

C γ=0/)(/L C C dx dC A αα-≈

1/2

21/2

1/2

1/2

()~const ()A D C C t X t X C C C αααγγ⎡⎤-⎣⎦⇒=⎡⎤-⎣

⎦ p const exp(E /T)

k -

7.Gibbs-Curie-Wulff公式的应用

Gibbs-Curie-Wulff定律的基本含义是晶体生长最小表面能原理出发，可得知晶面的线性生长速率与该晶面的比表面能成正比，晶体最终保留下来的晶面是面网密度大的晶面。

Gibbs-Curie-Wulff公式(晶体平衡形态中心到表面的距离与该表面表面能的比值为常数)

此处应有一负号

8.判断起始沉积状况的分类

薄膜的起始沉积过程是衬底上增原子数迅速增加直到饱和的阶段，它对以后的成核长大有很大的影响，可以根据起始过程中再蒸发的难易程度和沉积原子能够相遇结合起来的程度把薄膜生长过程区分为三类。

在沉积的起始过程中，衬底上已有许多原子同时扩散，对每个原子的驻留时间，都可以引入一个俘获面积m a,或俘获半径Ra,在此范围内后来到达的

原子均会被这个原子俘获而成核。

按起始沉积过程中再蒸发的难易程度和沉积原子能够相遇结合起来的程度区分为三类:

起始完全沉积状态俘获位置ma之和＞2N0

9.蒸发沉积膜厚均匀性的问题

点源和面源的比较：

1) 两种源的相对膜厚分布的均匀性都不理想；

2) 点源的膜厚分布稍均匀些；

3) 在相同条件下，面源的中心膜厚为点源的4倍；

4) 点源的浪费比较严重些。

10.磁控溅射的原理和优缺点，反应溅射沉积随输入气体的量，各种

沉积参数的变化

原理：电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子；新电子飞向基片，Ar离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜，而产生的二次电子会受到电场

和磁场作用，产生E （电场）×B （磁场）所指的方向漂移，简称E×B 漂移，其运动轨迹近似于一条摆线。若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动，在靠近靶表面的等离子体区域内电离出大量的Ar 来轰击靶材，从而实现了高的沉积速率。随着碰撞次数的增加，二次电子的能量消耗殆尽，逐渐远离靶表面，并在电场E 的作用下最终沉积在基片上。

优点：

1.二次电子以园滚线的形式在靶上循环运动，路程足够长，电子使原子电离的机会增加。

2.提高了电离效率，工作气压可降低到10-3-10-4 Torr ，减少了工作气体与溅射原子的散射作用，提高了沉积速率。

3.高密度等离子体被电磁场束缚在靶面附近，不与基片接触。这样，电离产生的正离子能有效地轰击靶面；基片又免受等离子体地轰击，制膜过程中温升较小。

有效地解决了直流溅射中基片温升高和溅射速率低两大难题

缺点：

不能实现强磁性材料的低温高速溅射 用绝缘材料的靶会使基板温度上升

靶材的利用率低(10%-30%)，靶表面不均匀溅射 反应性磁控溅射中的电弧问题 膜的均匀性

靶的非均匀腐蚀及内应力 颗粒（重溅射）

反应溅射沉积：

稳态时靶上化合物溅射速率与形成速率相等：

靶的消耗速率：

稳态时衬底上化合物生成速率与被金属覆盖速率相等：

输入气体总量：

c t t t t t r S A )q /j (a A )1(θ=θ-αΦt t m t c t A )]1(S S )[q /j (R θ-+θ=b

/]A )1(S )[q /j (b A )1()1](A S )[q /j (s t t m s s s r s t t c θθ-=θ-αΦ+θ-θp

s t Q Q Q Q ++=S

P Q A )1(Q A )1(Q r p s

s s r s t t t r t =θ-αΦ=θ-αΦ=