薄膜物理与技术基本概念常识大全1

薄膜物理基础知识大全

第一章：

最可几速度：

平均速度： 均方根速度：

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？

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来的压力

规定物质在饱和蒸气压为10-2Torr 时的温度

2. 克-克方程及其意义？

3. 蒸发速率、温度变化对其影响？

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M RT

M RT m kT v a 59.188===ππM RT M RT m kT v r 73.133===P

kT 22πσλ=()s g v v V V T H dT dP -=RT H C P v v -=ln

M RT M RT m kT v m 41.122===

分子数量，即碰撞分子流量（通量或蒸发速率）J：

蒸发源温度微小变化就可以引起蒸发速率的很大变化

4.平均自由程与碰撞几率的概念。

蒸发分子在两次碰撞之间所飞行的平均距离

热平衡条件下，单位时间通过单位面积的气体分子数为

5.点蒸发源和小平面蒸发源特性？

能够从各个方向蒸发等量材料的微小球状蒸发源称为点蒸发源（点源）。

这种蒸发源的发射特性具有方向性，使得在 alpha 角方向蒸发的材料质量和 cos(alpha) 成正比。

6.拉乌尔定律？如何控制合金薄膜的组分？

在定温下，在稀溶液中，溶剂的蒸气压等于纯溶剂蒸气压乘以溶液中溶剂的物质的量分数

在真空蒸发法制作合金薄膜时，为保证薄膜组成，经常采用瞬时蒸发法、双蒸发源法等。

7.MBE的特点？(分子束外延)

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。

理想薄膜厚度：基片表面到薄膜表面之间的距离。

监控方式见书上详解P50

第二章：

1.溅射镀膜与真空镀膜相比，有何特点？

1)任何物质都可以溅射，尤其是高熔点金属、低蒸气压元素和化合物；

2)溅射薄膜与衬底的附着性好；

3)溅射镀膜的密度高、针孔少，膜层纯度高；

4)膜层厚度可控性和重复性好。

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？

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。

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？

i.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；

ii.由于减少了放电对二次电子的依赖，降低了击穿电压；

iii.射频电压可以通过各种阻抗偶合，所以电极可以是非金属材料。

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。

当原子的能量大于结合能时，就从表面溅射出来

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

束溅射系统的结构和原理

二极直流溅射：是依赖离子轰击阴极所发射的次级电子来维持辉光放电靶与基板的距离以大于阴极暗区的3-4倍为宜。直流二极溅射射频二极溅射偏压溅射：结构、基片施加负偏压。

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、为使放电稳定，增加第四个电极——稳定化电极

射频溅射：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。

离子束溅射系统：离子束由惰性气体或反应气体的离子组成，离子能量高，它们打到由薄膜材料构成的靶上，引起靶原子溅射，并在衬底上形成薄膜。

第四章：