薄膜物理与技术基本概念常识大全
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
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。
薄膜材料制备原理、技术及应用知识点
薄膜材料制备原理、技术及应用知识点1一、名词解释1. 气体分子的平均自由程:自由程是指一个分子与其它分子相继两次碰撞之间，经过的直线路程。
对个别分子而言，自由程时长时短，但大量分子的自由程具有确定的统计规律。
气体分子相继两次碰撞间所走路程的平均值。
2. 物理气相沉积（PVD）：物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。
物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。
发展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。
3. 化学气相沉积（CVD）：化学气相沉积(Chemical vapor deposition，简称CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。
它本质上属于原子范畴的气态传质过程。
4. 等离子体鞘层电位：等离子区与物体表面的电位差值ΔV p即所谓的鞘层电位。
在等离子体中放入一个金属板，由于电子和离子做热运动，而电子比离子的质量小，热速度就比离子大，先到达金属板，这样金属板带上负电，板附近有一层离子，于是形成了一个小局域电场，该电场加速了离子，减速电子，最终稳定了以后，就形成了鞘层结构，该金属板稳定后具有一个电势，称为悬浮电位。
5. 溅射产额：即单位入射离子轰击靶极溅出原子的平均数，与入射离子的能量有关。
6. 自偏压效应：在射频电场起作用的同时，靶材会自动地处于一个负电位下，导致气体离子对其产生自发的轰击和溅射。
7. 磁控溅射：在二极溅射中增加一个平行于靶表面的封闭磁场，借助于靶表面上形成的正交电磁场，把二次电子束缚在靶表面特定区域来增强电离效率，增加离子密度和能量，从而实现高速率溅射的过程。
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-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
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。
薄膜知识点汇总参考资料
第一章 1.真空的定义及其度量单位 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。
真空，实际上指的是一种低压的、稀薄的气体状态。
目前标准大气压定义：0摄氏度时，水银密度13.59509g/cm 3， 重力加速度 980.665cm/s 2时，760 mm 水银柱所产生的压强为1标准大气压。
1atm=1.01*105Pa=760Torr=1.0133*106 微巴 低真空 105-102 气态空间近似为大气状态，分子以热运动为主，分子之间碰撞频繁。
低真空，可以获得压力差而不改变空间的性质。
中真空102-10-1 中真空，气体分子密度与大气状态有很大差别。
气体分子的流动从黏滞流状态向分子状态过渡，气体对流现象消失。
气体中带电离子在电场作用下， 产生气体导电现象。
（离子镀、溅射镀膜等气体放电和低温等离子体相关镀膜技术） 高真空10-1-10-5 容器中分子数很少，分子平均自由程大于一般容器的线度，分子流动为分子流，分子与容器壁碰撞为主，在此真空下蒸发材料，粒子将按直线飞行。
（拉制单晶、表面镀膜、电子管生产） 超高真空 10-5-10-9 气体分子数更少，几乎不存在分子间碰撞，此时气体分子在固体表面上是以吸附停留为主。
入射固体表面的分子数达到单分子层需要的时间也较长，可以获得纯净表面。
（薄膜沉积、表面分析…) 极高真空 《10-9 气体分子入射固体表面的频率已经很低，可以保持表面洁净。
适合分子尺寸加工及纳米科学的研究。
理想气体状态方程： 1. 最可几速率 讨论速度分布Tn P k =T m PV R M=M RT M RT m kT v m 41.122===2. 平均速率 计算分子运动平均距离 M RT M RT m kT v a 59.188===ππ2.每个气体分子在与其它气体分子连续2次碰撞之间运动经历的路程称为分子自由程。
薄膜物理课件文字-25页word资料
第一章真空的基本知识§1. 真空的定义、单位和真空区域的划分1.真空的定义气体的压强低于一个标准大气压的气态空间一标准大气压：g=980.665 cm/s2\T=273 K时，760mm水银柱高所施加的压强平衡状态下，气体宏观参量的重要关系式：P=nKT P=压强(Pa)2. 真空的单位：(1)帕(Pa) 1 Pa=1 N/M2=10达因/cm2(2)乇(torr)(3)mmHg(4)µbar(微巴) or bar1 torr=1 mmHg= 133.3 Pa1 Pa= 0.75×10-2 torr = 10达因/cm21 µbar= 1 达因/cm2 = 0.1 Pa3. 真空区域的划分(1) 粗真空：1×105 Pa > P >1×103 Pa (大约10 torr)(2) 低真空：1×103~ 1×10-1 Pa(3) 高真空：1×10-1~1×10-6 Pa(4) 超高真空：<1×10-6 Pan< 1010个/cm3，不少高科技器件或材料只能在超高真空下才能获得§2.稀薄气体的基本性质1.气体的三种速率表达式最可几速率：算术平均速率：均方根速率：2.平均自由程的定义：气体两次碰撞之间所走路程的统计平均值a) 考虑到其它气体分子在运动，及气体速率有一定分布，作如下修正：§ 3. 气体的输运1. 抽真空过程中气体流动的三个过程(1) 初始阶段(气压较高、流速较大)出现湍流，起作用的是气体的惯性力(2) 气压较低时：粘滞性流动—各层速度不同，起作用的是层间相互摩擦力(3) 气压更低：分子性流动—分子间相互摩擦可忽略，流动完全有分子与器壁碰撞，即：湍流-粘滞性流动-分子性流动2. 气体量，流量及其表达式(1) 定义：气体量：气体体积×压强，即PV，单位：牛·米-2·米3=牛顿·米流量Q：单位时间流过的气体量Q=PV/t=牛·米/秒(2) 流量表达式：(长圆管道情况)a) 粘滞性流动时：第2章真空的获得§3 机械泵1. 机械泵的Pu : 5*10-4乇机械泵的用途：抽低真空；扩散泵、分子泵的前级真空泵机械泵的结构：由工作室、进气管、排气阀、油腔、气镇阀、马达构成工作室包括：定子、转子、旋片旋片装于转子上并将定子分成三部分：吸气空间；膨胀压宿空间；排气空间。
薄膜行业基础知识
薄膜行业基础知识薄膜行业是材料科学领域的一个重要分支，它涉及到各种薄膜材料的生产、加工和应用。
以下是关于薄膜行业基础知识的一些要点：1. 薄膜的定义与分类：薄膜是一种极薄的材料，通常厚度在几纳米到几毫米之间。
根据材料和用途的不同，薄膜可以分为塑料薄膜、金属薄膜、陶瓷薄膜、半导体薄膜等。
2. 薄膜的制备方法：薄膜的制备方法多样，包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、溶胶-凝胶法、自旋涂覆、拉伸法等。
每种方法都有其特定的应用场景和优缺点。
3. 薄膜的特性：薄膜材料因其独特的物理和化学特性，在电子、光学、包装、建筑等多个领域有着广泛的应用。
例如，它们可以具有高透明度、良好的导电性、优异的阻隔性能等。
4. 薄膜的应用领域：- 电子行业：在半导体制造中，薄膜用于制造集成电路和微电子器件。
- 光学行业：薄膜用于制造反射镜、滤光片和增透膜等。
- 包装行业：薄膜用于食品和药品的包装，提供保护和延长保质期。
- 建筑行业：薄膜用于窗户的隔热和装饰，提高能效和美观性。
5. 薄膜的发展趋势：随着科技的进步，薄膜行业正朝着更高性能、更环保、更智能化的方向发展。
例如，纳米技术的应用使得薄膜的性能得到显著提升，而可降解薄膜的研发则响应了环保的需求。
6. 薄膜行业的挑战：薄膜行业面临的挑战包括提高生产效率、降低成本、减少环境污染以及开发新型薄膜材料。
这些挑战需要行业内外的合作和创新来克服。
7. 薄膜行业的未来展望：随着新材料和新技术的不断涌现，薄膜行业有望在新能源、柔性电子、生物医学等领域发挥更大的作用。
同时，薄膜行业也需要关注全球供应链的变化，以及新兴市场的需求。
薄膜行业是一个充满活力和创新的领域，它的发展不仅推动了科技进步，也极大地改善了人们的生活质量。
随着技术的不断进步，薄膜行业将继续在全球经济中扮演重要角色。
薄膜材料技术与物理
2014/12/271第一章真空技术许多薄膜技术是在真空下实现的，“真空”是许多薄膜制备的必要条件，因此，掌握一定的真空知识是必需的。
21.1.1真空的定义1.1 真空的基本概念压力低于一个大气压的任何气态空间气体处于平衡时，气体状态方程P = nkTP：压强（Pa），n：气体分子密度（个/m 3），k：玻尔兹曼常数（1.38×10-23J/K）V：体积（m 3），m：气体质量（kg），M：分子量（kg/mol）R：气体普适常数，T：绝对温度（K），R=N A ·k，N A ：阿佛伽德罗常数（6.023×1023/mol）（个/m 3）如：在标准状态下，任何气体分子的密度n=3×1019个/cm 3P=1.33×10-4Pa, T=293K, n=3.2×1010个/cm 3“真空”是相对的31.1.2真空表示气体热运动概率：自由程：σ：分子直径l·P =0.667(cm.Pa)T = 25℃41.1.3真空度单位国际单位制：压强压强高，真空度低压强低，真空度高几种单位间换算：米千克秒制：1Pa = 1N/m 2 = 1Kg/m ·s 2 = 10达因/cm 2 =7.5 10-3Torr1毫米汞柱（mmHg ）= 1/760 atm = 133.3Pa = 1.00000014Torr ≈1Torr 1巴（bar ）= 105Pa51.1.4区域划分为了便于讨论和实际应用，常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、高真空和超高真空四个区域。
61.2 真空的获得工具——真空泵P ui ：泵对i气体的极限压强（Pa）Q i ：室内各种气源（Pa ·L/s）S i ：泵对i气体的抽气速率（L/s）P i ：i气体的分压（Pa）V：真空室容积（L）7真空泵的种类及工作原理1、机械泵：组成部件：定子、转子，嵌于转子的两个旋片以及弹簧工作原理：玻意-耳马略特定律，PV=K。
薄膜物理课件文字
第一章真空的基本知识§1. 真空的定义、单位和真空区域的划分1.真空的定义气体的压强低于一个标准大气压的气态空间一标准大气压：g=980.665 cm/s2\T=273 K时，760mm水银柱高所施加的压强平衡状态下，气体宏观参量的重要关系式：P=nKT P=压强(Pa)2. 真空的单位：(1)帕(Pa) 1 Pa=1 N/M2=10达因/cm2(2)乇(torr)(3)mmHg(4)µbar(微巴) or bar1 torr=1 mmHg= 133.3 Pa1 Pa= 0.75×10-2 torr = 10达因/cm21 µbar= 1 达因/cm2 = 0.1 Pa3. 真空区域的划分(1) 粗真空：1×105 Pa > P >1×103 Pa (大约10 torr)(2) 低真空：1×103~ 1×10-1 Pa(3) 高真空：1×10-1~1×10-6 Pa(4) 超高真空：<1×10-6 Pan< 1010个/cm3，不少高科技器件或材料只能在超高真空下才能获得§2.稀薄气体的基本性质1.气体的三种速率表达式最可几速率：算术平均速率：均方根速率：2.平均自由程的定义：气体两次碰撞之间所走路程的统计平均值a) 考虑到其它气体分子在运动，及气体速率有一定分布，作如下修正：§ 3. 气体的输运1. 抽真空过程中气体流动的三个过程(1) 初始阶段(气压较高、流速较大)出现湍流，起作用的是气体的惯性力(2) 气压较低时：粘滞性流动—各层速度不同，起作用的是层间相互摩擦力(3) 气压更低：分子性流动—分子间相互摩擦可忽略，流动完全有分子与器壁碰撞，即：湍流-粘滞性流动-分子性流动2. 气体量，流量及其表达式(1) 定义：气体量：气体体积×压强，即PV，单位：牛·米-2·米3=牛顿·米流量Q：单位时间流过的气体量Q=PV/t=牛·米/秒(2) 流量表达式：(长圆管道情况)a) 粘滞性流动时：第2章真空的获得§3 机械泵1. 机械泵的Pu : 5*10-4乇机械泵的用途：抽低真空；扩散泵、分子泵的前级真空泵机械泵的结构：由工作室、进气管、排气阀、油腔、气镇阀、马达构成工作室包括：定子、转子、旋片旋片装于转子上并将定子分成三部分：吸气空间；膨胀压宿空间；排气空间。
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。
薄膜技术物理基础
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文献报道会注明是对清洁表面或吸附表面的研究，通常有吸附 元素的是吸附表面。
晶体硅表面的主要研究结果： Si (100)清洁表面 制备： Si (100)不是Si的自然解理面。 Ar+轰击，再高温退火(10000C)，得到Si（100）清洁表面 再构: 最常见的是(2×1)再构，各种制备条件，最稳定的。 比较认可的再构模型：二聚体模型
⎛ m11m12 ⎞ R{hkl}− ⎜ ⎜m m ⎟ − D ⎟ ⎝ 21 22 ⎠
元素 符号 平行于表面的 衬底晶面 M为对角矩阵情况-最简单情况 吸附 元素
⎛1 若 M = ⎜ ⎜0 ⎝
若 M =⎛ ⎜ ⎜0 ⎝
11
0⎞ ⎟ 则 1⎟ ⎠
p
0⎞ ⎟ q⎟ ⎠
则
rs r a = pa rs r b = qb
黑色是增原子
Si(111)(7×7)表面原子结构
第一层 第二层 第三层 二聚体键 空位
有两个三角亚原胞 一个原子按正常方式堆积 另一个中，第二层原子发 生层错 平行四边形的四个顶角和边上，形成深空位
19
有层错的 亚原胞
表面吸附对表面再构的影响：
Si (111)(7 × 7)
Sn 低温低压
Si (111)(7 × 7) − Sn
M为对角矩阵
R{hkl}( p × q ) − D − α r
rs |a | p = r |a |
|bs | q = r |b |
如果p×q的表面晶胞不是原胞，晶胞中心有一格点
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R{hkl}C ( p × q ) − D
举例：
黑点代表衬底点阵，设衬底为面心结构的 （100）面； 红圆代表表面点阵。
21
表面能的三种说法： 单位面积表面能 比表面能 表面能 有时代表总表 面能，有时代 表比表面能
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。
薄膜物理与技术基本概念常识大全
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M RT M RT m kT v a 59.188===ππMRT M RT m kT v r 73.133===P kT 22πσλ=M RT M RT m kT v m 41.122===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）。
薄膜物理
第一章
薄膜：所谓薄膜是指在基板的垂直方向上所堆积的1-10的原子层或分子层。
在此方向上薄膜具有微观结构。
真空的划分：在薄膜技术领域，人为地将真空环境粗略地划分为:低真空>102Pa,中真空102~10-1 Pa,高真空10-1~10-5 Pa,超高真空<10-5 Pa
临界温度：在市级工程中，常会碰到各种气态物质，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，这个温度称为临界温度。
最可几速率：气体分子分布在V M处取得极大值，就把V M称为最概然速率。
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，其平均值λ=
称为
2πσ∧2n
平均自由程。
4
入射频率：单位时间内，在单位面积的器壁上碰撞的气体分子数称为入射频率。
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。
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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（0.01-0.5m）。 2. 正常辉光放电和异常辉光放电的特征？
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
壁上的分子数量，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
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。
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。
反应速率τ是指在反应系统的单位体积中，物质（反应物或产物）随 时间的变化率。
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（吸热反应）：该方法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。
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
淀积过程
为淀积原子在基片表面的淀积速率；ρ为薄膜质量密度；M为淀积物质的 摩尔质量；NA阿佛加德罗常数。 溅射过程：
j是入射离子形成的电流密度 3. 离子镀膜技术的分类？
按薄膜材料气化方式分类： 电阻加热、电子束加热、高频感应加热、阴极弧光放电加热等。 按原子或分子电离和激活方式分类： 辉光放电型、电子束型、热电子型、电弧放电型、以及各种离子源。 4. 直流二极离子镀、三极和多阴极离子镀、活性反应离子镀、射频离子镀 的原理和特点？ 直流二极离子镀：利用二极间的辉光放电产生离子、并由基板所加的负 电压对其加速 轰击离子能量大，引起基片温度升高，薄膜表面粗糙， 质量差；工艺参数难于控制。附着力方面优于其它的离子镀方法。 三极和多阴极离子镀： 1) 可实现低气压下的离子镀膜。真空度比二级型离子镀的真空度大约 高一个数量级。所以，镀膜质量好，光泽致密 2) 通过改变辅助阴极(多阴极)的灯丝电流来控制放电状态。 3) 避免了直流二极型离子镀溅射严重、成膜粗糙、温升高而难以控制 的弱点。 活性反应离子镀：在离子镀膜基础上，若导入与金属蒸气起反应的气 体，如O2、N2、C2H2、CH4等代替Ar或掺入Ar之中，并用各种不同的放电方 式使金属蒸气和反应气体的分子、原子激活、离化、使其活化，促进其间 的化学反应，在基片表面就可以获得化合物薄膜，这种方法称为活性反应 离子镀法。 特点： 1) 电离增加了反应物的活性，在温度较低的情况下就能获得附着性能 良好的碳化物、氮化物薄膜。 2) 可以在任何材料上制备薄膜，并可获得多种化合物薄膜。 3) 淀积速率高。 4) 调节或改变蒸发速率及反应气体压力可以十分方便地制取不同配 比、不同结构、不同性质的同类化合物。
7. 什么是开管CVD？什么是闭管CVD？特点是什么？ 开管式：
1) 能连续地供气和排气，物料的运输一般是靠惰性气体来实现的。反 应总处于非平衡状态，而有利于形成薄膜沉积层（至少有一种反应产 物可连续地从反应区排出）。 2) 在大多数情况下，开口体系是在一个大气压或稍高于一个大气压下 进行的。但也可在真空下连续地或脉冲地供气及不断地抽出副产物。 3) 开口体系的沉积工艺容易控制，工艺重现性好，工件容易取放，同 一装置可反复多次使用。 4) 有立式和卧式两种形式。 闭管式: 把一定量的反应物和适当的基体分别放在反应器的两端，抽空后充入一定 的输运气体，然后密封，再将反应器置于双温区炉内，使反应管内形成温 度梯度。 闭管法的优点：污染的机会少，不必连续抽气保持反应器内的真空，可以 沉积蒸气压高的物质。 闭管法的缺点：材料生长速率慢，不适合大批量生长，一次性反应器，生
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
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 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： 1. 离子镀膜系统工作的必要条件？ 1) 造成一个气体放电的空间； 2) 将镀料原子(金属原子或非金属原子)引进放电空间，使其部分离 化。 2. 离子镀膜的原理及薄膜形成条件？
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？ 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。缺点是有较大温差，温度均匀性问题需特别设计来克服。 适合反应物在室温下是气体或具有较高蒸气压的液体。 壁CVD：器壁和原料区都是加热的，反应器壁加热是为了防止反应物冷凝。管壁有 反应物沉积，易剥落造成污染。
第五章:
1. CVD热力学分析的主要目的？ 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）。 2. CVD过程自由能与反应平衡常数的过程判据？
小于零则反应 3. CVD热力学基本内容？反应速率及其影响因素？
反应动力学是一个把反应热力学预言变为现实，使反应实际进行的问 题；它是研究化学反应的速度和各种因素对其影响的科学。
长成本高；管内压力检测困难等。 8. 什么是低压CVD和等离子CVD？、
5) 由于采用了大功率、高功率密度的电子束蒸发源，几乎可以蒸镀所 有金属和化合物。 6) 清洁，无公害。 射频离子镀： （1）以蒸发源为中心的蒸发区； （2）以线圈为中心的离化区； （3）以基板为中心，使生成的离子加速，并沉积在基板 特点: a) 蒸发、离化、加速三种过程可分别独立控制，离化率靠射频激励， 而不是靠加速直流电场，基板周围不产生阴极暗区。 b) 在10-1-l0-3 Pa的较低工作压力下也能稳定放电，而且离化率较 高，薄膜质量好。 c) 容易进行反应离子镀。 d) 和其它离子镀方法相比，基板温升低而且较容易控制。