《薄膜材料与薄膜技术》复习题
薄膜材料与薄膜技术答案
薄膜材料与薄膜技术答案薄膜材料与薄膜技术(答案)第一章真空技术基础1、膜的定义及分类。
答:当固体或液体的一维线性尺度远远小于它的其他二维尺度时,我们将这样的固体或液体称为膜。
通常,膜可分为两类:(1)厚度大于1mm的膜,称为厚膜;(2)厚度小于1mm的膜,称为薄膜。
2、人类所接触的真空大体上可分为哪两种?答:(1)宇宙空间所存在的真空,称之为“自然真空”;(2)人们用真空泵抽调容器中的气体所获得的真空,称之为“人为真空”。
3、何为真空、绝对真空及相对真空?答:不论哪一种类型上的真空,只要在给定空间内,气体压强低于一个大气压的气体状态,均称之为真空。
完全没有气体的空间状态称为绝对真空。
目前,即使采用最先进的真空制备手段所能达到的最低压强下,每立方厘米体积中仍有几百个气体分子。
因此,平时我们所说的真空均指相对真空状态。
4、毫米汞柱和托?答:“毫米汞柱(mmHg)”是人类使用最早、最广泛的压强单位,它是通过直接度量长度来获得真空的大小。
1958 年,为了纪念托里拆利,用“托(Torr)”,代替了毫米汞柱。
1 托就是指在标准状态下,1 毫米汞柱对单位面积上的压力,表示为1Torr=1mmHg。
5、真空区域是如何划分的?答:为了研究真空和实际使用方便,常常根据各压强范围内不同的物理特点,把真空划分为以下几个区域:(1)粗真空:l´105 ~ l´102 Pa,(2)低真空:l´102 ~ 1´10-1Pa,(3)高真空:l´10-1 ~ 1´10-6Pa和(4)超高真空:< 1´10-6Pa。
6、真空各区域的气体分子运动规律。
答:(1)粗真空下,气态空间近似为大气状态,分子仍以热运动为主,分子之间碰撞十分频繁;(2)低真空是气体分子的流动逐渐从黏滞流状态向分子状态过渡,气体分子间和分子与器壁间的碰撞次数差不多;(3)高真空时,气体分子的流动已为分子流,气体分子与容器壁之间的碰撞为主,而且碰撞次数大大减少,在高真空下蒸发的材料,其粒子将沿直线飞行;(4)在超高真空时,气体的分子数目更少,几乎不存在分子间的碰撞,分子与器壁的碰撞机会也更少了。
《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。
薄膜材料与薄膜技术复习
薄膜材料与薄膜技术第一章1.真空度划分:粗真空:105-102Pa 接近大气状态热运动为主低真空:102-10-1Pa高真空:10-1-10-6Pa超高真空:<10-6Pa2.吸附与脱附物理吸附与化学吸附气体吸附:固体表面捕获气体分子的现象物理吸附:没有选择性、主要靠分子之间的吸引力、容易发生脱附、一般只在低温下发生化学吸附:在较高温度下发生、不容易脱附,只有气体和固体表面原子接触生成化合物才能产生吸附作用;气体脱附:是吸附的逆过程;3.旋片式机械真空泵用油来保持各运动部件之间的密封,并靠机械的办法,使该密封空间的容积周期性地增大,即抽气;缩小,即排气,从而达到连续抽气和排气的目的;4.分子泵牵引泵:结构简单、转速小、压缩比大效率低涡轮式分子泵:抽气能力高、压缩比小效率高5.低温泵深冷板装在第二级冷头上,温度为10-20k,板正面光滑的金属表面可以去除氮、氧等气体,反面的活性炭可以吸附氢、氦、氖等气体;通过两极冷头的作用,可以达到去除各种气体的目的,从而获得超高真空状态;6.真空的测量电阻真空计:压强越低,电阻越高 p↓→R↑测量范围105---10-2Pa热偶真空计:压强越低,电动势越高p↓→↑测量范围Pa电离真空计:三种BA型、热阴极、冷阴极A:灯丝发射极F:栅极加速极 G:收集极第二章1.薄膜制备的化学方法以发生一定化学反应为前提,由热效应引起或由离子的电致分离引起;热激活、离子激活2.热氧化生长在充气条件下,通过加热基片的方式可以获得大量的氧化物、氮化物和碳化物薄膜;3.化学气相沉积优缺点:优点记住四条:①成核密度高,均匀平滑的薄膜;②绕射性好,对于形状复杂的表面或工件的深孔、细孔等都能均匀覆膜;③不需要昂贵的真空设备;④残余应力小,附着力好,且膜致密,结晶良好;⑤可在大尺寸基片或多基片上进行;可一制备金属和非金属薄膜,成膜速率快,面积大;缺点:①反应温度太高,而许多基材难以承受这样的高温②反应气体可能与设备发生化学反应;三个过程:反应物输运、化学反应、去除附产物分类:常压式、低压式NPCVD、LPCVD 热壁>500℃、冷壁LTCVD发生的典型化学反应记住四条:分解反应、还原反应、氧化反应、氮化反应、碳化反应按照不同激活方式分类:①激光化学气相沉积LCVD定义:利用激光源产生出来的激光束实现化学气相沉积的一种方法激光加热非常局域化②光化学气相沉积PCVD定义:高能光子有选择性地激发表面吸附分子或气体分子而导致键断裂、产生自由化学粒子形成膜或在相邻的基片上形成化学物③等离子体增强化学气相沉积PECVD定义:在等离子体中电子平均能量足以使大多数气体电离或分解优点:比传统的化学气相沉积低得多的温度下获得单质或化合物薄膜材料缺点:由于等离子体轰击,使沉积膜表面产生缺陷,反应复杂,也使薄膜的质量有所下降;应用:用于沉积各种材料,包括SiO2、Si3N4,非晶Si:H、多晶Si、SiC等介电和半导体膜;分类:射频R-PECED、高压电源PECVD、微波m-PECVD、回旋电子加速微波mECR-PECVD辨析PCVD 、LCVD 、PECVD4.电镀定义:电流通过导电液中的流动而产生化学反应最终在阴极上电解沉积某一物质的过程;5.化学镀定义:不加任何电场、直接通过化学反应而实现薄膜沉积的方法6.阳极沉积反应定义:不需采用外部电流源,在待镀金属盐类的溶液中,靠化学置换的方法在基体上沉积出该金属的方法;依赖阳极反应7.辨析电镀、化学镀、阳极沉积反应:①化学镀、阳极沉积反应不可单独作为镀膜技术,一般作为前驱镀处理衬底或后续镀做保护层;电镀可单独作为镀膜技术;②阳极沉积反应与化学镀的区别在于无需在溶液中加入化学还原剂,因为基体本身就是还原剂;化学镀需添加还原剂;两者都不需要外加电场;技术定义:利用分子活性气体在气液界面上凝结成膜,将该膜逐次叠积在基片上形成分子层;应用:应用这一技术可以生长有序单原子层、高度有序多原子层,其介电强度较高; 过程:第三章与CVD相比优缺点:优点:化学气相沉积对于反应物和生成物的选择,且基片需要处在较高温度下,薄膜制备有一定的局限性;物理气相沉积对沉积材料和基片没有限制;缺点:速率慢、对真空度要求高三个过程:从源材料发射粒子、粒子输运到基片、粒子在基片上凝结、成核、长大、成膜;3.真空蒸发定义:将待成膜的物质置于真空中进行蒸发或升华,使之在工件或基片表面析出的过程;优点相对于其他物理制备:简单便利、操作容易、成膜速度快、效率高、广泛使用;缺点:薄膜与基片结合较差、工艺重复性不好;六种技术:①电阻加热法定义:将支撑加热材料做成适当形状,装上蒸镀材料,让电流通过蒸发源加热蒸镀材料,使其蒸发;②闪烁蒸发定义:把合金做成粉末或微细颗粒,在高温加热器或坩锅蒸发源中,使一个一个的颗粒瞬间完全蒸发;③激光蒸发定义:激光作为热源使蒸镀材料蒸发;④电子束蒸发定义:把被加热的物质放置在水冷坩锅中,利用电子束轰击其中很小一部分,使其熔化蒸发,而其余部分在坩锅的冷却作用下处于很低的温度;⑤电弧蒸发定义:属于物理气相沉积,有等离子体产生;⑥射频蒸发f>定义:通过射频线圈的适当安置,可以使待镀材料蒸发;优缺点:蒸发速度快,成本高,设备复杂;辨析电阻蒸发、电子束蒸发:①电子束蒸发可以直接对蒸发材料加热;可避免材料与容器的反应避免污染和容器材料的蒸发;可蒸发高熔点材料;电阻蒸发难加到高温度,需要蒸发源材料低熔点和高蒸气压;加热时容器如坩埚易产生污染;②电子束蒸发需要靶材导电,装置复杂,只适合于蒸发单质元素;残余气体分子和蒸发材料的蒸气会部分被电子束电离;电阻蒸发装置相对简单;4.溅射定义:溅射是指荷能粒子如正离子轰击靶材,使靶材表面原子或原子团逸出的现象;逸出的原子在工件表面形成与靶材表面成分相同的薄膜;溅射与蒸发的异同点同:在真空中进行异:蒸发制膜是将材料加热汽化溅射制膜是用离子轰击靶材,将其原子打出;优点和缺点参数控制较蒸发困难但不存在分馏,不需加热至高温等直流辉光放电伏安特性曲线:A-B:电流小,主要是游离状态的电子,离子导电;电子-原子碰撞为弹性碰撞;B-C: 增加电压,粒子能量增加,达到电离所需能量;碰撞产生更多的带电粒子;电源的输出阻抗限制电压类似稳压源;C-D: 起辉雪崩;离子轰击产生二次电子,电流迅速增大,极板间压降突然减小极板间电阻减小从而使分压下降;D-E: 电流与极板形状、面积、气体种类相关,与电压无关;随电流增大,离子轰击区域增大;极板间电压几乎不变;可在较低电压下维持放电;E-F: 异常辉光放电区;电流随电压增大而增大;电压与电流、气体压强相关可控制区域,溅射区域;F-G: 弧光放电过渡区;击穿或短路放电;比较DE、EF区正常辉光放电和异常辉光放电①辉光放电:真空度为10-1~10-2 Torr,两电极间加高压,产生辉光放电;电流电压之间不是线性关系,不服从欧姆定律;②DE段:电流增大电压不变;EF段:电压增大电流增大③DE段不可控,EF段可控辉光放电时明暗场分布:阿斯顿暗区:慢电子区域;阴极辉光:激发态气体发光;克鲁克斯暗区:气体原子电离区,电子离子浓度高;负辉光:电离;电子-离子复合;正离子浓度高阴极位降区基片所在位置;法拉第暗区:慢电子区域,压降低,电子不易加速;溅射六种装置:①辉光放电直流溅射②三级溅射③射频溅射:射频溅射是利用射频放电等离子体中的正离子轰击靶材、溅射出靶材原子从而沉积在接地的基板表面的技术;④磁控溅射⑤离子束溅射⑥交流溅射速度:射频>磁控>交流>三级>直流>离子束还有几种:对靶溅射反应溅射热溅射校准溅射磁控溅射:磁力线延伸到衬底,对衬底进行适当溅射,通过在靶表面引入磁场,利用磁场对带电粒子的约束来提高密度以增加率;优点:可在较低工作压强下得到较高的沉积率,可在较低基片温度下获得高质量薄膜;缺点:①靶材利用率低,表面不均匀溅射、非均匀腐蚀及内应力②不适用于强磁体磁控热反应溅射:加热衬底;到达衬底前靶材粒子与反应气体发生化学反应形成化合物;先解释溅射,再解释磁控溅射,再解释热反应溅射非平衡磁控溅射:①靶材非平衡使用②磁线外延到靶材时,少量外延到衬底,可以对衬底进行预清洗;靶材中毒:判断依据:溅射速率急速下降枪内真空度下降原因:化学反应没有发生在衬底上,发生在靶材上,使靶材钝化,产额下降;辨析直流、交流、三极溅射直流溅射:施加直流电压,使真空室内中性气体辉光放电,正离子打击靶材,使靶材表面中性原子溢出;交流溅射:施加交流电压;三极溅射:采用直流电源,将一个独立的电子源热阴极中的电子注入到放电系统中,而不是从靶阴极获得电子;5.离子镀定义:真空条件下,利用气体放电使气体或被蒸发物部分离化,产生离子轰击效应,最终将蒸发物或反应物沉积在基片上;优点:结合蒸发与溅射两种薄膜沉积技术;膜与基片结合好,离子镀的粒子绕射性,沉积率高,对环境无污染;6.离子束沉积IBD在离子束溅射沉积过程中,高能离子束直接打向靶材,将后者溅射并沉积到相邻的基片上;离子助沉积IAD7.外延生长①分子束外延MBE定义:在超高真空条件下精确控制原材料的中性分子束强度,并使其在加热的基片上进行外延生长的一种技术;优点:超高真空、可以实现低温过程、原位监控、严格控制薄膜成分及掺杂浓度②液相外延生长LPE定义:从液相中生长膜,溶有待镀材料的溶剂是液相外延生长所必需的;③热壁外延生长HWE定义:一种真空沉积技术,在这一技术中外延膜几乎在接近热平衡条件下生长,通过加热源材料与基片材料间的容器壁实现的;④有机金属化学气相沉积MOCVD定义:采用加热方式将化合物分解而进行外延生长半导体化合物的方法;原料含有化合物半导体组分;特点:可对多种化合物半导体进行外延生长;优点相对于其他几种外延生长:①反应装置较为简单,生长温度较宽②可对化合物的组分进行精确控制,膜的均匀性和膜的电化学性质重复性好③原料气体不会对生长膜产生刻蚀作用;④只通过改变原材料即可以生长出各种成分的化合物缺点:所用的有机金属原料一般具有自燃性;原料气体具有剧毒;比较MBE、LPE、MOCVD温度/生长速率/膜纯度:液相外延生长LPE>有机金属化学气相沉积MOPVD>分子束外延MBE辨析溅射、蒸发、离子镀第四章1.薄膜形成:凝结过程、核形成与生长过程、岛形成与结合生长过程2.凝聚过程前提是形成原子对吸附原子结合成原子对及其以后的过程;必要条件是吸附原子在基体表面的扩散运动;吸附-扩散-凝结吸附过程:入射到基体表面的气象原子被固体表面的悬挂键吸引住的现象称为吸附①物理吸附:范德华力低温吸附高温解析②化学吸附:化学键选择性高温吸附3.辨析成核理论---毛细理论热力学界面能理论和原子理论:①相同之处:所依据的基本概念相同,所得到的成核速率公式形式也基本相同;②不同之处:两个使用的能量不同,所用模型不同;热力学界面能理论适合描述大尺寸临界核;因此,对于凝聚自由能较小的材料或者过饱和度较小情况下进行沉积的情况比较适合;原子理论适合小尺寸临界核;对于小尺寸临界核,这时必须过饱和度很高才能发生凝聚成核;③由于这两种理论所用模型的本质差别,热力学界面能理论所给出的有关公式预示,随着过饱和度的变化,临界核尺寸和成核速率连续变化;相反,原子理论则预示着它们不作连续变化;4.临界核形成:方程推导当原子或分子从气相中沉积到衬底的表面凝聚,成球状核或冠状核时总自由能和临界核尺寸的数学表达式分析温度、过饱和度、沉积速率对r 和ΔG 的影响;答:球状凝聚核总自由能数学表达式: 3243()4?v CV G r r G r ππσ∆=-∆+ 临界核尺寸数学表达式:22*ln(/)cvcvve VG kT P P r σσ∆==冠状凝聚核总自由能表达式:23103()4?)?)v G r r r G πφθσ∆=+∆临界核尺寸表达式:02*v G r σ∆=-;凝聚核总自由能由两部分构成,即体自由能与界面自由能,体自由能随着核心尺寸的增加而减小,界面自由能随着核心尺寸的增大而增大,所以总自由能随着核心尺寸的增加先增大后减小,存在一个临界核心尺寸和形核势垒温度影响:温度T ↑,过冷度T ∆↓,临界核半径*r 和形核势垒*G ∆都将↑,则新相核心形成困难;过饱和度影响:过饱和度S ↑,临界核半径*r 和形核势垒*G ∆都↓,所需克服的形核势垒也较低,新相核心较易形成;沉积速度影响:沉积速率R ↑时,临界核半径*r 和形核势垒*G ∆都↓,新相核心较易形成;5.根据毛细理论,简述形核率 dN/dt 的主要影响因素,并解释说明吸附气体原子的脱附激活能、扩散激活能和临界形核势垒对其影响规律和内在机制;答:形核率 dN/dt 的主要影响因素:温度,过饱和度和沉积速度;规律:吸附气体原子的脱附激活能越高,扩散激活能越低,形核率越大,临界形核势垒越低,形核率越大;内在机制:高的脱附激活能和低的扩散激活能都有利于气相原子在基体表面停留和运动,因而会提高形核率;临界形核势垒越低,新相核心越容易形成,形核率也就越大;6.根据毛细理论,简要说明为什么高温低速沉积往往获得粗大或单晶结构薄膜,而低温高速沉积则有利于获得细小多晶、微晶乃至非晶薄膜答:根据毛细理论知,在高温低速沉积速度条件下,临界核半径和形核势垒都较大,新相核心较大且不易形成,形核率低,形成薄膜组织往往粗大或者单晶薄膜;在低温高速沉积条件下,临界核半径和形核势垒都较小,新相核心较小且容易形成,形核率高,形成薄膜组织细密连续,则有利于获得细小多晶、微晶乃至非晶薄膜;7.在稳定核形成以后,岛状薄膜的形成过程一般分为几个阶段各阶段的主要现象如何答:稳定核形成之后,岛状薄膜的形成过程分为四个阶段,小岛阶段,结合阶段,沟道阶段,连续膜;小岛阶段:出现大小一致的核2-3nm,核进一步长大变成小岛,形状将又冠球形变成圆形最后变成多面体小岛;结合阶段:两个小岛将相互结合,结合后增大了高度,减小了在基片的所占的总表面积;结合时类液体特性导致新出现的基片面积上将会发生二次形核,结合后的复合岛若有足够时间,可形成晶体结构;沟道阶段:当岛的分布达到临界状态时便相互聚结成网状结构,种结构中不规则分布着宽度为50~200A 的沟渠,随着沉积继续,沟渠很快消失,薄膜变成小孔洞的连续状结构,在小孔洞处将发生二次成核或三次成核,整个薄膜连成一片;连续薄膜:随着沉积继续进行,在沟渠和孔洞消除,再入射到基体表面的气相原子便直接吸附在薄膜上,通过联并作用而形成不同结构的薄膜;8.利用烧结过程解释核心吞并机制及其驱动力;答:机制:当两个岛相互接触时,在接触点形成半径为R的瓶颈,将产生一驱动力2б/R,使岛的沉积原子通过体扩散和表面扩散迁移到瓶颈中,且表面扩散通量大于体扩散通量;驱动力由曲率半径R决定,为2б/R;9.简述薄膜的主要生长模式,及每类生长模式各自出现的条件及特点;答:岛状生长型,层生长型,层岛生长型;岛状生长型:特点:到达衬底上的沉积原子首先凝聚成核,后续飞来的沉积原子不断聚集在核附近,使核在三维方向上不断长大而最终形成薄膜;条件:在衬底晶格和沉积膜晶格不相匹配非共格时或当核与吸附原子间的结合能大于吸附原子与基体的吸附能时,大部分薄膜形成过程属于这种类型;层状生长型:特点:沉积原子在衬底的表面以单原子层的形式均匀地覆盖一层,然后再在三维方向上生长第二层、第三层······条件:一般在衬底原子与沉积原子之间的键能大于沉积原子相互之间键能的情况下共格发生这种生长方式的生长;层岛生长型:特点:生长机制介于岛生长型和层生长型的中间状态;条件:当衬底原子与沉积原子之间的键能大于沉积原子相互之间键能、随后出现干扰层状生长结合能特性单调减少因数的情况下准共格多发生这种生长方式的生长;第五章1.组分表征2.结构表征3.原子化学键合表征能量损失谱EELS:主峰---元素种类主峰化学位移---配位结构精细结构---键合情况扩展X射线吸收精细结构EXAFS:吸收线---元素种类精细结构---键合情况辨析红外吸收光谱与拉曼光谱①红外吸收光谱:构成薄膜样品分子振动的频率一般从红外延展到远红外,用红外线照射薄膜样品时,与样品分子振动频率相同的红外线就会被分子共振吸收;每个分子都有确定的振动频率,因此可用红外光谱标识薄膜中所含分子并确立分子间的键合特征;拉曼光谱:可见光或紫外线照射在样品上时,出来的散射光频率会有稍许改变,这种改变乃是由分子振动引起的;因此可用拉曼光谱测定这种频率的改变,从而分析和鉴别薄膜样品中的化学组成和化学键合;②都是测定薄膜样品中分子振动的;③对于具有对称中心的分子振动,红外不敏感,拉曼敏感;对于反对称中心的分子振动,则红外敏感拉曼不敏感;对于对称性高的分子,拉曼敏感;辨析红外吸收光谱与傅里叶变换红外光谱FTIR①二者原理一致②传统的红外吸收光谱依赖于红外光束通过格栅色散到单色元件中进行扫描; FTIR依赖于相干干涉仪。
薄膜材料与技术考试题及答案解析
薄膜材料与技术考试题及答案解析一、单项选择题(每题2分,共20分)1. 薄膜材料的厚度一般在什么范围内?A. 1mm以上B. 1μm以上C. 1nm以上D. 1mm以下答案:D2. 下列哪种材料不属于半导体材料?A. 硅B. 锗C. 铜D. 砷化镓答案:C3. 薄膜制备技术中,哪种方法可以用于制备绝缘膜?A. 磁控溅射B. 化学气相沉积C. 物理气相沉积D. 以上都可以答案:D4. 薄膜材料的应力状态可以分为哪两种?A. 压缩应力和拉伸应力B. 表面应力和内部应力C. 热应力和机械应力D. 静态应力和动态应力答案:A5. 薄膜材料的附着力通常通过哪种测试来评估?A. 硬度测试B. 拉伸测试C. 剪切测试D. 弯曲测试答案:C6. 薄膜材料的光学性能不包括以下哪一项?A. 透光率B. 反射率C. 导电性D. 折射率答案:C7. 以下哪种技术常用于制备金属薄膜?A. 电镀B. 热蒸发C. 激光切割D. 化学镀答案:B8. 薄膜材料的表面粗糙度通常用哪种仪器测量?A. 扫描电子显微镜B. 原子力显微镜C. 透射电子显微镜D. 光学显微镜答案:B9. 薄膜材料的热稳定性通常通过哪种测试来评估?A. 热重分析B. 差示扫描量热法C. 热膨胀系数测试D. 以上都可以答案:D10. 薄膜材料的电导率与哪些因素有关?A. 材料类型B. 厚度C. 表面处理D. 以上都是答案:D二、多项选择题(每题3分,共15分)1. 薄膜材料的制备方法包括哪些?A. 化学气相沉积B. 物理气相沉积C. 溶液法D. 机械加工答案:ABC2. 薄膜材料的应用领域包括哪些?A. 电子行业B. 航空航天C. 医疗器械D. 建筑行业答案:ABCD3. 薄膜材料的性能测试通常包括哪些方面?A. 力学性能B. 电学性能C. 热学性能D. 光学性能答案:ABCD4. 薄膜材料的应力来源可能包括哪些?A. 制备过程中的热应力B. 材料内部的残余应力C. 外部环境的机械应力D. 材料的热膨胀系数差异答案:ABCD5. 薄膜材料的表面特性包括哪些?A. 表面粗糙度B. 表面张力C. 表面能D. 表面电荷答案:ABCD三、简答题(每题10分,共30分)1. 简述薄膜材料在电子行业中的主要应用。
《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。
薄膜材料与薄膜技术习题4-6
第四章薄膜的形成与生长1、详述薄膜生长过程中具有明显特征的生长顺序(沉积阶段)。
2、类液体合并机理认为岛的少量移动可能因素有哪些?答:(1)入射荷能气相原子撞击引起的动量传递,(2)岛间具有电荷而产生的静电吸引等。
(3)施加横向电场产生加速合并等实验观察也说明了小岛移动的发生。
3、决定聚集和膜生长的重要因素是吸附原子的迁移率,简述影响吸附原子迁移率的主要因素。
4、薄膜成核生长阶段的高聚集来源于哪些原因?5、详述薄膜生长的三种模式及生长条件,并给出示意图。
第五章薄膜表征1、何为自发辐射?2、何为电子能量损失谱(EELS)?3、红外吸收和拉曼散射的原因是什么,为什么某些分子振动对红外吸收敏感,而另一些分子振动则对拉曼散射敏感?4、为什么说红外吸收和拉曼散射的选择定则与分子振动的对称性密切相关?5、薄膜应力有哪两类,它们各自形成的原因是什么?6、薄膜应力的一般形式有哪些?7、当薄膜的厚度t f相对与基片的厚度t s很小时,薄膜与基片膨胀系数的相对大小对薄膜应力的性质的影响如何?当应力过大时薄膜会产生何现象?7、根据基片应变量求薄膜变形量的方法有哪些?8、简述薄膜应力对X 射线衍射峰的影响规律及利用X 射线衍射技术测量薄膜应力的两种方法。
第六章薄膜材料1、超硬材料(硬度超过40GPa)可以划分为哪三类?2、金刚石的CVD 制备过程中,原子氢的特殊作用有哪些?3、DLC合成方法可以分几类,各包括哪几种技术?4、何为智能材料?5、何为形状记忆效应?6、何为马氏体相变、马氏体变体和形状记忆效应的机制?7、何为应力诱发马氏体相变?8、何为超弹性?9、形状记忆合金的相变伪弹性和形状记忆效应的区别?10、使溅射沉积的NiTi 膜具有记忆形状存在有哪两种方法?11、何为纳米材料?纳米材料可分为哪三大类别?它们各自的制备方法和主要应用实例?12、从nc-TiN/Si3N4和nc-TiN/a-C纳米复合薄膜的有关工作可以得到一些构筑纳米复合材料(具有增强的力学性质)的普遍原理是什么?。
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。
薄膜材料与薄膜技术习题1-3
第一章真空技术基础1、膜的定义及分类。
2、人类所接触的真空大体上可分为哪两种?3、何为真空、绝对真空及相对真空?4、毫米汞柱和托?5、真空区域是如何划分的?6、真空各区域的气体分子运动规律。
7、何为气体的吸附现象?可分几类、各有何特点?8、何为气体的脱附现象?9、何为电吸收和化学清除现象?10、影响气体在固体表面吸附和脱附的主要因素11、目前常用获得真空泵主要有几种类型,各自的特点?12、何为前级泵和次级泵?13、何为机械泵,其工作特点是什么?机械泵有哪几种形式?14、何为分子泵,其工作特点是什么?分子泵有哪几种形式,各有何特点?15、何为低温泵,按其工作原理可分几种类型?16、捕获泵再生时必须遵循的要求?17、按测量原理真空计可分几种,各自的定义及特点?第二章薄膜制备的化学方法1、化学气相沉积的主要优点有哪些?2、化学气相沉积的主要缺点有哪些?3、在化学气相薄膜沉积过程中可控制的变量有那些?涉及那几个基本过程?4、化学气相沉积反应器的设计类型可分成几种,各自特点有哪些?5、何为激光化学气相沉积,它的主要机制和作用是什么?6、激光化学气相沉积过程中显示出的那些独特优越性?7、激光化学气相沉积的反应系统与传统化学气相沉积系统相似,但薄膜的生长特点在许多方面是不同的,这其中的主要原因是什么?8、限制激光化学气相沉积沉积率的参数主要有哪些?9、紫外线光致分解沉积系统的优点是什么?1、解释PECVD沉积过程的两种模型2、何为电镀?3、在水溶液中,离子被沉积到薄膜以前经历了哪几个过程?4、电镀法的优缺点有哪些?5、何为化学镀?6、LB 膜技术所形成膜的类型有哪几种?请画出相应膜结构。
10、在水溶液中,离子被沉积到薄膜以前经历的具体过程有哪些?11、何为电镀?其主要优缺点有哪些?电镀法制备的薄膜性质主要取决于什么?12、何为化学镀?13、何为LB技术?第三章薄膜制备的物理方法1、物理气相沉积过程的三个阶段2、真空蒸发沉积的物理原理及特点?3、真空蒸发沉积过程的三个步骤?4、真空蒸发系统有哪几个组成部分?5、何为物质的饱和蒸气压?6、何为物质的蒸发温度?7、电阻丝加热蒸发法的加热装置有哪四个主要特点?8、电阻加热蒸发法的主要缺点是:9、激光蒸发技术的优点。
2010薄膜试卷A
《薄膜技术与薄膜材料》课程期末试卷(A)一、填空(每小题1分,共30分)1.为了研究真空和实际使用方便,根据各压强范围内不同的物理特点,把真空划分为______________,______________,______________,______________四个区域。
2. 典型的真空系统应包括__________________________,____________________________和___________________________和一些必要的管道阀门等。
3. ______________方法只适用于在导电的基片上沉积金属和合金。
不加任何电场,直接通过化学反应而实现薄膜沉积的方法是______________。
4.溅射过程中所选择的工作区域是_____________,基板常处于______________区,阴极和基板之间的距离至少应是______________宽度的两倍。
5. 薄膜的形成与成长有三种形式:______________ ,______________,______________。
6. 电子衍射图案对于单晶衍射为______________ ,精细多晶为______________,大晶粒多晶且包含织构为______________。
7. 薄膜应力是薄膜重要的力学性质,它对薄膜的实际应用影响很大,它可以分为______________和______________。
8. ______________和______________是测量薄膜样品中分子振动的振动谱,前者是______________光谱而后者是______________光谱。
9. 表征溅射特性的主要参数有:______________,______________,溅射粒子的速度和能量等。
10.薄膜的组织结构分为四种类型:______________,______________,______________,______________。
薄膜材料与技术考试题及答案解析
薄膜材料与技术考试题及答案解析一、单项选择题(每题2分,共20分)1. 下列哪种材料不属于薄膜材料?A. 硅基材料B. 金属薄膜C. 陶瓷薄膜D. 橡胶材料答案:D2. 薄膜材料的厚度通常在哪个范围内?A. 微米级B. 毫米级C. 纳米级D. 厘米级答案:C3. 薄膜材料制备过程中,下列哪种技术不属于物理气相沉积(PVD)?A. 磁控溅射B. 电子束蒸发C. 化学气相沉积D. 离子镀答案:C4. 下列哪种薄膜材料具有优良的导电性能?A. 氧化铝薄膜B. 氧化铜薄膜C. 氧化锌薄膜D. 硅薄膜5. 薄膜材料在微电子工业中的主要应用是什么?A. 绝缘层B. 导电层C. 半导体层D. 所有上述选项答案:D6. 下列哪种技术不适用于制备薄膜材料?A. 溶胶-凝胶法B. 旋涂法C. 热压成型D. 热喷涂答案:C7. 薄膜材料的表面粗糙度通常如何影响其性能?A. 无影响B. 增加表面粗糙度可以提高性能C. 减少表面粗糙度可以提高性能D. 表面粗糙度对性能无规律影响答案:C8. 下列哪种材料不适合用于制备光学薄膜?A. 氟化镁B. 氧化锆C. 聚碳酸酯D. 硫化锌答案:C9. 薄膜材料的应力状态对其性能有何影响?B. 应力可以增加材料的强度C. 应力可以减少材料的强度D. 应力状态对材料性能有复杂影响答案:D10. 下列哪种检测技术常用于薄膜材料的厚度测量?A. 原子力显微镜(AFM)B. 扫描电子显微镜(SEM)C. 椭圆偏光仪D. X射线衍射(XRD)答案:C二、多项选择题(每题3分,共15分)1. 薄膜材料的制备方法包括哪些?A. 化学气相沉积(CVD)B. 物理气相沉积(PVD)C. 溶液法D. 机械加工答案:A, B, C2. 薄膜材料在以下哪些领域有应用?A. 太阳能电池B. 微电子C. 光学器件D. 航空航天答案:A, B, C, D3. 下列哪些因素会影响薄膜材料的性能?A. 材料成分B. 制备工艺C. 环境条件D. 薄膜厚度答案:A, B, C, D4. 薄膜材料的表面特性包括哪些?A. 表面粗糙度B. 表面张力C. 表面电荷D. 表面能答案:A, B, C, D5. 薄膜材料的应力测试方法包括哪些?A. 拉曼光谱B. X射线衍射C. 纳米压痕D. 电子显微镜答案:B, C三、简答题(每题10分,共30分)1. 简述薄膜材料的定义及其特点。
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。
《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。
薄膜材料与薄膜技术复习资料
1.在高真空真空条件下,分子的平均自由程可以与容器尺寸相比拟。
2.列举三种气体传输泵旋转式机械真空泵,油扩散泵和复合分子泵。
3.真空计种类很多,通常按测量原理可分为绝对真空计和相对真空计。
4.气体的吸附现象可分为物理吸附和化学吸附。
5.化学气相反应沉积的反应器的设计类型可分为常压式,低压式,热壁式和冷壁式。
6.电镀方法只适用于在导电的基片上沉积金属和合金,薄膜材料在电解液中是以正离子的形式存在。
制备有序单分子膜的方法是LB技术。
7.不加任何电场,直接通过化学反应而实现薄膜沉积的方法叫化学镀。
8.物理气相沉积过程的三个阶段:从材料源中发射出粒子,粒子运输到基片和粒子在基片上凝聚、成核、长大、成膜。
9.溅射过程中所选择的工作区域是异常辉光放电,基板常处于负辉光区,阴极和基板之间的距离至少应是克鲁克斯暗区宽度的3-4倍。
10.磁控溅射具有两大特点是可以在较低压强下得到较高的沉积率和可以在较低基片温度下获得高质量薄膜。
11.在离子镀成膜过程中,同时存在吸附和脱附作用,只有当前者超过后者时,才能发生薄膜的沉积。
12.薄膜的形成过程一般分为:凝结过程、核形成与生长过程、岛形成与结合生长过程。
13.原子聚集理论中最小稳定核的结合能是以原子对结合能为最小单位不连续变化的。
14.薄膜成核生长阶段的高聚集来源于:高的沉积温度、气相原子的高的动能、气相入射的角度增加。
这些结论假设凝聚系数为常数,基片具有原子级别的平滑度。
15.薄膜生长的三种模式有岛状、层状、层状-岛状。
16.在薄膜中存在的四种典型的缺陷为:点缺陷、位错、晶界和层错。
17.列举四种薄膜组分分析的方法:X射线衍射法、电子衍射法、扫描电子显微镜分析法和俄歇电子能谱法。
18.红外吸收是由引起偶极矩变化的分子振动产生的,而拉曼散射则是由引起极化率变化的分子振动产生的。
由于作用的方式不同,对于具有对称中心的分子振动,红外吸收不敏感,拉曼散射敏感;相反,对于具有反对称中心的分子振动,红外吸收敏感而拉曼散射不敏感。
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:( )
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《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。
4. 为什么薄膜的主要PVD制备技术要在真空中完成?真空的特点是a 气体分子的平均自由程大b 单位面积上分子与固体表面碰撞的频率小c 气体分子密度低d 剩余气体对沉积膜的掺杂想要得到高纯度的薄膜,就必须尽量在较高真空度的环境下,或是在不会与薄膜材料产生反应的氩气等的惰性气体中进行。
e 改变反应进程薄膜要求密致,纯度高,针孔小,然后真空可以提高沉积速率,降低对薄膜的污染5. 哪些是有油真空泵,哪些是无油真空泵?无油泵有哪些主要点?机械泵和扩散泵是有油泵,涡轮分子泵,罗兹泵,离子泵,钛升华泵无有油,6. 叙述热偶规、电离规测量真空度的原理和使用必须的注意事项。
7. 什麽是CVD和PVD薄膜制备技术?8. CVD过程自由能与反应平衡常数的过程判据是什么?9. 写出CVD 沉积Si、SiO2、Si3N4、GaAs薄膜的反应方程?各采用什么类型的CVD装置?10. CVD薄膜沉积的必要条件是什么?11. 说出APCVD、LPCVD、PECVD的原理和特点。
12. 什么是化学镀?它与化学沉积镀膜的区别?有何特点?13. 电镀与化学镀有何区别?有那些主要应用?14. Sol-Gel成膜技术的特点和主要工艺过程是什么?15. 说出四种以上薄膜的化学制备方法和四种以上物理制备方法?16. 什么是饱和蒸气压?与蒸发温度的关系怎样?17. 温度变化对蒸发速率有何影响?18. 蒸发时如何控制合金薄膜的组分?19. 膜厚的主要监控方法有哪些?20. 什麽是辉光放电?它有哪些主要应用领域?21. 溅射镀膜与真空镀膜相比,有何特点?22. 溅射率的大小与那些因素有关?以Ar为溅射源,常温下能获得较高溅射率的合适的溅射能量、溅射角度在什么范围?23. 什麽是直流溅射?什麽是射频溅射?比较它们在原理、结构与使用方面的异同点。
24. 溅射率的大小主要有哪五种因素决定?沉积率的大小又有哪些因素决定?25. 试述磁控溅射的机理,主要优点是什麽?26. 什麽是反应溅射?如何合理控制反应溅射条件得到需要的薄膜?27. 多源蒸发与多靶溅射有哪些重要的用途?为了得到需要组分的多元弥散薄膜,需要如何调节?28. 离子束溅射沉积的主要优点是什么?29. 离子镀膜的原理和特点是什么?30. 离子助有那些类型,离子束增强沉积薄膜合成的原理是什么?31. 有那些薄膜外延的手段?试比较它们的特点。
32. 描述薄膜形成的基本过程。
33. 什么是凝聚?入射原子滞留时间、平均表面扩散时间、平均扩散距离的概念?34. 什么是捕获面积?对薄膜形成的影响?35. 凝聚过程的表征方法是什麽?36. 核形成与生长的物理过程。
37. 核形成的相变热力学和原子聚集理论的基本内容?38. 什么是同质外延、异质外延?失配度?39. 形成外延薄膜的条件(外延材料、衬底、保护气氛等)?40. 设计一种沉积制备Fe0.75Cr0.2Mn0.05均匀复合薄膜的合理方法。
41. 设计两种制备TiN薄膜的PVD方法。
42. 有哪些薄膜形貌分析的技术?43. 有哪些薄膜结构分析的技术?44. 有哪些薄膜组分分析的技术?45. X射线衍射基于什么原理?如何从X射线谱确定晶粒的尺寸?46. RBS基于什么原理?如何从产额谱确定二元合金的组分?47. 电子衍射与X射线衍射有何异同?如何区别单晶、多晶和非晶的衍射图像?48. 用SIMS技术分析材料的组分要注意什么问题?49. XPS 和俄歇能谱适合分析材料的那些性能?有何限制?50. 设计一套掺硼非晶硅薄膜的形貌、结构、组分、厚度的表征方法。
51. 设计一套W-Ti共掺二氧化钒薄膜的形貌、结构、组分、厚度、价态的表征方法。
52. 超硬材料的组成有那些规律?53. 金刚石薄膜有什么特殊性能?如何制备?54. 类金刚石薄膜与金刚石薄膜的差别是什么?有何应用?55. CNx薄膜的特性和合成方法如何?56. 如何用磁控溅射制备形状记忆薄膜NiTi?57. 纳米材料有那些特殊性能?58. 举出三种三族元素氮化物薄膜,说出它们的主要制备方法。
59. 三族元素氮化物的特性如何?谈谈主要应用领域。
60.什么是巨磁电阻和庞磁电阻?巨磁电阻薄膜有什么应用?一、填空题(每题5分)1. 热蒸发时沉积速率的大小与、、等因素有关。
在合金材料蒸发时,为了保证蒸发膜组分与源的一致,可采用、蒸发方法。
2. 分子泵是泵(有油、无油),常用,等低真空泵的作其前级泵;分子泵正常使用时,腔体真空度必须达到时才能与分子泵连通。
在分子泵停止转动后,冷却水和机械泵可以关闭。
3. 核形成有两种主要理论:和。
凡是自发的相变都应伴随者体系能的降低。
4.写出外延沉积Si薄膜的三种化学反应:、、;用Si3N4薄膜可用以下反应生成:。
5. Pa,Torr,atm 都是真空的量度单位。
1 N/m2 = Pa;1 atm = Pa;1 Torr = mmHg = Pa。
6. 化学气相沉积是常用的薄膜制备方法,根据气压、温度等不同的工艺条件,发展了多种CVD方法,如:、、、等。
7.X射线衍射峰的极大值满足布拉格公式,它的形式为:,式中,θ为与的夹角;利用谢乐公式:由X射线谱可计算晶粒的大小,其中B为衍射峰。
8.溶胶-凝胶是一种化学成膜方法,它的成膜工艺包括:、、、、等主要工艺过程。
9. 机械泵是低真空泵,常用作,等高真空泵的前级泵;为了防止油对样品的污染,常用,等无油泵作高真空泵;在扩散泵停止后,应当保持冷却水畅通,在分钟后可以关闭冷却水和机械泵。
10. 薄膜制备的常用物理沉积方法有:、、、;常用的化学制备方法有:、、等。
11. 溅射率的大小与、、等因素有关。
常用的溅射角 在范围,常用的溅射能量在范围。
12. 化学气相沉积必须具备的三个条件是:、、13. 薄膜沉积的临界厚度大小决定於沉积速率、样品温度、是否加电场及样品片的倾斜程度等。
为了获得厚度均匀的超薄连续膜,通常采用:的沉积速率(高或低)、的样品温度(高或低)、静电场(加或不加)和沉积(倾斜或垂直)。
14. 常用的薄膜结构分析方法有:、、;常用的厚度测量方法有:、、;方法测得的是薄膜的形状厚度,方法测得的是薄膜的光学厚度,而方法测得的是薄膜的质量厚度。
二、概念题(每题10分)1.叙述电离规测量真空度的原理和电离规的使用注意事项。
2.溅射率与那些因素有关?对一定的溅射材料,如何选择合适的溅射条件得到最大的溅射率?3. 可用那些方法测量薄膜的厚度?薄膜厚度的随线检测常用石英晶体振荡器,它的厚度检测原理是什么?4. 简要叙述薄膜的主要生长过程。
5. 什麽是化学镀?它与电镀成膜的主要差别什麽?如何在塑料的非金属材料表面用化学镀方法镀金属层?6. 金刚石薄膜与类金刚石薄膜的主要结构差别是什么?在其制备过程中原子H起什么作用?7. 叙述热偶规、电离规测量真空度的原理和注意事项。
8.写出CVD 沉积Si、SiO2、Si3N4、GaAs薄膜的反应方程?9.Sol-Gel成膜技术的特点和主要工艺过程是什么?10. 蒸发与溅射有什么区别?各自的成膜特点是什么?11. 电镀与化学镀有何区别?有那些主要应用?12. 超硬材料的组成有那些规律?13. 说出APCVD、LPCVD、PECVD的原理和特点。
14. 金刚石薄膜与类金刚石薄膜的主要结构差别是什么?在其制备过程中原子H起什么作用?三、设计题(每题10分)1. 优质光学透明薄膜ITO由掺8%左右Sn的In2O3构成,Sn的In2O3的熔点1913 o C, 密度为7.18g/cm3; Sn 的熔点231.93 o C, 7.31 g/cm3, 用学过的知识,设计一种能制备ITO薄膜的合理工艺。
2. 为了制备一种La0.9Ca0.1MnO3巨磁阻薄膜,请用一种PVD技术,设计其详细工艺过程,并说明要用的材料和该设计方案的可行性。
3.已经用磁控溅射技术在SiO2/Si 衬底上沉积了NiAl合金薄膜,请设计一套表征该薄膜的表面形貌、形状厚度、结晶取向、电学性质和薄膜组分的可行方案。
4. 需要制备CuInSe2薄膜,请选择最好的溅射设备,并设计溅射工艺。