半导体薄膜技术与物理复习

第一章真空技术

1、真空的定义：真空是指在给定的空间内压力低于一个大气压的稀薄气体状态。

2、真空度：通常用压强为单位来描述“真空”状态下的气体稀薄程度——真空度。（压强高则真空度低，压强低则真空度高）

3、真空度单位：

毫米汞柱（mmHg）托（Torr）帕斯卡（Pa）巴（bar）

单位之间的换算：1 Pa =1 牛顿/米2=1 千克/米*秒2=10 达因/cm2=0.0075 Torr

4、真空不同分区的特点：在气压高于10 Torr 的真空范围区域，气体性质和常压，气流特性也以分子间的碰撞为主;当压力渐渐减小，分子密度降低，平均自由程增加，分子间的碰撞开始减少；当达到高真空区域，真空特性以气体分子和真空器壁的碰撞为主；在超高真空区，气体分子在空间活动减少，而以在固体表面上吸附停留为主。

5、常用的真空泵：机械运动——机械泵、涡轮分子泵

蒸气流喷射——扩散泵

化学吸附——吸气剂泵：升华泵

吸气剂离子泵：溅射离子泵

6、一般机械泵的极限真空度为0.1Pa, 可以在大气中与大气相连工作。

7、扩散泵使用注意事项：

A.扩散泵不能单独工作，一定要用机械泵作为前级泵，并使系统抽到0.1Pa 量级时才能启动扩散泵。

B.泵体要竖直，按规定量加油和选用加热电炉功率。

C.牢记先通冷却水，后加热。结束时则应先停止加热，冷却一段时间后才能关闭。

8、常用真空计：热电偶真空计、电阻真空计、热阴极电离真空计、冷阴极电离真空计、电容薄膜真空计、压缩式真快计、压敏真空计（记住常用的三种即可以了）。

9、真空系统的质量：指系统真空度的好坏，特别是系统内所含水蒸气与油污染的程度。

10、真空镀膜的过程（大致了解见书18面）

11、要保持较高真空度需要：

A、减少蒸发分子与残余气体分子的碰撞；

B、抑制它们之间的反应，减少对衬底表面的污染。

第二章蒸发技术

1、物理气相沉积：指在一定的真空条件下，利用热蒸发或辉光放电或弧光放电等物理过程使材料沉积在衬底上的薄膜制备技术。

2、真空蒸发镀膜法（简称蒸镀）：指将固体材料置于高真空环境中加热，使之升华或蒸发并沉积在特定衬底上以获得薄膜的工艺方法。

3、真空蒸发所得到的薄膜，一般都是多晶膜或无定形膜，薄膜以岛状生长为主，历经成核和成膜两个过程。

4、真空蒸发多晶薄膜的结构和性质，与蒸发速度、衬底温度有密切关系。

5、饱和蒸气压：指在一定温度下，真空室中蒸发材料的蒸气在与固体或液体平衡过程中所表现出的压力就为该温度下的饱和蒸气压。

6、饱和蒸气压对温度有很强的依赖关系。

7、电子束蒸发法：指将蒸发材料置于水冷坩锅中，利用电子束进行直接加热，使蒸发材料汽化并在衬底上凝结形成薄膜的方法。

8、e形枪的特点及原理：

第三章溅射技术

1、溅射：指荷能粒子轰击固体表面，固体表面原子或分子获得入射粒子所携带的部分能量，从而使其射出的现象。

2、溅射过程是建立在气体辉光放电基础上的。

3、辉光放电：是指气体放电的一种类型，是一种稳定的自持放电，靠离子轰击阴极产生二次电子来维持。

4、级联碰撞理论：入射粒子在进入靶材的过程中与靶材原子发生弹性碰撞，入射离子的一部分动能会传给靶材原子，当后者的动能超过由其周围存在的其他靶材原子所形成的势垒（对于金属为5-10eV）时，这种原子会从晶格阵点被碰出，产生离子原位，并进一步和附近的靶材原子一次反复碰撞，产生所谓的级联碰撞。

5、等离子体：是一种自由电子和带电离子为主要成分的粒子集合体，其中带正电的粒子和带负电的粒子具有几乎相同的密度、整体呈现电中性的状态。

6、溅射阈：指入射离子使阴极靶产生溅射所需的最小能量。

7、溅射产额：又称为溅射率或溅射系数，表示正离子撞击阴极时，平均每个正离子能从阴极上打出的原子数。

8、原子溅射产额与入射离子的关系图的解释。P39

9、提高溅射淀积率的最佳参数是：较高的阴极电压和电流密度、较重的惰性气体和较低的溅射气压。提高沉积率的有效方法是改变电极配置和施加适当的磁场等。

10、三级溅射所谓的三级是指阴极，阳极和靶电极。四级溅射是在三级溅射的基础上加上一个辅助电极。

11、射频溅射：又称高频溅射，是为直接溅射绝缘介质材料而设计的。

12、磁控溅射：指把磁控原理与普通的溅射技术相结合，利用磁场的特殊分布控制电场中的电子运动轨迹，以此改进溅射的工艺。

13、反应溅射（了解，见书上49面）

14、离子镀膜技术：又称为离子镀，是指在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物质部分离化，在气体离子或被蒸发物质离子轰击作用的同时，把蒸发物或其反应物沉积在衬底上。离子镀技术是真空蒸发和溅射技术相结合的一种镀膜方法。

15、离子镀的优点：

A膜层附着力强；B膜层沉积速率快；C膜层密度高；D绕镀性能好。

16、Zno薄膜的生长过程（了解，书59面）和生长的五个阶段（了解，书61面）

17、对于溅射技术而言，影响薄膜结构和性能的两个关键参数是工作气体压强和生长速度。

第四章化学气相沉积

外延生长，就是在一定条件下在单晶基片上生长一层单晶薄膜的过程，所生长的单晶薄膜成为外延层。

目前，制备半导体单晶外延薄膜的只要方法是化学气相沉积（简称CVD）。所谓化学气相沉积，就是利用气态物质在固体表面上进行化学反应，生成固态沉积物的过程。

平衡分压是最重要的热力学参数之一。在CVD系统的化学反应中指的是在给定的温度和压强下处于一种暂时平衡状态时的各种气体（反应气体、生成气体）的分压。

在硅CVD外延生长中，多利用的基本热化学过程共有三个类型：歧化反应、还原反应、热解反应。

CVD的动力学分析：CVD过程包含两个主要步骤：气体由空间到沉底表面的质量输送；包含吸附和脱附作用的表面反应、表面扩散并结合到晶格中。具体步骤可分为：

1）反应气体和载气运送到薄膜生长室；2）反应气体扩散到基片沉底；3）反应气体吸附；4）发生物理、化学反应产生固体薄膜，同时生成一些化学副产物，这个过程包括固体原子沉积、表面扩散，并结合到晶格中去形成薄膜；5）反应副产物的解吸；6）反应副产物扩散到主气流；7）反应副产物排出系统。

速度边界层：边界层的厚度(δ)指的是气流速度由零增加到容器气流值的距离，也称为速度边界层（δv）。

质量边界层：在基座和沉底上方的薄层流体中，存在一个浓度梯度的区域，这个区域处于速度边界层内，流体的流动速度很慢，故反应剂的传输主要是由分子扩散的方式来实现，这样一个浓度梯度的薄层叫做扩散层或质量边界层（δc）。