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：<10-6Pa

2.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↓→Ɛ↑）测量范围102----10-1Pa

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SiO

2、Si

3

N

4

，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 、PECVD？

4.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。

8.LB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：

1.PVD与CVD

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

2.PVD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>13.6MHz）

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：