1、薄膜的定义。气相沉积制备薄膜主要有哪三种方法？ 答：薄膜是指存在于衬底上的一层厚度一般为零点几个纳米岛数十微米的薄层材料。气相方法主要有：1化学气相淀积（CVD）,如热、光或等离子体CVD 和物理气相淀积（PVD），和外延；有时也分为CVD、热蒸发镀、和溅射镀三种。
2、真空度的定义。其国际单位和英制单位是什么，他们之间的换算。测量真空度通常用什么仪器，各自适用于什么真空范围？
答：真空度，指真空状态下(低于大气压)的气体稀薄程度.国际单位：帕斯卡 (Pa)。英制单
位为英寸水柱 。换算1个大气压=101325Pa=英制406.7英寸水柱=旧制760毫米汞柱。
仪器有：指针式真空计、U形真空计、压缩式真空计、热真空计，磁控放电真空计，电离真空计等，适用范围 真空计名称 水银U型管 油U型管 光干涉油微压计 压缩式真空计(一般型) 压缩式真空计(特殊型) 弹性变形真空计 薄膜真空计 振膜真空计 热传导真空计(一般型) 热传导真空计(对流型) 测量范围(Pa) 105～10 104～1 1～10-2 10-1～10-3 10-1～10-5 105～102 105～10-2 105～10-2 102～10-1 105～10-1 真空计名称 高真空电离真空计 高压力电离真空计 B-A计 宽量程电离真空计 放射性电离真空计 冷阴极磁放电真空计 磁控管型电离真空计 热辐射真空计 分压力真空计 测量范围(Pa) 10-1～10-5 102～10-4 10-1～10-8 10～10-8 105～10-1 1～10-5 10-2～10-11 10-1～10-5 10-1～10-14
3、解释磁控溅射沉积薄膜的原理，并画出示意图。
答：利用等离子体中的离子，对被溅射物体电极进行轰击，使气相等离子体内具有被溅射物体的粒子，粒子沉积到晶片上形成薄膜。是在二级直流溅射系统基础上，利用增加磁场，使电子或离子运动轨迹变成类螺旋运动，增加放电区的电子密度和电离效率，增加电子与原子的碰撞几率，提高等离子体浓度，提高溅射 效率。
4.比较蒸发镀、溅射镀的优缺点
答：1）蒸发镀是在真空度不低于10-2Pa的环境中，用电阻加热或电子束和激光轰击等方法把要蒸发的材料加热到一定温度，使材料中分子或原子的热振动能量超过表面的束缚能，从而使大量分子或原子蒸发或升华，并直接沉淀在基片上形成薄膜。
设备（电阻式）结构简单、造价低廉、操作容易，制成的薄膜纯度高、质量好，成模速率快、效率高，薄膜生长机理单纯。缺点：加热温度有限；金属丝的蒸发会沾染淀积膜；不适用于难熔金属和耐高温的介质材料。电子束和激光加热则能克服电阻加热的缺点。只加热淀积材料，存在辐射损伤；且大功率激光器的造价很高
总体：台阶覆盖能力差；难以生产控制良好的合金；淀积薄膜的速率限制；淀积薄膜材料纯度的限制；不容易获得结晶结构薄膜、薄膜和基板的附着力小、工艺重复性不好。
2）溅射镀是利用气体放电产生的正离子在电场的作用下的高速运动轰击作为阴极的靶，使靶材中的原子或分子逸出来而沉淀到被镀工件的表面，形成所需要的薄膜。
优点：任何物质均可以溅射，尤其是高熔点，低蒸气压的元素和化合物； 更精确地控制所沉积薄膜合金成分；溅射膜与基板之间的附着性好；薄膜密度高，针孔少，且膜层的纯度较高，不存在坩埚污染现象；膜厚可控制和重复性好； 用于清除硅表面的二氧化硅层等。
缺点是设备比较复杂，需要高压装置。溅射淀积的成膜速度低；基板温升较高和易受杂质气体影响等。
5、PVD、CVD的定义和优缺点
答：1）物理气相淀积(Physical Vapor Deposition)，指蒸发、溅射沉积或复合技术等，利用物理过程实现物质转移，将原子或分子由源转移到基材表面上从而完成薄膜生长的过程。不涉及化学反应。
物理气相沉积技术工艺过程简单，整个过程只有相变而没有化学反应，对环境改善，无污染，耗材少，成膜均匀致密，与基体的结合力强；相对CVD而言，PVD中溅射等工艺温度较低； 具体工艺蒸发和溅射的优缺点见第4题。缺点具有方向性和阴影效应；与CVD相比，台阶覆盖能力较差，均匀性较差。
CVD：Chemical Vapor Deposition，指一种或数种物质的气体，以某种方式激活后，在衬底表面发生化学反应并淀积出所需的固体薄膜的生长技术。常用的有APCVD、LPCVD、PECVD三种。
CVD：所得薄膜一般纯度较高，致密，结晶性和理想配比都比较好；具有淀积温度低（PECVD）、薄膜成分和厚度易于控制、均匀性和重复性好、台阶覆盖优良、适用范围广、设备简单等优点；便于制备各种单质、化合物以及各种复合材料;高的生产效率和低的设备及运行成本.与其他相关工艺具有较好的相容性. 缺点：需要在高温下反应，基片温度高，，参加反应的源和反应后的余气都有一定的毒性
6解释薄膜形核与生长的物理过程;薄膜内应力产生的原因及其预防和测试方法。 答：有两大部分：新相的形核和薄膜的生成。核的形成与生长有四个步骤：（1）原子吸附；（2）表面扩散迁移；（3）原子凝结形成临界核；（4）稳定核捕获其他原子生长；
具体包括：形成晶核；晶粒生长；晶粒聚结；缝道填补；沉积膜生长。
首先，当这些分子到达表面时，有些着陆就立刻吸附并永久粘附在那里（很少发生）；有些先沿着晶片表面扩散以找到合适的位置后吸附并永久粘附下来(可能会引起物理性吸附和化学性吸附)；有的则吸附并经过一段时间停留后解吸附； 随后这些吸附原子在晶片表面上横向迁移以释放多余的凝结能，并彼此碰撞释放多余的能量形成核团，如果核团的尺寸超过临界半径，它将永远留在衬底表面上，并在成长过程中借助于吸附更多的原子而持续降低整体自由能趋向于稳定，同时逐渐长大。不久之后，衬底表面上布满了大大小小晶粒，原本个别而独立的晶粒开始相互接触，彼此之间开始进行内扩散，形成更大的大晶粒；晶粒继续增大，只留下彼此之间小小的缝隙，缝道逐渐被填满后，整个完整的薄膜初步形成，薄膜继续增厚。
应力产生的原因：一般来说，薄膜应力起源于薄膜生长过程中的某种结构不完整性(如杂质、空位、晶粒边界、位错和层错等)、表面能态的存在以及薄膜与基体界面间的晶格错配等。这仲由薄膜本身结构和缺陷所决定的应力称为本征应力，又可分为界面应力和生长应力。 界面应力来源于薄膜与基体在接触界面处的晶格错配或高的缺陷密度,而生长应力则与薄膜生长过程中各种结构缺陷的运动密切相关。 主要分为:内应力：热应力：生长应力。 具体原因又包括：（1）热应力（热收缩效应）；（2）相转移效应；（3）空位的消除； （4）界面失配；（5）杂质效应；（6）原子、离子埋入效应；（7）表面张力（表面能） 应力消除方法：1)调整镀膜过程中工艺参数，通过调整镀膜时的基地温度、真空度、
沉积速率等工艺参数会直接影响薄膜中的最终残余应力水平，可以控制减小； 2）镀膜前添加层间缓冲层；3）改进薄膜沉积技术
测试方法：①悬壁梁法；②弯盘法；③X射线衍射法；④激光拉曼法。⑤光谱法，⑥激光干涉（反射）实时测量法
7 在单晶硅基片上分别沉积多晶Si、Au薄膜，可采用哪些技术制备？如何表征和测试所制备薄膜的形貌、结构、成分、膜厚、膜基结合力？（所用的仪器设备） 答：多晶硅薄膜的制备分为直接制备法和间接制备法。直接法主要有LPCVD(硅烷热分解法);和催化化学气相沉积等。间接法是把预先沉积的非晶硅薄膜转化为多晶硅，主要有固相晶化、脉冲快速热退火（PRTA）、金属诱导横向晶化、微波晶化和准分子激光晶化。 Au薄膜一般采用PVD方法比较多，可以采用磁控溅射，电子束蒸发进行制备。
表征和测试：形貌观察可采用AFM，SEM、光学显微镜、TEM，结构的表征还可以用SEM、XRD、透射电镜（TEM）、低能电子衍射（LEED）、反射式高能电子衍射（RHEED）；成分的表征可用：EDX，俄歇电子能谱（AES)、X射线光电子能谱仪（XPS）、二次离子质谱仪（SIMS）、卢瑟福背散射（RBS）、电子探针EPMA；薄膜厚度可采用台阶仪，椭偏仪，干涉仪，石英晶体振荡法，膜基结合力一般采用划痕法、压入法、基体拉伸法、胶带剥离法、摩擦法、超声波法、离心力法、脉冲激光加热疲劳法、滚动接触疲劳法。
薄膜科学与技术
