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↓→?↑） 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 、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：
第三章
1.PVD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 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：
LB 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，通过在靶阴极表面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率。
薄膜材料与薄膜技术复习资料
