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（IAD）
7.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 类型 蒸发 溅射 离子镀 粒子荷电性 中性 中性 带正电 能 量 0.1-0.3 3 -10 10-100 沉积速率 高 低 绕射性 差 差 基片负荷 接0 接正 高 好 接负 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 0.4nm 低温吸附 高温解析 ②化学吸附：化学键 0.1-0.3nm 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：
32?G(r)??4?CV 3?r?Gv?4?r?2?cv2?cvV*r??临界核尺寸数学表达式：?GvkTln(P/Pe)
冠状凝聚核总自由能表达式：?G(r)?4???2?0*r??临界核尺寸表达式：?Gv3 ?)?r2?0?13r?Gv)。
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 种类 卢瑟福背散射（RBS） 二次离子质谱仪（SIMS） X射线光电子能谱（XPS） 俄歇电子能谱（AES） 电镜中的显微分析（EMA） 入射 离子 出射 离子 应用 同位素分析 原理 离子 靶离子 利用中性化率分析带电情况及OH吸收情况 轻元素分析 元素价态 X射线 电子 电子 电子 超薄层扩散深度分析 最常见的微分组分分析 电子 X射线
2.结构表征 种类 低能电子衍射（LEED） 掠入射角X射线衍射（GIXS） 透射电子显微镜（电子衍射） 特征 入射电子能量小于500eV 出射大约100eV 入射角非常小 应用 原位监测膜生长状况 用于薄层结构分析 MEED：中等能量电子衍射 RHEED：反射高能电子衍射 用于薄膜（透明） 分析 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（FTIR） ①二者原理一致
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
薄膜材料与薄膜技术复习资料
