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薄膜物理与技术（孙喜莲版）一：填空题1.为了研究真空和实际使用方便，根据各压强范围内不同的物理特点，把真空划分为，，，四个区域。2.在真空条件下，分子的平均自由程可以与容器尺寸相比拟。3.列举三种气体传输泵，和。4.气体捕获泵是通过各种材料特有的将被抽气体吸除，以达到所需真空。5.真空计种类很多，通常按测量原理可分为和。6.气体的吸附现象可分为和。7.化学气相反应沉积的反应器的设计类型可分为，，和。8电镀方法只适用于在上沉积金属和合金，薄膜材料在电解液中是以的形式存在。制备有序单分子膜的方法是。9不加任何电场，直接通过化学反应而实现薄膜沉积的方法叫。10物理气相沉积过程的三个阶段：，和。11.在相同条件下，小平面蒸发源的中心膜厚为点蒸发源中心膜厚的倍。12.在反应蒸发中，蒸汽原子与活性气体之间的反应主要发生在。13.溅射过程中所选择的工作区域是，基板常处于区，阴极和基板之间的距离至少应是宽度的两倍。14.在气体成分和电极材料一定条件下，起辉电压V只与和的乘积有关。15.磁控溅射具有两大特点是和。16.直流二极溅射依赖离子轰击阴极所发射的次级电子来维持。17.射频电极在靶材上的效应使得气体离子对其自发的轰击和溅射。18.在离子镀成膜过程中，同时存在和作用，只有当前者超过后者时，才能发生薄膜的沉积。19薄膜的形成过程一般分为：、、。20原子聚集理论中最小稳定核的结合能是以为最小单位不连续变化的。21薄膜成核生长阶段的高聚集来源于：、、。这些结论假设凝聚系数为常数，基片具有原子级别的平滑度。22薄膜生长的三种模式有、、。23在薄膜中存在的四种典型的缺陷为：、、和。24列举四种薄膜组分分析的方法：、、和。25电子衍射图案对于单晶衍射为，精细多晶为，大晶粒多晶且包含织构为。26红外吸收是由引起变化的分子振动产生的，而拉曼散射则是由引起变化的分子振动产生的。由于作用的方式不同，对于具有对称中心的分子振动，不敏感，敏感；相反，对于具有反对称中心的分子振动，敏感而不敏感。对于对称性高的分子振动，敏感。27薄膜应力是薄膜重要的力学性质，它对薄膜的实际应用影响很大，它可以分为和。28和是测量薄膜样品中分子振动的振动谱，前者是光谱，而后者是光谱。29表征溅射特性的主要参数有、、溅射粒子的速度和能量等。30薄膜的组织结构分为四种类型：，，和。1.粗真空；低真空；高真空；超高真空2.低3.旋转式机械真空泵；油扩散泵；复合分子泵4.吸气；吸气作用5.绝对真空计；相对真空计6.物理吸附；化学吸附7.常压式；低压式；热壁式；冷壁式8.导电的基片；正离子；铺展9.化学镀10.从源材料中发射出粒子；粒子输运到基片；粒子在基片上凝结、成核、长大、成膜11.412.基片上13.异常辉光区、负辉光区、克鲁克斯暗区14.气体压强p和电极距离15.较低工作压强下得到较高沉积率、较低基片温度下获得高质量薄膜。16.辉光放电17.负偏压18.沉积、溅射19.凝结过程、核形成与生长过程、岛形成与结合生长过程20.原子对的结合能21（1）高的沉积温度；（2）气相原子的高的动能，对于热蒸发意味着高沉积率；（3）气相入射的角度增加。这些结论假设凝聚系数为常数，基片具有原子级别的平滑度。22.薄膜形成与生长的三种模式：层状生长，岛状生长，层状-岛状生长23.空位、间隙原子、晶界、层错、24.卢瑟福散射、二次离子质谱仪、X射线光电子能谱、俄歇电子能谱25.斑点环环加斑点26.分子偶极、极化率、红外、拉曼散射、红外吸收、拉曼散射、拉曼散射27.内应力和外应力28.红外吸收光谱、拉曼散射光谱、红外吸收光谱、拉曼散射光谱29.表征溅射特性的参量主要有溅射率、溅射阈、溅射粒子的速度和能量等。30.无定形结构，多晶结构，纤维结构，单晶结构。1.描述测量高、低真空的电离规、电阻规和热偶规的原理和使用范围。电阻规:定义：利用测定热丝电阻值随温度变化的真空计电阻真空计的测量范围为105~10-2Pa。由于是相对真空计，所测压强对气体的种类依赖性较大，其校准曲线是针对干燥的氮气或者空气的，所以被测气体成分变化较大，则对测量结果要做一定的修正。另外长时间使用后，容易因氧化而产生零点飘移，所以要避免长时间接触大气或在高压下工作。热偶规:热偶真空计是利用在低气压下气体的热导率与气体压强间有依赖关系制成的。其中有一根细金属丝（铂丝或钨丝）以恒定功率加热，则丝的温度取决于输入功率与散热的平衡关系，而散热取决于气体的热导率。管内压强越低，即气体分子越稀薄，气体碰撞灯丝带走的热量就越少，则丝温越高，从而热偶丝产生的电动势越大。通过测量热偶丝的电动势来指示真空度了。测量区间：102~10-1Pa，（高于100Pa，气体的热导率不再随气压的变化而显著变化；低于0.1Pa，气体分子传导走的热量在总加热功率中的比例过小，测量的灵敏度下降。）电离规:热阴极电离真空计通称电离真空计，主要用于高真空测量。它是由圆筒式热阴极电离规管和测量线路两部分组成。这种规管与三极电子管相似，有3个电极：阴极（灯丝）、螺旋形栅极（加速极）和圆筒形收集极。测量时，规管与被测真空系统相连。通电后，热阴极发射电子，在飞向带正电位的加速极的路程中与管内空间的低压气体分子碰撞,使气体分子电离。电离所产生的电子和离子,分别在加速极和收集极（带负电位）上形成电子流Ie和离子流Ii。在被测气体压力低于10-1帕的状况下,当电子流Ie恒定时，离子流Ii与被测真空系统中的气体分子密度（亦即压力p）成正比。因此,离子流的大小就可作为压力的度量。这种真空计的测量范围为10-1～10-5帕。•什么是真空？常见的真空单位有哪些？•描述四种真空范围及其特点。真空：气体分子数量低于大气压状态的空间。但不是完全空的。•真空术语：本底真空度：全密封真空腔体内抽空时的气压。工作真空度：实验或工艺过程中所必需的气体压力。极限真空度：没有漏气和内壁脱气条件下，真空泵所能达到的最低气压。真空规：测量真空中气压的仪表或传感器。真空度单位：气压的单位。真空度就是真空中的气压。真空度的测量就是气压的测量真空单位：帕（Pa）托（torr）毫巴（mba）标准大气压（atm）粗真空102---------105Pa低真空102-----10-1Pa高真空10--1-----10-6Pa超高真空10-6Pa极高真空10--10Pa如要设计一个真空度为5x10-4Pa的高真空系统，需要哪些真空泵、测试元件和阀门（3个阀），画出系统框图，并描述获得该真空的操作过程。3.描述旋片式机械泵、复合分子泵、油扩散泵、低温泵的工作原理及范围。答：旋片式机械真空泵:机械泵是运用机械方法不断地改变泵内吸气空腔的体积，使被抽容器内气体的体积不断膨胀，从而获得真空的装置。它可以直接在大气压下开始工作，极限真空度一般为1~1×10-2Pa，抽气速率与转速及空腔体积V的大小有关，一般在每秒几升到每秒几十升之间。旋片式机械泵通常由转子、定子、旋片等结构构成。偏心转子置于定子的圆柱形空腔内切位置上，空腔上连接进气管和出气阀门。转子中镶有两块旋片，旋片间用弹簧连接，使旋片紧压在定子空腔的内壁上。转子的转动是由马达带动的，定子置于油箱中，油起到密封、润滑与冷却的作用。工作原理：当转子顺时针转动时，空气由被抽容器通过进气管被吸入，旋片随着转子的转动使与进气管相连的区域不断扩大，而气体就不断地被吸入。当转子达到一定位置时，另一旋片把被吸入气体的区域与被抽容器隔开，并将气体压缩，直到压强增大到可以顶开出气口的活塞阀门而被排出泵外，转子的不断转动使气体不断地从被抽容器中抽出。真空系统。2.复合分子泵:分子泵是旋叶式机械真空泵的一大发展，同机械泵一样，分子泵也属于气体传输泵，但它是一种无油类泵，可以与前级泵构成组合装置，从而获取超高真空。范围：超高真空《10--6Pa3.油扩散泵:扩散泵是利用气体扩散现象来抽气的，它不能直接在大气压下工作，而需要一定的预备真空度（1.33~0.133Pa）。一般与旋片机械泵串联使用。油扩散泵的极限真空度主要取决于油蒸汽压和气体分子的反扩散，一般能达到1.33×10-5~1.33×10-7Pa。抽气速率与结构有关，每秒几升~几百升不等。4.低温泵:工作原理：依靠气体分子在低温条件下自发凝结或被其他物质表面吸附的性质对气体分子的去除，进而获得高真空的装置。真空度依赖于低温度，吸附物质的表面积和吸附气体的种类等.极限真空度：10-1~10-8Pa二：名词解释1.化学气相沉积(Chemicalvapordeposition)是利用气态的先驱反应物，通过原子、分子间化学反应的途径生成固态薄膜的技术。2.激光化学气相沉积激光化学气相沉积是通过使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。3.电镀电镀是电流通过在导电液（称为电解液）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。4.化学镀化学镀膜是指在还原剂的作用下，使金属盐中的金属离子还原成原子，在基片表面沉积的镀膜技术，又称无电源电镀。化学镀不加电场、直接通过化学反应实现薄膜沉积。5.LB技术答：l933年KatharineBlodgtt和IrvingLangmuir发现利用分子活性在气液界面上形成凝结膜，将该膜逐次叠积在基片上形成分子层（或称膜）的技术，后被称为Longmuir-Blodgett（LB）技术。6.金属有机化学气相沉积有机金属化学气相沉积是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。7.真空蒸镀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。8.溅射答：在某一温度下，如果固体或液体受到适当的高能粒子（通常为离子）的轰击，则这些原子通过碰撞有可能获得足够的能量从表面逃逸，这一将原子从表面发射出去的方式称为溅射。9.离子镀在真空条件下，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。结合蒸发与溅射两种薄膜沉积技术而发展的一种PVD方法。10.分子束外延是一种超精密和极精确的薄膜生长技术。其利用的是蒸发原理，将分子束射至单晶衬底上生长单晶外延层的方法。11.卢瑟福背散射（RBS）以离子作为探测束，与靶原子进行弹性碰撞。根据弹性散射理论，分析背散射所携带的有关靶原子的信息，得到最表层的信息。12.X射线光电子谱（XPS）当入射线为X射线时，即形成X射线光电子能谱。13.俄歇电子谱（AES）一定能量的电子束(或X射线)激发样品俄歇效应，通过检测俄歇电子的能量和强度，从而获得有关材料表面化学成分和结构的信息的方法。14.红外吸收和拉曼散射红外吸收谱是由分子中振动和转动能级的跃迁而产生的分子吸收光谱。拉曼散射：光通过介质时，由于入射光与分子运动相互作用而引起频率发生变化的散射。三、简答题1、电阻真空计和电离真空计的工作原理及特点。2、什么叫真空？写出真空区域的划分及对应的真空度。不论哪一种类型上的真空，只要在给定空间内，气体压强低于一个大气压的气体状态，均称之为真空。为了研究真空和实际使用方便，常常根据各压强范围内不同的物理特点，把真空划分为以下几个区域：（1）粗真空：l´105~l´102Pa，（2）低真空：l´102~1´10-1Pa，（3）高真空：l´10-1~1´10-6Pa和（4）超高真空：1´10-6Pa。3、列举常见的真空蒸发镀膜的类型（至少五种）。电阻加热法闪烁蒸发激光蒸发电子束蒸发电弧蒸发射频蒸发4、什么是真空蒸发镀膜法？其基本过程有哪些？答：真空蒸发镀膜法（简称真空蒸镀）在真空室中，加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料，在真空室中，加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸气流，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸气流，入射到固体（称为衬底或基片）表面，凝结形成固态薄膜的方法。由于真空蒸发法或真空蒸镀法主要物理过程是通过加热蒸发材料而产生，所以又称为热蒸发法热蒸发法。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。（1）加热蒸发过程，固相/液相→气相；（2）气化原子或分子在蒸发源