薄膜物理与技术A卷答案

薄膜物理与技术A卷试题参考答案及评分细则一、名词解释：（本题满分20分，每小题5分）1、饱和蒸汽压在一定温度下（1分），真空室内蒸发物质的蒸气与固体或液体平衡过程中（2分）所表现出的压力称为该物质的饱和蒸气压。（2分）2、溅射是指荷能粒子轰击固体物质表面（靶），（1分）并在碰撞过程中发生动能与动量的转移，（2分）从而将物质表面原子或分子激发出来的过程。（2分）3、化学气相沉积把含有构成薄膜元素的一种或几种化合物的单质气体供给基片（2分），利用热、等离子体、紫外线、激光、微波等各种能源（2分），使气态物质经化学反应形成固态薄膜。（1分）。4、外延生长外延生长技术就是在一块半导体单晶片上（2分）沿着单晶片的结晶轴方向生长（2分）一层所需要的薄单晶层。（1分）二、简答题：（本题满分80分）1、什么叫真空？写出真空区域的划分及对应的真空度（10分）答：真空是指低于一个大气压的气体空间。 （2分）对真空的划分：1）粗真空：105102Pa； （2分）2）低真空：10210-1Pa； （2分）3）高真空：10-110-6Pa； （2分）4）超高真空：10-6Pa。 （2分）2、什么是真空蒸发镀膜法？其基本过程有哪些？（10分）答：真空蒸发镀膜法(简称真空蒸镀)是在真空室中，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（2分），形成蒸气流，入射到基片表面，凝结形成固态薄膜的方法。（2分）其基本过程包括：（1）加热蒸发过程。包括凝聚相转变为气相的相变过程。（2分）（2）输运过程，气化原子或分子在蒸发源与基片之间的输运。（2分）（3）蒸发原子或分子在基片表面的淀积过程，即使蒸气凝聚、成核、核生长、形成连续薄膜。（2分）3、简述磁控溅射的工作原理。（10分）答：磁控溅射的工作原理是：电子e在电场E作用下，在飞向基板过程中与氩原子发生碰撞，使其电离出Ar和一个新的电子e，电子飞向基片，Ar在电场作用下加速飞向阴极靶，（2分）并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子则淀积在基片上形成薄膜。（2分）二次电子e1一旦离开靶面，就同时受到电场和磁场的作用。一般可近似认为：二次电子在阴极暗区时，只受电场作用；一旦进入负辉区就只受磁场作用。（2分）从靶面发出的二次电子，首先在阴极暗区受到电场加速，飞向负辉区。进入负辉区的电子具有一定速度，并且是垂直于磁力线运动的，此时电子受洛仑兹力的作用而绕磁力线旋转。（2分）电子旋转半圈之后，重新进入阴极暗区，受到电场减速。当电子接近靶面时，速度即可降到零。以后电子又开始一个新的运动周期，作EB漂移。（2分）4、简述离子镀的原理。（10分）答：离子镀的工作原理:蒸发源接阳极，衬底接阴极，当通以三至五千伏高压直流电以后，蒸发源与工件之间产生辉光放电（2分）。由于真空罩内充有惰性氩气，在放电电场作用下部分氩气被电离，从而在阴极衬底周围形成一等离子暗区。（2分）带正电荷的氩离子受阴极负高压的吸引，猛烈地轰击衬底表面，致使衬底表层粒子和脏物被轰溅抛出，从而使衬底待镀表面得到了充分的离子轰击清洗。（2分）随后，接通蒸发源交流电源，蒸发粒子熔化蒸发，进入辉光放电区并被电离。（2分）带正电荷的蒸发料离子，在阴极吸引下，随同氩离子一同冲向衬底，当抛镀于衬底表面上的蒸发料离子超过溅失离子的数量时，则逐渐堆积形成一层牢固粘附于衬底表面的镀层。（2分）5、什么是有机金属化学气相沉积法，当选用含有化合物半导体元素的原料时需要满足哪些条件？（10分）答：有机金属化学气相沉积法是一种利用有机金属化合物的热分解反应进行气相外延生长薄膜的CVD技术。（4分）选用含有化合物半导体元素的原料时须满足以下条件：（1）在常温下较稳定且容易处理；（2分）（2）反应的副产物不应妨碍晶体生长，不应污染生长层；（2分）（3）为适应气相生长，在室温附近应具有适当的蒸气压。（2分）6、简述溶胶-凝胶法制备薄膜的过程（10分）答：采用金属醇盐或其它盐类作为原料（2分），通常溶解在醇、醚等有机溶剂中形成均匀溶液（solution），（2分）该溶液经过水解和缩聚反应形成溶胶（sol），（2分）进一步聚合反应实现溶胶-凝胶转变形成凝胶（gel）（2分），在经过热处理脱除溶剂和水，最后形成薄膜。（2分）7、简述核形成与生长的步骤。（10分）答：核形成与生长有四个步骤：（1）从蒸发源蒸发出的气相原子入射到基体表面上，其中有一部分因能量较大而弹性反射回去，另一部分则吸附在基体表面上。在吸附的气相原子中有一小部分因能量稍大而再蒸发出去。（3分）（2）吸附气相原子在基体表面上扩散迁移，互相碰撞结合成原子对或小原子团并凝结在基体表面上。（3分）（3）这种原子团和其他吸附原子碰撞结合，或者释放一个单原子。这个过程反复进行，一旦原子团中的原子数超过某一个临界值，原子团进一步与其他吸附原子碰撞结合，只向着长大方向发展形成稳定的原子团。含有临界值原子数的原子团称为临界核，稳定的原子团称为稳定核。（2分）（4）稳定核再捕获其他吸附原子，或者与入射气相原子相结合使它进一步长大成为小岛。（2分）8、什