薄膜知识点汇总参考资料

第一章1.真空的定义及其度量单位概念：利用外力将肯定密闭空间内的气体分子移走，使该空间内的气压小于1个大气压，则该空间内的气体的物理状态就被称为真空。真空，实际上指的是一种低压的、淡薄的气体状态。0摄氏度时，水银密度13.59509g/cm3，重力加速度980.665cm/2时，760mm水银柱所产生的压强为1标准大气压。1atm=1.01*105Pa=760Torr=1.0133*106微巴105-102气态空间近似为大气状态，分子以热运动为主，分子之间碰撞频繁。低真空，可以获得压力差而不转变空间的性质。中真空102-10-1 中真空，气体分子密度与大气状态有很大差异。气体分子的流动从黏滞流状态向分子状态过渡，气体对流现象消逝。气体中带电离子在电场作用下，产生气体导电现象〔离子镀、溅射镀膜等气体放电和低温等离子体相关镀膜技术〕高真空10-1-10-5容器中分子数很少，分子平均自由程大于一般容器的线度，分子流淌为分子流，分子与容器壁碰撞为主，在此真空下蒸发材料，粒子将按直〔拉制单晶、外表镀膜、电子管生产〕超高真空10-5-10-9 气体分子数更少，几乎不存在分子间碰撞，此时气体分子在固体外表上是以吸附停留为主。入射固体外表的分子数到达单分子层需要的时间也较长，可以获得纯洁外表〔薄膜沉积、外表分析…)极高真空《10-9 气体分子入射固体外表的频率已经很低，可以保持外表干净。适合分子尺寸加工及纳米科学的争论。抱负气体状态方程：

P nkT PV

mRTM2kTm2RTMv 1.412kTm2RTMm M8kTm8RTMv 1.598kTm8RTMa M3kTm3RTMv 1.733kTm3RTMr M每个气体分子在与其它气体分子连续2自由程。 1222nn－分子密度1nv4a入射频率：入射频率1nv4a真空在薄膜制备中的作用1〕避开被蒸发分子或原子与气体分子发生碰撞；〔2〕避开被蒸发分子或原子与气体分子发生反响。获得真空的设备：真空泵机械泵：利用机械运动部件转动或滑动形成的输运作用获得真空的泵。分类：旋片式〔最常见、定片式、滑阀式运转模式：吸气 排气〔不断循环〕优缺点构造简洁工作牢靠有油污染的 题。油集中泵将真空油加热到高温蒸发状态〔约20℃；让油蒸汽分多级向下定向高速喷出；大量油滴通过撞击将动能传递给气体分子；气体分子向排气口方向运动，并在动压作用下排出泵体；油气雾滴飞向低温介质冷却的泵体外壁，被冷却分散成液态后返回泵底部的蒸发器。优 点：1〕造价较低的高真空泵方案；2〕没有机械运动部件。缺 点：油蒸汽回流有可能污染真空系统.泵内穿插布置转向不同的多级转子和定子；转子叶片以20k~60kr/min的高速旋转；叶片通过碰撞将动能不断传递给气体分子；气体分子被赐予动能后被逐级压缩排出。低温吸附泵工作原理：利用20K以下的超低温外表来分散气体分子以实现抽气。优 点：可实现目前最高的极限真空度：10-11。缺 点：1〕属于捕获泵的一种，使用要求高，需要外加冷源.溅射离子泵电离放电，而电离后的气体分子在高速撞击阴极时又会溅射出大量的Ti原子。由于Ti原子的活性很高，因而它将以吸附或化学反响的形式捕获大量的气体分子并在泵体内沉积下来，实现超高真空的获得。真空的测量热偶真空计工作原理：气体的热导率随气体压力变化，通过热电偶测出热丝的温度，也就相应的测出了环境的气体压强。热偶规10-4-10-2Pa热阻真空计工作原理：通过测量热丝的电阻随温度的变化实现对真空度的测量。102-10-2Pa第三章CVD〔四个阶段〕反响气体向基片外表集中；反响气体吸附于基片外表；在基片外表发生化学反响；在基片外表产生的气相副产物脱离外表，向空间集中或被抽气系统抽走；基片外表留下不挥发的固相反响产物---膜。最常见的几种CVD反响类型有：热分解反响〔吸热反响、化学合成反响、复原反响、氧化反响、歧化反响〔对具有多种气态化合物的气体，可在肯定条件下促使一种化合物转变为另一种更稳定的化合物，同时形成薄膜。CVD法的主要特点主要优势：1〕能形成多种金属、非金属和化合物薄膜；2〕组分易于掌握，易获得抱负化学计量比，薄膜纯度高；3〕成膜速度快、工效高〔沉积速率>>PVD、单炉处理批量大；沉积温度高、薄膜致密、结晶完整、外表平滑、内部剩余应力低；沉积绕射性好，可在简单不规章外表〔深孔、大台阶〕沉积；主要缺点：1〕沉积温度高，热影响显著，有时甚至具有破坏性；设备简单，工艺掌握难度较大。CVD沉积装置全部反响体系需满足三个条件：在沉积温度下，反响物必需有足够高的蒸汽压，要保证能以适当速度被引入反响室；反响产物除了所需要的沉积物为固态薄膜之外，其他反响物必需是挥发性的；沉积薄膜本身必需有足够低的蒸汽压，以保证沉积的薄膜在整个沉积反响过程中都能保持在受热的基体上；基体材料在沉积温度下的蒸汽压也必需足够低。 反响气体和载气的供给和计量装置根本系统构成：加热和冷却系统反响气体的排出装置或真空系统薄膜的化学溶液制备技术化学镀概念：在无电流通过〔无外界动力〕时借助复原剂在金属盐溶液中使目标金属离子复原，并沉积在基片外表上形成金属合金薄膜的方法。主要优点：无需电源，镀层孔隙率较低，可直接在非导体上镀膜，可在盲孔等简单外表均匀镀膜。概念：将III、VVI族金属半金属元素的有机化合物和无机盐(氯化物、硝酸盐、乙酸盐)溶于有机溶剂(乙酸、丙酮等)中获得溶胶镀液，承受浸渍或离心甩胶等方法涂覆于基片外表，因溶胶水解而获得胶体膜，之后再进展枯燥脱水处理获得氧化物等固体薄膜的方法。膜厚取决于溶液中金属有机化合物的浓度、溶胶液的温度和黏度、基片的旋转速度、角度以及环境温度等。对薄膜材料的要求：1、有机极性溶质溶解度范围要宽，因此一般不用水溶液；2、有少量水参与时应简洁发生水解；3、水解形成的薄膜应不溶解，生成的挥发物易于去除；4、水解形成的氧化物应易于低温充分脱水；5、薄膜与基片有良好的附着力。优点：1、薄膜组分均匀、成分易掌握；2、成膜平坦、可制备较大面积的薄膜；3、本钱低、周期短、易于实现工业化生产。阳极氧化概念：在适当的电解液中，承受金属或合金基片作为阳极，阴极一般承受石墨电极，并赐予肯定的直流电压，由于电化学反响在阳极外表形成金属氧化物薄膜的方法。LB技术：是指把液体外表的有机单分子膜转移到固体衬底外表上的一种成膜LB薄膜。原理：将有机分子分散在水面上，沿水平方向对水面施加压力，使分子在水面上严密排列，形成一层排列有序的不溶性单分子层。再利用端基与固体基片表面的吸附作用，将单分子层沉积在基片上。LB薄膜的特点：LB薄膜中分子有序定向排列；LB膜有单分子层组成，它的厚度取决于分子大小和分子的层数；通过严格掌握条件，可以得到均匀、致密和缺陷密度很低的LB薄膜；设备简洁，操作便利。LBLB薄膜厚度很薄，在薄膜表征手段方面难度较大。单分子层的转移〔沉积〕依据薄膜分子在基片上的相对取向，LB薄膜构造可分为X型、Y型、Z型三种类型。时才有膜沉积，LB薄膜每层分子的亲油基指向基片外表。

只有基片进入水面基片每次进出水面时都有分子沉积。LB薄膜每层分子的亲水基与亲水基相连，亲油基与亲油基相连。只有基片拉出水面时才有膜沉积，LB薄膜每层分子的亲水基指向基片外表。第四章1.膜厚的测量石英晶体法：利用了石英晶体片的振荡频率随晶体外表薄膜沉积的厚度变化的原理。利用石英晶体的压电效应，在将源材料镀到基片的同时，也将其镀到与振荡电路相连的石英片上，依据石英体的谐振频率的变化，来计算膜的厚度。第五章晶核的形成与生长成核理论主要有两种理论模型：毛细理论：薄膜形成：气相→吸附相→固相的相变过程。毛细理论视原子团为微小的分散滴。成核过程定性分析：原子团通过吸附原子而增大，外表能增大，体系自由能增加GGmax；然后，原子团再增大，体系G〔看书〕原子聚拢理论：原子聚拢理论将核〔原子团〕看作一个大分子，用其内部原子之间的结合能或与基片外表原子之间的结合能代替热力学理论中的自由能。结合能不是连续变化而是以原子对结合能为最小单位的不连续变化。薄膜的生长模式岛状模式：这种形成模式在薄膜生长的初期阶段，润湿角不为零，在基片外表上形成很多三维的岛状晶核、核生长、合并进而形成薄膜，大多数膜生长属于此类型。单层生长模式：沉积原子在基片外表上均匀地掩盖，润湿角为零，在衬底上形成很多二维晶核，晶核长大后形成单原子层，铺满衬底，逐层生长。层岛复合模式：在基片外表上形成一层或更多层以后，随后的层状生长变得不利，而岛开头形成，从二维生长到三维生长转变，岛长大、结合，形成肯定厚度的连续薄膜。连续膜阶连续膜阶影响薄膜生长特性的因素〔1〕沉积速率：一般来说，沉积速率影响膜层中晶粒的大小与晶粒分布的均匀度以及缺陷等。低速率：金属原子在基片上迁移时间长，简洁到达吸附点位，或被吸附点位置上的小岛捕获而形成粗大的晶粒，使得薄膜的构造粗糙，膜不致密。后续原子不能准时到达，致使暴露时间长，易引入杂质，以及产生缺陷。因此，沉积速率高一些好。高沉积速率：薄膜晶粒细小，构造致密，但由于同时分散成的核很多，在能量上核处于能量比较高的状态，所以膜内部存在比较大的应力。基片外表状态：粗糙度低、外表光滑，则膜层构造致密，简洁结晶，否则相反，而且附着力差。基底温度：影响薄膜生长的粘附系数〔多数降低〕、高迁移速率、增加岛P161〔5〕性。随着结晶颗粒的增大，入射的沉积原子就渐渐沿着原子的入射方向长大，于是会产生所谓的自身影响效应，从而使薄膜外表不平坦，消灭各向异性。这种沿原子入射方向生长的倾向，在入射角越大时，表现得越明显。第七章附着现象：从宏观角度看，附着就是薄膜和基体外表相互作用将薄膜粘附在基体上的一种现象。薄膜的附着可分为四种类型：〔a〕简洁附着〔b〕集中附着〔c〕通过中间层附着，d〕宏观效应附着等。简洁附着：是在薄膜和基体之间存在一个很清楚的分界面。由两个接触面相互吸引形成的。当两个不相像或不相容的外表相互接触时就易形成这种附着。集中附着：是由于在薄膜和基体之间相互集中或溶解形成一个渐变的界面。所以两者之间形成的附着就没有单纯的界面。通过宏观效应的附着：包括机械锁合和双电层吸引。机械锁合是一种宏观的机械作用。当基体外表比较粗糙，有各种微孔或微裂缝时，在薄膜形成过程中，入射到基体外表上的气相原子便进入到粗糙外表的各种缺陷、微孔或裂缝中形层而产生吸引。因薄膜和基体两种材料的功函数不同，两者间发生电子转移在界面两边积存起电荷。薄膜的附着力三种附着力：范德华力、静电力〔物理吸附、化学键力〔化学吸附。增加附着力的方法①清洗基片；污染物导致薄膜与基片不能直接接触→范德华力大大减弱→集中更不行能→吸附性极差②提高基片温度；提高温度的相互集中→集中附着有利于加速化学反响形成中间层→中间层附着；③引入很小；④溅射法增加附着力。看书以下无正文仅供个人用于学习、争论；不得用于商业用途。Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse.仅供个人用于学习、争论；不得用于商业用途。Nurfürde