1-V-1薄膜物理与技术-第一部分序言-第一章电子教案

薄膜物理与技术序言本课程主要包括三部分：真空科学与技术1.真空的基本知识2.真空的获得（各种真空泵原理、结构及应用）3.真空的测量原理4.真空系统的组成、检漏及流导的计算二.薄膜物理1.薄膜的各种制备方法及原理2.薄膜厚度的测量3.薄膜的形成机理、晶体结构、缺陷4.薄膜的物理性质三.薄膜的掺杂、表面处理及离子束改性1.离子束与固体相互作用的基础知识2.离子注入的损伤效应及退火效应3.离子束材料改性4.离子注入设备第一部分真空科学与技术应用领域：原子能技术、航天、薄膜制备、分析测试电真空器件、微电子、轻工业、日常用品等例：原子能技术各种加速器（串列加速器、正负电子对撞机、慢正电子束）2.航天技术：地面模拟实验3.薄膜制备设备真空蒸发法、MBE、各种CVD，离子溅射、离子镀4.高级表面分析测试仪XPS、AES、SIMS、SEM、RBS、TEM、质谱分析、核反应分析等5.微电子材料及器件制备真空微电子器件、半导体器件镀膜、半导体材料制备、a-Si太阳能电池6.轻工业、制药业：真空干燥（造纸）、真空包装、去湿（药品、食品、化学药品）、真空浸漆、吸鸡蛋等7.真空冶金利用真空冶炼获得含气低、氧化少、杂质少的高质钢（如锆、钛、钽、铍莫合金）须在真空中材料熔炼又如：真空冶炼的矽钢片,磁滞损耗可降低20%8.日常用品保温瓶、灯泡、日光灯、吸尘器、真空抽血第一章真空的基本知识§1.真空的定义、单位和真空区域的划分真空的定义气体的压强低于一个标准大气压的气态空间一标准大气压：g=980.665cm/s2\T=273K时，760mm水银柱高所施加的压强**平衡状态下，气体宏观参量的重要关系式：P=nKTP=压强(Pa)n=气体分子密度(个/M3)K=波尔兹曼常数(1.38×10-23J/K)So(个/m3)标准状态(273K，760mmHg):n=2.5×1019个/cm3故真空是相对的，不是什么气体都没有。2.真空的单位：帕(Pa)1Pa=1N/M2=10达因/cm2乇(torr)mmHgµbar(微巴)orbar1torr=1mmHg=133.3Pa1Pa=0.75×10-2torr=10达因/cm21µbar=1达因/cm2=0.1Pa3.真空区域的划分(1)粗真空：1×105

Pa>P>1×103Pa(大约10torr)气体多，气体分子间碰撞频繁，平均自由程很短，用于真空浸漆等(2)低真空：1×103~1×10-1

Pa1016~1013

个/cm3，加电场下会电离、液体沸点大大降低(可用于真空脱水)(3)高真空：1×10-1~1×10-6

Pa高真空下蒸发出的材料分子，按直线飞行(4)超高真空：<1×10-6Pan<1010个/cm3不少高科技器件或材料只能在超高真空下才能获得

4.宇宙空间的真空状况(1)海平面：760乇(2)对流层和平流层（100Km高空）以下：升高15Km，压强下降90%90Km处约为10-3乇(3)电离层（100~400Km）升高100~200Km压强下降90%(4)400Km以上：1000Km10-10

乇10万Km10-13乇400Km以下：主要是空气200~1000Km：主要是N和O原子，日照强时大部分被电离700~1000Km：有相当数量He>1500Km：H，H+和电子组成3000~10万Km：高能H+1.5~4万Km：高能电子>4万Km：中性粒子§2.稀薄气体的基本性质1.气体的三种速率表达式最可几速率：算术平均速率：均方根速率：分布函数：f(Vr)<f(Va)<f(Vm)但：Vm<Va<Vr2.平均自由程的定义：气体两次碰撞之间所走路程的统计平均值Z----每秒一个气体分子与其他分子碰撞次数d----为气体直径a)考虑到其它气体分子在运动，及气体速率有一定分布，作如下修正：可见，当气体种类和T一定时0oC时空气d=3.7A，O2：3.6A，Ar：3.7A，水汽：4.7A25oC空气：b)离子的平均自由程c)电子的d)蒸汽原子的§3.气体的输运1.抽真空过程中气体流动的三个过程(1)初始阶段(气压较高、流速较大)出现湍流，起作用的是气体的惯性力(2)气压较低时：粘滞性流动—各层速度不同，起作用的是层间相互摩擦力(3)气压更低：分子性流动—分子间相互摩擦可忽略，流动完全由分子与器壁碰撞。抽真空过程，即：滞留-粘滞性流动-分子性流动2.气体量，流量及其表达式(1)定义：气体量：气体体积×压强，即PV，单