薄膜应用与技术试题A卷试题.doc

试题A卷试题 答案 
一、填空题 
在离子镀膜成膜过程中，同时存在沉积和溅射作用，只有当前者超过后者时，才能发生薄膜的沉积 
薄膜的形成过程一般分为：凝结过程、核形成与生长过程、岛形成与结合生长过程 
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 
在气体成分和电极材料一定条件下，起辉电压V只与 气体的压强P 和 电极距离 的乘积有关。 

二、解释下列概念
1、气体分子的平均自由程 
每个分子在连续两次碰撞之间的路程称为自由程，其统计平均值：
称为平均自由程，
2、饱和蒸气压：在一定温度下，真空室内蒸发物质与固体或液体平衡过程中所表现出的压力。  
3、凝结系数： 当蒸发的气相原子入射到基体表面上，除了被弹性反射和吸附后再蒸发的原
子之外，完全被基体表面所凝结的气相原子数与入射到基体表面上总气相原子数之比。  
4、物理气相沉积法：物理气相沉积法 (Physical vapor deposition)是利用某种物理过程，如物质的蒸发或在受到粒子轰击时物质表面原子的溅射等现象，实现物质原子从源物质到薄膜的可控转移的过程
5、溅射：溅射是指荷能粒子轰击固体表面 (靶)，使固体原子(或分子)从表面射出的现象  
三、回答下列问题 
1、真空的概念？怎样表示真空程度，为什么说真空是薄膜制备的基础？ 
在给定的空间内，气体的压强低于一个大气压的状态，称为真空 
真空度 、压强、气体分子密度：单位体积中气体分子数；气体分子的平均自由程；形成一个分子层所需的时间等  物理气相沉积法中的真空蒸发、溅射镀膜和离子镀等是基本的薄膜制备技术。它们均要求沉积薄膜的空间有一定的真空度。  
2、讨论工作气体压力对溅射镀膜过程的影响？ 
在相对较低的压力下，电子的平均自由程较长，电子在阳极上消耗的几率增大，通过碰撞过程引起气体分子电离的几率较低。同时，离子在阴极上溅射的同时发射出二次电子的几率又由于气压较低而相对较小。这些均导致低压条件下溅射的速率很低。
在相对较低的压力下，入射到衬底表面的原子没有经过很多次碰撞，因而其能量较高，这有利于提供沉积时原子的扩散能力，提供沉积组织的致密性 
在相对较高的压力下，溅射出来的靶材原子甚至会被散射回靶材表面沉降下来，因而沉积到衬底的几率反而下降 
在相对较高的压力下，使得入射原子的能量降低，这不利于薄膜组织的致密化 溅射法镀膜的沉积速率将会随着气压的变化出现一个极大值
3、物理气相沉积法的共同特点？(1) 需要使用固态的或者熔融态的物质作为沉积过程的源物质 (2) 源物质经过物理过程而进入气相 (3) 需要相对较低的气体压力环境 
(4) 在气相中及在衬底表面并不发生化学反应  
5、辉光放电过程中为什么P·d太小或太大，都不容易起辉放电？ 如果气体压强太低或极间距离太小，二次电子在到达阳极前不能使足够的气体分子被碰撞电离，形成一定数量的离子和二次电子，会使辉光放电熄灭 
气体压强太高或极间距离太大，二次电子因多次碰撞而得不到加速，也不能产生辉光
6、真空蒸发系统应包括那些组成部分？ 
(1) 真空室，为蒸发过程提供必要的真空环境 
(2) 蒸发源或蒸发加热器，放置蒸发材料并对其加热  (3) 基板，用于接受蒸发物质并在其表面形成固态薄膜 (4) 基板加热器及测温器等  
7、什么是等离子体？以及等离子体的分类（按电离程度）？ 
带正电的粒子与带负电的粒子具有几乎相同的密度，整体呈电中性状态的粒子集合体 按电离程度等离子体可分为 
部分电离及弱电离等离子体和完全电离等离子体两大类 
部分电离及弱电离等离子体中大部分为中性粒子，只有部分或极少量中性粒子被电离 完全电离等离子体中所有中性粒子都被电离，而呈离子态、电子态  
8、简述化学吸附的特点？ 
1. 吸附力是由吸附剂与吸附质分子之间产生的化学键力，一般较强。 2. 吸附热较高，接近于化学反应热，一般在40kJ/mol 以上
3. 吸附有选择性，固体表面的活性位只吸附与之可发生反应的气体分子，如酸位吸附碱性分子，反之亦然 
4. 吸附很稳定，一旦吸附，就不易解吸 5.吸附是单分子层的 
6. 吸附需要活化能，温度升高，吸附和解吸速率加快  

薄膜设计：
1、 材料的准备
比如ZnO薄膜
1、靶材ZnO （真空蒸镀ZnO蒸发源，小平面蒸发源）
2、玻璃衬底
衬底的清洗
清洗步骤为:
1、将衬底放入添加适量半导体清洗剂DZ-1的去离子水中,用高功率数控超声波清洗器超声清洗10分钟。
2、将衬底放入添加适量半导体清洗剂DZ-2的去离子水中,超声清洗10分钟。
3、在去离子水中超声波清洗两次,每次5分钟。
4、将酒精和丙酮按1:1的比例混合,放入衬底超声清洗10分钟。
5、在去离子水中超声清洗两次,每次5分钟。
6、将清洗干净的村底用氮气吹干备用
3、沉积薄膜时,首先在托盘上将有源层掩膜板覆盖在衬底上方压牢,放入样品室中
2、 获得真空
1、连接泵和真空计
2、前级泵机械泵抽至0.1Pa,后级泵复合分子泵抽至10.^-4Pa以下
当抽到一定程度时候，可以内壁加温烘烤抽真空
3、电阻真空计测10.^5-10.^-1Pa、电离真空计测10.^-1-10.^-6Pa
3、 制备过程
（真空蒸镀：电子束蒸发：局部加温，工艺：控制蒸发源温度和控制衬底温度）
磁控溅射：预溅射5-10分钟，工艺：控制靶距，溅射功率，实验压强，Ar气通量，衬底温度等
1、通入50sccm的氩气，使得压强至0.1Pa-5Pa
,然后转动转盘,打开挡板进行溅射5分钟。
2、 起辉,溅射功率60W，
3、 预溅射5-10分钟,除去靶材表面的杂质；
4、 衬底传送至溅射室，转动转盘，打开挡板进行溅射，实验压强为0.6Pa，靶基距为4.5cm，溅射功率60W, 氩气流量50sccm
4、 薄膜生长速率或薄膜厚度的测定
用石英晶体振荡法在制备过程中连续测量膜厚
5、 薄膜样品制备后，样品的取出过程
制备相应厚度之后关掉蒸发源，关掉泵，放气，打开真空室，取出样品