薄膜物理与技术B卷答案.doc

《薄膜物理与技术》B卷试题参考答案及评分细则

一、 名词解释: （本题满分12分, 每小题3分）

1、 瞬时蒸发法
瞬时蒸发法是指将细小合金颗粒, 逐次送到非常炽热蒸发器或坩锅中, 使一个一个颗粒实现瞬间完全蒸发。（3分）

2、 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）从表面射出现象。（3分）

3、 活性反应离子镀
活性反应离子镀是指在离子镀过程中, 在真空室中导入能和金属蒸气起反应气体（1分）, 并用多种放电方法使金属蒸气和反应气体分子、 原子激活离化（2分）, 促进其间化学反应, 在基片表面上取得化合物薄膜方法（3分）。

4、 成核速率
成核速率是指单位时间内在单位基体表面上形成稳定核数量。（3分）

二、 简答题: （本题满分88分）

1、 什么叫真空？经典真空系统由哪些部分组成？（5分）
答: 真空是指低于一个大气压气体空间。（1分）经典真空系统应包含: 待抽闲容器（真空室）、 取得真空设备（真空泵）、 测量真空器具（真空计）以及必需管道、 阀门和其她隶属设备。（4分）

2、 简述磁控溅射工作原理。（7分）
答: 磁控溅射工作原理是: 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＋和一个新电子e, 电子飞向基片, 在电场作用下加速飞向阴极靶, 并以高能量轰击靶表面 使靶材发生溅射。在溅射粒子中, 中性靶原子或分子则淀积在基片上形成薄膜。
二次电子e1一旦离开靶面, 就同时受到电场和磁场作用。通常可近似认为: 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。
从靶面发出二次电子, 首先在阴极暗区受到电场加速, 飞向负辉区。进入负辉区电子含有一定速度, 而且是垂直于磁力线运动, 此时电子受洛仑兹力作用而绕磁力线旋转。电子旋转半圈以后, 重新进入阴极暗区, 受到电场减速。当电子靠近靶面时, 速度即可降到零。以后电子又开始一个新运动周期, 作E×B漂移。

3、 什么叫薄膜？试举出薄膜5例应用。（8分）
答: 薄膜是指在基板垂直方向上所堆积1～10原子层或分子层（3分）。薄膜应用很多: 半导体薄膜、 超导薄膜、 陶瓷薄膜、 铁电纤维薄膜、 光学薄膜、 磁性薄膜等等。（8分）

4、 在离子镀膜过程中, 薄膜淀积之前离子轰击对基片有哪些作用？（6分）
答: （1）溅射清洗作用;
（2）产生缺点和位错网;
（3）破坏表面结晶结构;
（4）气体掺入;
（5）表面成份改变;
（6）表面形貌改变;
（7）温度升高。

5、 在溅射镀膜过程中, 怎样提升淀积薄膜纯度, 并指出预防淀积过程中污染方法。（10分）

答: 为提升淀积薄膜纯度, 必需尽可能降低淀积到基片上杂质量。因为关键杂质是真空室残余气体（1分）, 所以要提升薄膜纯度, 就要降低残余气体压力（2分）, 可采取有效方法是提升本底真空度和增加送氩量（4分）。
预防淀积过程中污染方法: （1）为降低真空室壁和真空室中其她零件可能会有吸附气体、 水汽和二氧化碳等重新释出, 可能接触辉光一切表面都必需在淀积过程中合适冷却, 方便使其在淀积最初几分钟内达成热平衡（6分）; 也可在抽气过程中进行高温烘烤（7分）。（2）为预防扩散泵油回流现象, 通常在放电区与阻尼器之间进行某种形式气体调整, 即在系统中利用高真空阀门作为节气阀（8分）。另外, 假如将阻尼器与涡轮分子泵结合起来, 替换扩散泵, 将能消除这种污染（9分）。（3）为避免基片表面颗粒物质影响, 淀积前应对基片进行根本清洗, 尽可能确保基片不受污染或携带颗粒污染物（10分）。

6、 什么是有机金属化学气相沉积法, 当选择含有化合物半导体元素原料时需要满足哪些条件？（8分）
答: 有机金属化学气相沉积法是一个利用有机金属化合物热分解反应进行气相外延生长薄膜CVD技术。（2分）
选择含有化合物半导体元素原料时须满足以下条件:
（1）在常温下较稳定且轻易处理; （4分）
（2）反应副产物不应妨碍晶体生长, 不应污染生长层; （6分）
（3）为适应气相生长, 在室温周围应含有合适蒸气压。（8分）

7、 简述什么是电镀, 在电镀过程中, 给电极周围消耗离子区域提供新离子方法有哪些？（8分）
答: 电镀是利用电解反应在位于负极基板上进行镀膜过程。
在电镀过程中, 给电极周围消耗离子区域提供新离子方法有: （1）离子浓度梯度引发扩散; （2）电场引发离子迁移; （3）电解液中离子对流。

8、 什么是物理吸附与化学吸附, 它们之间有何差异, 试用吸附过程能量曲线图说明。（11分）
（5分）
物理吸附是指吸附仅仅是由原子电偶极矩之间范德华力起作用; 化学吸附是指吸附是由化学键结协力起作用。（7分）
从吸附过程能量曲线上看, 当入射到基体表面气相原子动能较小时, 处于物理吸附状态, 其吸附能用Qp表示。（9分）当这种气相原子动能较大但小于或等于Ea时则可产生化学吸附。达成完全化学吸附, 这种气相原子所含有动能必需达成吸附能Ed数量。（11分）

9、 简述核形成与生长步骤。（8分）
答: 核形成与生长有四个步骤:
（1）从蒸起源蒸发出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。在吸附气相原子中有一小部分因能量稍大而再蒸发出去。
（2）吸附气相原子在基体表面上扩散迁移, 相互碰撞结合成原子对或小原子团并凝结在基体表面上。
（3）这种原子团和其她吸附原子碰撞结合, 或者释放一个单原子。这个过程反复进行, 一旦原子团中原子数超出某一个临界值, 原子团深入与其她吸附原子碰撞结合, 只向着长大方向发展形成稳定原子团。含有临界值原子数原子团称为临界核, 稳定原子团称为稳定核。
（4）稳定核再捕捉其她吸附原子, 或者与入射气相原子相结合使它深入长大成为小岛。

10、 什么是内摩擦现象？在薄膜中引发位错原因有哪些？（9分）
答: 内摩擦现象是指若让薄膜随意振动一下, 它振幅会以某一比率进行衰减, 这关键是因为振动能量经过薄膜中位错运动转变为热能结果, 这种能量转换过程称为薄膜内摩擦。（3分）
在薄膜中引发位错原因关键有:
（1）基体引发位错
假如薄膜和基体之间有晶格失配位错, 则在生长成单层拟似性结构时就会有位错产生。假如在基体上有位错, 那么在基体上形成薄膜就会因基体位错引发位错。（3分）
（2）小岛聚结
薄膜中产生位错关键原因是来自小岛长大和聚结。在多数小岛中其结晶方向都是任意。尤其是两个晶体方向稍有不一样两个小岛相互聚结成长时, 就会产生以位错形式形成小倾斜角晶粒间界。另外, 当小岛刚一聚结合并时在薄膜内有相当强应力产生, 有时应力集中在小岛聚结过程中形成空位地方产生位错。（3分）

11、 与不连续薄膜、 薄金属箔片相比, 连续金属膜在导电性质上有哪些自己固有特点。（8分）
答: 即使连续金属膜在微观结构上比不连续薄膜要致密得多, 不过与用块状金属压制薄金属箔片相比, 它含多种微观缺点造成它在导电性质上与金属箔片有较大差异, 从而形成了自已固有部分特点:
（1） 薄膜电阻率与薄膜厚度有亲密关系, 随膜厚增大电阻率逐步减小并趋于稳定值;
（2） 薄膜电阻率一直大于金属箔片电阻率;
（3） 薄膜电阻率温度系数与膜厚相关;
（4） 薄膜电阻率受时间或温度影响发生不可逆改变;
（5） 薄膜电阻率与晶粒尺寸相关;
（6） 薄膜霍耳系数与膜厚相关;
（7） 薄膜热电势与膜厚相关;
（8） 薄膜磁阻与磁场相关。