2024年薄膜物理和技术题库.doc

一、填空題

在离子镀膜成膜过程中，同步存在沉积和溅射作用，只有目前者超过后者時，才能发生薄膜的沉积

薄膜的形成过程一般分為：凝結过程、核形成与生長过程、岛形成与結合生長过程

薄膜形成与生長的三种模式：层状生長，岛状生長，层状-岛状生長

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。

1.表征溅射特性的参量重要有溅射率、溅射阈、溅射粒子的速度和能量等。

2.溶胶(Sol)是具有液体特性的胶体体系，分散的粒子是固体或者大分子，分散的粒子大小在1～100nm之间。

3．薄膜的组织构造是指它的結晶形态，其构造分為四种类型：无定形构造，多晶构造，纤维构造，单晶构造。

4．气体分子的速度具有很大的分布空间。温度越高、气体分子的相对原子质量越小，分子的平均运动速度越快。

二、解释下列概念

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)从表面射出的現象

气体分子的平均自由程:每个分子在持续两次碰撞之间的旅程称為自由程，其记录平均值：称為平均自由程，

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体現出的压力。

凝結系数：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結的气相原子数与入射到基体表面上总气相原子数之比。

物理气相沉积法：物理气相沉积法(Physicalvapordeposition)是运用某种物理过程，如物质的蒸发或在受到粒子轰击時物质表面原子的溅射等現象，实現物质原子从源物质到薄膜的可控转移的过程

真空蒸发镀膜法:是在真空室内，加热蒸发容器中待形成薄膜的源材料，使其原子或分子从表面汽化逸出，形成蒸气流，入射到固体(称為衬底、基片或基板)表面，凝結形成固态

溅射镀膜法:运用带有电荷的离子在电场加速后具有一定动能的特点，将离子引向欲被溅射的物质作成的靶电极。在离子能量合适的状况下，入射离子在与靶表面原子的碰撞过程中将靶原子溅射出来，这些被溅射出来的原子带有一定的动能，并且会沿着一定的方向射向衬底，从而实現薄膜的沉积。

离化率:离化率是指被电离的原子数占所有蒸发原子数的比例例。是衡量离子镀特性的一种重要指标。

化学气相沉积:是运用气态的先驱反应物，通过原子、分子间化学反应的途径生成固态薄膜的技术。

物理气相沉积：是运用某种物理过程，如物质的蒸发或在受到离子轰击時物质表面原子溅射的現象，实現物质原子从源物质到薄膜的可控转移过程。

溅射阈值:溅射阈值是指使靶材原子发生溅射的入射离子所必须具有的最小能量。

薄膜材料：采用特殊工艺，在体材表面上，一层或多层，厚度為一种或几十个原子层，性质不一样于体材表面的特质层。

气体平均自由程：指气体分子在两次碰撞的间隔時间里走过的平均距离。

等离子体的鞘层电位：电子与离子具有不一样的速度的一种直接后果就是形成所谓的等离子体鞘层电位，既相对于等离子体，任何位于等离子体中或其附近的物体都将会自动地处在一种负电位，并且在其表面伴有正电荷的积累。

5.薄膜的外延生長：在完整的单晶存底上延续生長单晶薄膜的措施称為外延生長。

6.气体分子的通量：单位時间，气体分子在单位表面积上碰撞分子的频率。

7.磁控溅射：通过引入磁场，运用磁场对带电粒子的束缚作用来提高溅射效率和沉积速率的溅射措施称為磁控溅射。

8.真空规：真空测量用的元件称為真空规。

三、回答问題

1、真空的概念怎样表达真空程度，為何說真空是薄膜制备的基础

在給定的空间内，气体的压强低于一种大气压的状态，称為真空

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；形成一种分子层所需的時间等

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。它們均规定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長，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。同步，离子在阴极上溅射的同步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通过诸多次碰撞，因而其能量较高，这有助于提供沉积時原子的扩散能力，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减少，这不利于薄膜组织的致密化

溅射法镀膜的沉积速率将会伴随气压的变化出現一种极大值

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為沉积过程的源物质

(2)源物质通过物理过程而进入气相