薄膜知识点汇总参考资料
11页1、第一章1真空的定义及其度量单位概念:利用外力将一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、稀薄的气体状态。目前标准大气压定义:0摄氏度时,水银密度13.59509g/cm?,重力加速度980.665cm/S时,760 mm水银柱所产生的压强为1标准大气压。561atm=1.01*10 Pa=760Torr=1.0133*10 微巴低真空105-10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改变空间的性质。中真空102-10-1中真空,气体分子密度与大气状态有很大差别。气体分子的流 动从黏滞流状态向分子状态过渡,气体对流现象消失。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 子流动为分子流,分子与容器壁碰撞为主,在此真空下蒸发材料,粒子将按直 线飞行。(拉制单晶、表面镀膜、电子管生产)超高真空10-5-10-9 气体分
2、子数更少,几乎不存在分子间碰撞,此时气体分子 在固体表面上是以吸附停留为主。入射固体表面的分子数达到单分子层需要的 时间也较长,可以获得纯净表面。(薄膜沉积、表面分析)极高真空 10-9气体分子入射固体表面的频率已经很低,可以保持表面洁净。 适合分子尺寸加工及纳米科学的研究。理想气体状态方程:P = nkTpv 二 rtM1.最可几速率讨论速度分布2. 平均速率计算分子运动平均距离Va =8kT8RT71mVr2每个气体分子在与其它气体分子连续 自由程。2次碰撞之间运动经历的路程称为分子3均方根速率计算分子平均动能厅分子直径;n-分子密度入射频率:入射频率v (入射通量或碰撞次数):单位时间,在单位面积的器壁 上发生碰撞的气体分子数。3真空在薄膜制备中的作用 1)避免被蒸发分子或原子与气体分子发生碰撞;(2)避免被蒸发分子或原子与气体分子发生反应 4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)II优、缺点:结构简单、工作可靠;有油污染的 题。油扩散泵工作原理:1)将真空油加热
3、到高温蒸发状态(约 200C);2)让油蒸汽分多级向下定向高速喷出;3)大量油滴通过撞击将动能传递给气体分子;4)气体分子向排气口方向运动,并在动压作用下排出泵体;5)油气雾滴飞向低温介质冷却的泵体外壁,被冷却凝结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.涡轮分子泵工作原理:1)泵内交错布置转向不同的多级转子和定子;2)转子叶片以20k60k r/min的高速旋转;3)叶片通过碰撞将动能不断传递给气体分子;4)气体分子被赋予动能后被逐级压缩排出。低温吸附泵工作原理:利用20K以下的超低温表面来凝聚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 Pa。缺点:1)属于捕获泵的一种,使用要求高,需要外加冷源 .溅射离子泵工作原理:依靠高压阴极发射出的高速电子与残余气体分子相互碰撞后引起气体 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应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。5真空的测量热偶真空计工作
4、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1. CVD法制备薄膜过程描述(四个阶段)(1)反应气体向基片表面扩散;(2)反应气体吸附于基片表面;(3)在基片表面发生化学反应;(4)在基片表面产生的气相副产物脱离表面,向空间扩散或被抽气系统抽走;基片表面留下不挥发的固相反应产物-薄膜。2最常见的几种CVD反应类型有:热分解反应(吸热反应)、化学合成反应、还 原反应、氧化反应、歧化反应(对具有多种气态化合物的气体,可在一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)3. 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)组分易于控制,易获得理想化学计量比,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);4)沉积温度高、薄膜致密、结晶完整、表面平滑、内部残余应力低;5)沉积绕射性好,可在复杂不规则表面(深孔、大台阶)沉积; 主要缺点:1)沉积温度高,热影响
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