1、一1、定义：真空是指压强低于一个大气压的气体状态。粗真空 105102Pa、低真空 102 10-1Pa、高真空10-1 10-6Pa、超高真空 10-6Pa。 1 Torr=1mmHg 1 Torr=1.33324 102 Pa 1bar=105Pa2、平均自由程：气体分子在连续两次碰撞之间自由通过的路程的统计平均值：3、真空体系包括：真空容器、真空泵、真空计。4、前级泵：能使压力从一个标准大气压开始变小进行排气的泵。次级泵：只能从较低压力抽到更低压力的泵。5、扩散泵：利用被抽气体向蒸汽流扩散的现象来实现排气作用。分子泵：无油系统，易获得 108Torr高真空。机械泵：噪声小，运行速度高。工
2、作过程： 吸气压缩排气。罗茨泵：转子与泵体、转子与转子之间保持一不大的间隙，缝隙不需要润滑和密封。6、1）低真空阶段以机械泵为主（旋转、气体压缩） 2）中、高真空阶段以扩散泵/分子泵为主7、真空的测量：热偶真空计；电离真空计。8、薄膜定义：薄膜是生长在基片之上，厚度在亚微米以下，具有一定功能的材料。9、薄膜特点：（1） 、薄膜材料属于介观范畴，具有量子尺寸效应；（2） 、薄膜表面积与体积之比很大，表面能级很大，对膜内电子输运影响很大；（3） 、薄膜界面态复杂，力学因素和电学因素交相作用，内应力和量子隧穿效应同时存在，对薄膜生长和微结构影响巨大；（4） 、异常结构和非理想化学计量比特性明显；（5
3、） 、可实行多层膜复合，如超晶格。10、制备薄膜为什么需要真空环境：a. 非真空，蒸汽分子不能沿直线运动，不易成膜 b. 非真空，成膜物质与空气中活性分子反应，形成化合物。即生成另外物质，如 Al 膜氧化成 Al2O3c. 非真空，蒸发器（加热器）极易损坏，加热器采用 W.M。Ta 等难熔金属，但由于吸气效应产生脆性（氢脆） ，另外由于生成化合物易损坏。d.非真空，残余气体分子将进入膜层形成缺陷或化合物，影响膜的质量。e.非真空，影响靶材料气化。f.非真空， 改变基片表面状态，影响薄膜生长二1、真空蒸发镀膜法：在真空室中，加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸气
4、流，入射到固体（称为衬底或基片）表面，凝结形成固态薄膜的方法。2、真空蒸发镀膜的三种基本过程：(1)加热蒸发过程：是由凝聚相转变为气相（固相或液相 气相）的相变过程。(2)气化原子或分子在蒸发源与基片之间的输运，即这些粒子在环境气氛中的飞行过程。(3) 蒸发原子或分子在基片表面上的淀积过程，即是蒸气凝聚、成核、核生长、形成连续薄膜。3、真空蒸发镀膜法的优缺点：优点：是设备比较简单、操作容易；制成的薄膜纯 度高、质量好，厚度可较准确控制；成膜速率快、效率高，用掩膜可以获得清晰图形；薄膜的生长机理比较单纯。缺点：不容易获得结晶结构的薄膜，所形成薄膜在基 板上的附着力较小，工艺重复性不够好等。4、饱
5、和蒸汽压：一定温度下，真空室内蒸发物质的蒸气与固体或液体平衡过程中所表现的压力称为该物质的饱和蒸气压。饱和蒸汽压随温度随温度升高而迅速增加。5、常见的蒸发源：点蒸发源、小平面蒸发源。点蒸发源：通常将能够从各个方向蒸发等量材料的微小球状蒸发源称为点蒸发源（简称点源） 。小平面蒸发源：蒸发源的发射特性具有方向性，使在 角方向蒸发的材料质量和 cos 成正比例，即遵从所谓余弦角度分布规律。6、蒸发源类型：电阻蒸发源、电子束蒸发源、高频感应蒸发源 。7、瞬时蒸发法：它是将细小的颗粒，逐次送到非常炽热的蒸发器或坩埚中，使一个一个的颗粒实现瞬间完全蒸发。优点 ：能获得成分均匀的薄膜，可以进行掺杂蒸发等。缺
6、点：是蒸发速率难于控制，且蒸发速率不能太快。三1、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。PdkT22、与真空蒸发镀膜相比，溅射镀膜有如下的优点：（1）任何物质均可以溅射，尤其是高熔点、低蒸汽压元素和化合物。 （2）溅射膜与基板之间的附着性好。 （3）溅射镀膜密度高，针孔少，且膜层的纯度较高。（4）膜层可控性和重复性好。缺点：（1）溅射设备复杂、需要高压装置；（2）溅射淀积的成膜速度低，真空蒸镀淀积速率为 0.15m/min，而溅射速率为 0.010.5m/min；（3）基板温升较高和易受杂质气体影响。3、溅射镀膜的溅射过程是建立在辉光放电基础上。一、直流
7、辉光放电：辉光放电是在真空度约为101Pa 的稀薄气体中，两个电极之间加上电压时产生的一种放电现象。特点：（1）电子和正离子是来源于电子的碰撞和正离子的轰击，即使自然游离源不存在，导电也将继续下去。 （2）维持辉光放电的电压较低，且不变 。 （3）电流的增大与电压无关，只与阴极板上产生辉光的表面积有关。 （4）正常辉光放电的电流密度与阴极材料和气体的种类有关。4、辉光放电图：无光放电(AB 区域 )、汤森放电区（BC 区 ） 、过渡区 （CD 区域 ） 、正常辉光放电区 （DE 区域） 、非正常辉光放电区（ EF 区域） ，特点：电流增大时，两放电极板间电压升高，且阴极电压的大小与电流密度和气
8、体压强有关、弧光放电区（FG 区域 ） 。VB 称为击穿电压。5、辉光放电图：(1)阿斯顿暗区：不能发生激 发和电离。(2)阴极辉光区：辉光是在加速电子碰撞气 体分子后，由于激发态的气体分子衰变和进入该区的离子复合而形成中性原子所造成的。(3)克鲁克斯暗区：在此空间产生大量的正离子，由正离子组成了空间电荷并在该处聚集起来，使该区域电位升高，与阴极形成很大电位差 (阴极压降 ),引起的电场畸变。(4)负辉光区：进入负辉区的电子可分为两类：快电子（数量 少，能量大）和慢电子（数量多，能量小） 。(5)法拉第暗区-大部分电子已在负辉区中经历多次碰撞损失了能量，慢电子不足以引起电离和激发。(6)阳极光
9、柱：在负辉光区与阳极之间，几乎没有电压降。唯一的作用是连接负辉光区和阳极。6、巴邢定律-在气体成分和电极材料一定条件下，起辉电压 V 只与气体 压强 P 和电极距离 d 的乘积有关。7、低频交流辉光放电：在频率低于 50kHz 的交流电压条件下，离子有足够的活动性，且有充分的时间在每个半周期的时间内，在各个电极上建立的直流辉光放电。8、射频辉光放电（530MHz 的射频溅射频率下）：为了溅射沉积绝缘材料，将直流电源换成交流电源后由于交流电源的正负性发生周期交替，当溅射靶处于正半周时，电子流向靶面，中和其表面积累的正电荷，并且积累电子，使其表面呈现负偏压，导致在射频电压的负半周期时吸引正离子轰击
10、靶材，从而实现溅射 。特征：（1）减少了放电对二次电子的依赖，降低了击穿电压（2）溅射材料范围拓宽，可以溅射包括介质材料在内的任何材料9、表征溅射特性的参量主要有溅射阀值、溅射率以及溅射粒子的速度和能量等。10、溅射阀值：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|。主要取决于靶材料，与离子质量无明显依赖关系。11、溅射率：表示正离子轰击靶阴极时，平均每个正离子能从阴极上打出的原子数|。溅射率与入射离子种类、能量、角度及靶材的类型、晶格结构、表面状态、升华热大小等因素有关，单晶靶材还与表面取向有关。12、 溅射原子的能量比蒸发原子的能量大，影响溅射原子的能量的因素：溅射原子的能量与靶材
11、料、入射离子的种类和能量以及溅射原子的方向性有关。溅射原子的能量和速度具有以下几个特点：(1)重元素靶材被溅射出来的原子有较高的逸出能量，而轻元素靶材则有高的原子逸出速度；(2)不同靶材料具有不相同的原子逸出能量 ,溅射率高的靶材料，通常有较低的平均原子逸出能量；(3)在相同的轰击能量下，原子逸出能量随入射离子质量线性增加，轻入射离子溅射出的原子其逸出能量较低，约为 10 ev ，而重入射离子溅射出的原子其逸出能量较大，平均达到3040ev ，与溅射率的情形相类似；（4）溅射原子的平均逸出能量，随入射离子能量增加而增大，当入射离子能量达到 1kev 以上时，平均逸出能量逐渐趋于恒定值；5）在倾
12、斜方向逸出的原子具有较高的能量，这符合溅射的碰撞过程遵循动量和能量守恒定律。13、 溅射过程包括：靶的溅射、逸出粒子的形态、溅射粒子向基片的迁移和在基板上成膜的过程。14、 溅射机理，以下几点结论：（1）溅射率随入射离子的能量增加而增大；而在离子能量增加到一定程度时，由于离子注入效应，溅射率将随之减小；（2）溅射率的大小与入射粒子的质量有关；（3）当入射离子的能量低于某一临界值（阈值）时，不会发生溅射；（4）溅射原子的能量比蒸发原子的大许多倍；（5）入射原子的能量低时，溅射原子角度分布就不完全符合于余弦分布规律。角分布还与入射离子方向有关。从单晶靶溅射出来的原子趋向于集中在晶体密度最大的方向。
13、 （6）因为电子的质量小，所以，即使用具有极高能量的电子轰击靶材时，也不会产生溅射现象。15、 溅射镀膜类型：二级溅射：被溅射的靶（阴极）和成膜的基板及其固定架（阳极）构成了溅射装置的两个极 。因溅射过程发生在阴极，又称阴极溅射。 ；磁控溅射：磁控溅射中引入了正交电磁场，使离化率提高了 56%，于是溅射速率可比三极溅射提高 10 倍左右。 ；反应溅射：在溅射镀膜时，引入某些活性反应气体，来改变或控制淀积特性。四1、离子镀膜技术：是在真空条件下，应用气体放电实现镀膜，即在真空室中使气体或被蒸发物质电离，在气体离子或被蒸发物质离子的轰击下，同时将蒸发物或其反应产物蒸镀在基片上。 优点：具有膜层的附
14、着力强、绕射性好、可镀材料广泛等一系列优点。2、离子镀特点：（1）膜层附着性能好（2）膜层的密度高（通常与大块材料密度相同） 。 （3）绕射性能好。（4）可镀材质范围广泛。 （5）有利于化合物膜层的形成。 （6）淀积速率高，成膜速度快，可镀较厚的膜。3、离化率：是指被电离的原子数占全部蒸发原子数的百分比例。4、溅射清洗作用：此作用可有效地清除基片表面所吸附的气体、各种污染物和氧化物。如入射离子能量高、活性大，还可与基片物质发生化学反应乃至发生化学溅射。5、粒子轰击对薄膜生长的影响：首先是在溅射与淀积混杂的基础上，由于蒸发粒子不断增加，在膜基面形成“伪扩散层” 。其次，离子轰击的表面形貌受到破坏
15、，可能比未破坏的表面提供更多的成核位置，即使在非反应性系统中成核密度也较高。 此外，离子对膜层的轰击作用，对膜的形态和结晶组分等也有影响。内应力受离子轰击的影响也很明显。通常，蒸发薄膜具有张应力，溅射淀积的薄膜具有压应力，离子镀薄膜也具有压应力。6、直流二极型离子镀，特征：其特征是利用二电极间的辉光放电产生离子、并由基板上所加的负偏压对离子加速。7、多阴极型离子镀：是把被镀基片作为阴极(主阴极) ，在其旁侧配置几个热阴极 (多阴极)，利用热阴极发出的电子促进气体电离，实际上是在热阴极与阳极的电压下维持放电。因这种方式可在低气压下维持放电，故可实现低气压下的离子镀。五1、化学气相沉积(CVD：乃
16、是通过化学反应的方式，利用加热、等离子激励或光辐射等各种能源，在反应器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固界面上经化学反应形成固态沉积物的技术。2、CVD 分类： CVD 技术根据淀积温度、反应器内的压力、反应器壁的温度和淀积反应的激活方式可分为：低温、中温、高温 CVD、低压 CVD(LPCVD) 、常压 CVD(APCVD)、热壁方式和冷壁方式 CVD、热激活和等离子体 CVD(HDPCVD)3、化学气象沉积特点：（1） 、既可以制作金属薄膜、非金属薄膜，又可以按照要求制作多成分的合金薄膜。 （2） 、成膜速度可以很快，每分钟可达几个微米甚至达到数百微米。 （3） 、CVD 反应在常压
17、或低真空进行，镀膜的绕射性好，对于形状复杂的表面或工件的深孔、细孔都能均匀镀覆。 （4） 、能得到纯度高、致密性好、残余应力小、结晶良好的薄膜镀层。 （5） 、由于薄膜生长的温度比镀膜材料的熔点低得多，由此可以得到纯度高、结晶完全的膜层，这是有些半导体膜层所必须的。 （6） 、CVD 法可获得平滑的沉积表面。 （7） 、辐射损伤低。主要缺点：反应温度太高，一般要再 1000 摄氏度左右，使许多基体材料都耐受不住 CVD 高温，因此限制了它的用途范围。六1、溶液镀膜法：是指在溶液中利用化学反应或电化学反应等化学方法在基板表面沉积薄膜的一种技术。2、化学镀：实质上是在还原剂的作用下，是金属盐中的金
18、属离子还原成原子状态并沉积在基板表面上，从而获得镀层的一种方法，又称为无电源电镀。3、化学镀与化学沉积法的相同点与区别：它们同属于不通电而靠化学反应沉积金属的镀膜方法。区别：化学镀的还原反应必须在催化剂的作用下才能进行，且沉积反应只发生在镀件的表面上，而化学沉积法的还原反应却是在整个溶液中均匀发生的，只有一部分金属镀在镀件上，大部分则成为金属粉末沉淀下来。4、自催化化学镀优点：（1） 、可在复杂的镀件表面形成均匀的镀层。 （2） 、镀层的孔隙率比较低（3） 、可直接在塑料、陶瓷、玻璃灯非导体上进行沉积镀膜。 （4） 、镀层具有特殊的物理、化学性质。 （5） 、不需要电源，没有导电电极。5、溶胶
19、凝胶法步骤：（1） 、将前驱物溶于合适的溶液中成为溶胶镀液。 （2） 、采用浸渍、离心甩胶、或喷涂的方法涂在基体表面，形成溶胶膜。 （3） 、液态的溶胶膜经过干燥脱水生成凝胶膜。 （4） 、经过热处理和晶化处理然后形成固体薄膜。6、阳极氧化法：在电解液中，使铝、镁等金属或者合金作阳极，并加上一定的直流电压，利用电化学反应在阳极金属表面形成氧化物薄膜的方法。7、电镀法：在含有被镀金属离子的水溶液中通过直流电，使得正离子在阴极上放电，得到金属薄膜。8、LB 膜的制备：利用分子表面活性在水-气界面上形成凝结膜，并将该膜逐次转移到固体基板上，形成单层或多层膜。七1、薄膜形成的过程：一般分为凝结过程、核
20、形成与生长过程、岛形成过程与结合生长过程。2、凝结过程：是从蒸发源中被蒸发的气相原子、离子或分子入射到基体表面之后，从气相到吸附相，再到凝结相的一个相变过程。3、悬挂键：表面原子或者分子间的结合化学键中断，这种中断的化学键成为不饱和键或者悬挂键。4、吸附：入射到基片表面的气相原子被这种悬挂键吸住的现象就叫做吸附。物理吸附：吸附仅仅是由于原子的电偶极距之间的范德华力起作用。化学吸附：靠化学键的结合作用。5、表面自由能：固体表面的这种特殊形态使它具有一种过量的能量成为表面自由能。6、吸附能：伴随着吸附作用所释放出来的能量成为吸附能。7、解吸能：除掉被吸附气相原子的能量成为解吸能。8、气相原子到达基
21、片表面之后可能发生的三种现象：（1）、与基体表面原子进行能量交换被吸附；（2）、吸附后气相原子仍有较大的解吸能，在基体表面作短暂停留后再解吸蒸发（再蒸发或二次蒸发；（3）、与基体表面不进行能量交换，入射到基体表面上立即发射回去。9、吸附过程能量曲线图解：若入射的气相原子动能较小，处于物理吸附状态，其吸附能用 Qp 表示。当这种气相原子动能较大但小于或等于激活能 Ea 则可产生化学吸附，这种气相原子所具有的动能必须达到吸附能 Ed 的数量。Ed 和 Ea 的差值 Qc 成为化学吸附热。当气相原子具有的动能大于 Ed 时，它将不被基片表面吸附，通过再蒸发或者解吸而转变为气相。因此 Ed 又叫解吸能
22、。10、在研究凝结过程中通常使用的物理参数：凝结系数、粘附系数、热适应系数。11、凝结系数 c:完全被基片表面所凝结的气相原子数与入射到基片表面上总气相原子之比。粘附系数s：当基片表面上已经存在凝结原子时，再凝结的气相原子数与入射到基片表面上总气相原子数之比。热适应系数 ：表征入射气相原子与基片碰撞时相互交换能量程度的物理量。12、薄膜的形成与生长的三种形式：岛状形式、单层成长形式、层岛结合形式13、常见的核形成理论：热力学界面理论（毛细管现象理论）和原子聚集理论（统计理论）。14、热力学界面理论：将一般气体在固体表面上凝结成微液滴的核形成理论应用到薄膜形成过程中的核形成研究。15、原子聚集理
23、论：将核看成一个大分子聚集体，用聚集体原子间的结合能或聚集体燕子与基体表面原子间的结合能代替热力学自由能。16、岛状薄膜的形成过程四个主要阶段：（1）、岛状阶段：对于岛的形成，可用热力学宏观物理量如表面自由能，也可用微观物理量如结合能来判别。（2)、联并阶段：随着岛不断长大，岛间距离逐渐减小，最后相邻小岛互相联结合并为一个大岛，这就是岛的联并。（3）、沟道阶段：在岛联并之后，新岛进一步生长过程中，它的形状将发生较大的改变，当岛的分布达到临界状态时相互凝结形成一种网状结构。（4）、连续膜阶段：在沟渠和孔洞消除之后，再入射到基体表面上的气相原子便直接吸附在薄膜上，通过联并作用而形成不同结构的薄膜。由此看出，薄膜中晶粒尺寸的大小取决于核或岛联并时的再结晶，而不取决于初始核的密度。17、核形成与生长的物理过程：（1）入射到表面上的气相原子，部分因能量较大而弹性反射出去。部分则吸附在基体表面上。其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扩散迁移，互相碰撞结合成原子对或小原子团并凝结在基体表面上；（3）原子团和其他吸附原子碰撞结合，一旦原子团中的原子数超过其一个临界值，原子团进一步与其他吸附原子碰撞结合形成稳定的原子团；（4）稳定核再捕获其它吸附原子。或者与入射气相原子相结合使它进一步长大成为小岛。
