薄膜物理复习.docx

第一章


普适气体常数:R=-1K-1 平均平动动能
波尔兹蔓常数 k=R/NA=´10-23JK-1)
分子平均自由程
气体分子的平均自由程:一个气体分子在两次碰撞之间的平均距离
n : 单位体积内的分子数; d : 气体分子的直径
气体分子的通量
单位面积上气体分子的碰撞频率,即单位面积上气体分子的通量

真空度分区
真空度:表示气体的势波强度,一个相对外界的概念,是一种不存在任何物质的空间状态。
真空度可分为:
低真空: ³≧102Pa 工业应用(包装)
中真空: 102~10-1Pa CVD沉积技术
高真空: 10-1~10-5Pa 溅射沉积技术(pvd法)
超高真空:£ 10-5Pa 原子表面和界面分析
真空泵(了解输运方式和捕获式泵的工作压力范围)
输运式:采用对气体进行压缩的方式将气体分子输送至真空系统之外
捕获式:依靠在真空系统内凝集或吸附气体分子的方式将气体分子捕获,排除于真空系统之外。(机械泵,罗茨泵等低级泵获得的真空范围,前者1Pa后者10-3Pa;涡轮分子泵(10-8Pa),油扩散泵(10-5Pa)等高级泵获得高真空,)
真空规(热偶、电离)
(1)热偶规工作原理: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。
测量范围:热偶规 -100Pa;特点与使用:都属低真空测量。
(2)电离真空规工作原理:它由阴极,阳极和离子收集极组成,热阴极发射电子飞向阳极的过程中,使气体分子电离,并被离子收集极收集形成电流,根据离子电流测出气体压强。
测量范围: 10-9 - 1Pa (10-3 Pa相当于薄膜位移为一个原子尺寸大小)
特点与使用:属高真空和超高真空测量,通常与热偶规同时使用
作业题
1. 什么是真空?列出最常见的真空单位?并描述 4种真空范围
2、什么是平均自由程?为什么它很重要?
3、描述两种类型的初级泵
4、描述两种类型的高级真空泵
5、涡轮分子泵最常见的失败原因是什么?
(1)突然将泵暴露于大气之下,涡轮叶片弯曲并互相碰撞, 导致极大的失败。
(2)涡轮泵的回转轴是精密平衡的,所以在使用过程中严禁移动或冲撞。
6、描述测量高、低真空的电离规和热偶规
´10-4Pa的高真空系统,需要哪些真空泵、测试元件和阀门(3个阀),画出系统框图,并描述获得该真空的操作过程
高真空系统
系统组成:真空室;分子泵或油扩散泵; 机械泵;热偶电离复合规
应用:溅射沉积和蒸发等镀膜系统
获得高真空的操作流程:开抽低真空的机械泵=》开低真空阀=》用热耦规测量,当抽到10Pa以下时关闭低真空阀=》打开预真空阀=》开启分子泵,开启高真空阀=》用电离规测量,当抽到要求的真空度时关闭高真空阀=》关闭分子泵=》关闭预真空阀=》关闭机械泵。
第二章PVD-蒸发

净蒸发速度(参数了解)和表面质量蒸发速度
在一定温度下,每种液体或固体物质都具有特定的平衡蒸汽压。当被蒸发物质的分气压降低到了它的平衡蒸汽压以下,才可能有物质的净蒸发。单位源物质表面上物质的净蒸发速率为:
单位物质表面的质量蒸发速度
a为介于0~1之间的系数, pe为平衡蒸汽压,ph为实际分气压。
薄膜沉积均匀性(点源、面源)
对点蒸发源,衬底上沉积的原子质量密度为:
q是衬底表面法线与空间角方向间的偏离角度
薄膜的沉积速率与衬底到蒸发源的距离r的平方成反比,并与衬底和蒸发源之间的夹角q有关。当q=0,r较小时,沉积速率较大。
克努森盒为开一小口的蒸发坩埚,可视为面蒸发源,衬底上沉积的原子质量密度为:
为了提高蒸发沉积的均匀性,应采取如下的衬底放置方式: 此时
真空度/沉积速度与薄膜纯度的关系
在蒸发沉积时,薄膜的纯度将取决于:
(1)蒸发源物质的纯度;
(2)加热装置、坩埚等可能造成的污染;
(3)真空系统中残留的气体。
沉积物质中杂质的含量与残余气体的压强成正比,与薄膜的沉积速度s成反比
2蒸发装置
电阻式、电子束、激光
电阻式加热蒸发:
普通电阻加热:利用一些高熔点、低蒸气压的金属(W,Mo, Ta等)制成各种形状的加热器;一方面作为加热,同时支撑被加热的物质。
加热装置的分类和特点:
(1)丝状(-),蒸发物润湿电阻丝,通过表面张力得到支撑。只能蒸发金属或合金;有限的蒸发材料被蒸发;蒸发材料必须润湿加热丝;加热丝容易变脆。
(2)凹箔:蒸发源为粉末。
(3)锥形丝筐蒸发小块电介质或金属。
缺点
(1)加热装置与蒸发物会反应
(2)难以蒸发电介质材料(Al2O3,