1、本資料僅限于中科大材料系研究生同學使用，禁止一切摘抄、翻錄、復印等行為。 孫兆威 2016年6月9日1. Z在抽真空的過程中，在不同真空度下腔體內的主要氣體成分。壓強（torr）主要氣載AtmWet Air10-3Water Vapor（75%-85%）10-6H2O，CO10-9H2O，CO，H210-10CO，H210-11H22. 管道的設計與連接對抽真空效率的影響，檢漏方法抽氣效率：為保持系統真空度而需要的抽速，取決于真空元件的總流導（一般指導管、閥門、擋板真空系統中的常見元件），使得真空泵的實際抽速S永遠小于理論抽速Sp：同時，極限真空度會受到被抽容器（真空器）的體積及漏氣、放氣的影

2、響，公式為因此，要保證抽真空效率，就要減少真空元件總流導和系統的漏氣放氣。總流導C：，因此，在允許范圍內增大各個元件流導即可增加系統總流導。對閥門，C=11.7A，對導管，C=12.2D3/L，因此，選用口徑較大的閥門，盡量減少導管的長度，增加導管直徑可以相應增大總流導。裝置放氣：是指在常溫或高溫下真空裝置自身的飽和蒸汽、某些內表面存在的污垢、聯結裝置中存在的殘余空氣，這些氣體會對極限真空度造成影響，因此必須在組裝裝置時選用飽和蒸汽壓盡可能低、且高溫穩定性理想的元件材料，減少需要連接的部位，盡可能清潔裝置的內表面。裝置漏氣：裝置漏氣存在兩種情況，一是空氣通過裝置器壁滲透；二是裝置存在漏氣部位。

3、第二種情況是必須盡量克服的，同樣是通過減少連接部分，使用氣密性高、熱變形小的材料。常見檢漏方法：1. rate-of-rise 檢測2. He質譜漏氣檢測3. He氣+真空計檢測4. RGA檢測檢漏部位：檢漏儀與系統的連接處；過去經常出問題的元器件；經常沿著密封表面運動的密封件；閥門的動密封；旋轉部件的動密封；艙門的密封；波紋管軸的密封；真空官道上的柔性連接； 螺紋連接處；靜密封，如觀察窗，引線端；焊點（特別是釬焊的焊點）；3. 估計常見晶體不同面的表面能100110111SC123FCC463BCC426HCP366 0001 1100 1120自己計算即可，不會來問我4. 表面擴散的幾種機

4、制表面擴散：是指原子在固體表面上由一個表面位置向另一個位置移動。機制有兩種：1. 增原子遷移和替換2. 表面空位遷移表面擴散的原子理論：表面擴散主要是增原子的遷移和表面空位遷移。具體采用哪種機制則看那種機制的擴散激活能（Ef和Em）小5. 擴散生長的薄膜厚度與時間的關系反應擴散生成中間相薄膜，單位時間內從a相流入界面的A物質，單位時間內從界面流入相的A物質，A物質守恒，陰影部分面積相等 6. 推導襯底上異相形核的臨界尺寸和形核功7. Gibbs-Curie-Wulff公式的應用Gibbs-Curie-Wulff定律的基本含義是晶體生長最小表面能原理出發，可得知晶面的線性生長速率與該晶面的比表面

5、能成正比，晶體最終保留下來的晶面是面網密度大的晶面。Gibbs-Curie-Wulff公式(晶體平衡形態中心到表面的距離與該表面表面能的比值為常數)此處應有一負號 8. 判斷起始沉積狀況的分類薄膜的起始沉積過程是襯底上增原子數迅速增加直到飽和的階段，它對以后的成核長大有很大的影響，可以根據起始過程中再蒸發的難易程度和沉積原子能夠相遇結合起來的程度把薄膜生長過程區分為三類。在沉積的起始過程中，襯底上已有許多原子同時擴散，對每個原子的駐留時間，都可以引入一個俘獲面積ma,或俘獲半徑Ra,在此范圍內后來到達的原子均會被這個原子俘獲而成核。按起始沉積過程中再蒸發的難易程度和沉積原子能夠相遇結合起來的程

6、度區分為三類: 起始完全沉積狀態 俘獲位置ma之和2N09. 蒸發沉積膜厚均勻性的問題點源和面源的比較： 1) 兩種源的相對膜厚分布的均勻性都不理想；2) 點源的膜厚分布稍均勻些；3) 在相同條件下，面源的中心膜厚為點源的4倍；4) 點源的浪費比較嚴重些。10. 磁控濺射的原理和優缺點，反應濺射沉積隨輸入氣體的量，各種沉積參數的變化原理：電子在電場E的作用下，在飛向基片過程中與氬原子發生碰撞，使其電離產生出Ar正離子和新的電子；新電子飛向基片，Ar離子在電場作用下加速飛向陰極靶，并以高能量轟擊靶表面，使靶材發生濺射。在濺射粒子中，中性的靶原子或分子沉積在基片上形成薄膜，而產生的二次電子會受到電

7、場和磁場作用，產生E（電場）×B（磁場）所指的方向漂移，簡稱E×B漂移，其運動軌跡近似于一條擺線。若為環形磁場，則電子就以近似擺線形式在靶表面做圓周運動，在靠近靶表面的等離子體區域內電離出大量的Ar 來轟擊靶材，從而實現了高的沉積速率。隨著碰撞次數的增加，二次電子的能量消耗殆盡，逐漸遠離靶表面，并在電場E的作用下最終沉積在基片上。優點：1.二次電子以園滾線的形式在靶上循環運動，路程足夠長，電子使原子電離的機會增加。2.提高了電離效率，工作氣壓可降低到10-3-10-4 Torr，減少了工作氣體與濺射原子的散射作用，提高了沉積速率。3.高密度等離子體被電磁場束縛在靶面附近，不

8、與基片接觸。這樣，電離產生的正離子能有效地轟擊靶面；基片又免受等離子體地轟擊，制膜過程中溫升較小。有效地解決了直流濺射中基片溫升高和濺射速率低兩大難題缺點：不能實現強磁性材料的低溫高速濺射用絕緣材料的靶會使基板溫度上升靶材的利用率低(10%-30%)，靶表面不均勻濺射反應性磁控濺射中的電弧問題膜的均勻性靶的非均勻腐蝕及內應力顆粒（重濺射）反應濺射沉積：穩態時靶上化合物濺射速率與形成速率相等：靶的消耗速率：穩態時襯底上化合物生成速率與被金屬覆蓋速率相等：輸入氣體總量：反應氣體分壓Pr，濺射率R等與輸入氣體量的關系11. 離子鍍的原理及優缺點原理：蒸發源接陽極，工件接陰極，當通以高壓直流電以后，蒸

9、發源與工件之間產生弧光放電。真空罩內充有惰性氬氣，在放電電場作用下部分氬氣被電離，從而在陰極工件周圍形成一等離子暗區。帶正電荷的氬離子受陰極負高壓的吸引，猛烈地轟擊工件表面，致使工件表層粒子和臟物被轟濺拋出，從而使工件待鍍表面得到了充分的離子轟擊清洗。隨后，接通蒸發源交流電源，蒸發料粒子熔化蒸發，進入輝光放電區并被電離。帶正電荷的蒸發料離子，在陰極吸引下，隨同氬離子一同沖向工件，當鍍于工件表面上的蒸發料離子超過濺失離子的數量時，則逐漸堆積形成一層牢固粘附于工件表面的鍍層。優點：離子轟擊襯底，起到清洗作用；界面形成偽擴散層，與基片結合良好；可通過電壓對沉積束團進行控制；在低溫下可實現外延生長，且

10、避免高溫引起的擴散；電場引導離子運動，提高了繞射性；有利于形成化合物膜層，可鍍材料范圍廣；致密，結晶性好；沉積速率離子鍍的粒子繞射性提高薄膜對于復雜外形表面的覆蓋能力。缺點：1. 目前設備的容量仍然較小，難以加工大型零件；2. 高能離子和中性粒子的轟擊，使沉積薄膜中的缺陷大量增加，同時薄膜與基片的過渡界面層較寬；3. 轟擊粒子動量大，基片溫度高4. 沉積薄膜中含氣量較高，除了吸附在薄膜表面，部分氬離子可能進入薄膜內部。12. 化學氣相沉積所選用的化學反應的特點化學氣相淀積所用的反應體系要符合的基本要求：a.能夠形成所需要的材料淀積層或材料層的組合，其它反應產物均易揮發（需要作CVD相圖）；b.

11、反應劑在室溫下最好是氣態，或在不太高的溫度下有相當的蒸氣壓，且容易獲得高純品；c.在沉積溫度下，沉積物和襯底的蒸汽壓要足夠低；d.沉積裝置簡單，操作方便工藝上重復性好，適于批量生產，成本低廉主要反應類型：熱分解反應、還原反應、氧化反應、反映沉積、歧化反應、可逆反應。13. CVD生長薄膜的不同控制因素1） 沉積溫度：是影響薄膜質量的重要因素，而每種薄膜材料都有自己最佳的沉積溫度范圍。在一般情況下，化學氣相沉積速度將隨溫度升高而加快。但對某些正反應（沉積反應）為放熱反應而逆反應（刻蝕反應）為吸熱反應的體系，沉積凈速率隨溫度先升后降。還有某些極端情況，如沉積原子的升華激活能較低，升溫過程中沉積速率

12、和升華速率都升高，這種情況需要特別設定參數。Ks小，低溫，反應過程由較為緩慢的表面反應控制，即表面反應控制沉積過程，沉積反應速率慢。Ks大，反應物擴散慢，基底上方反應物貧化，為擴散控制沉積過程。其中，ks隨T的變化速率遠高于D和。另一方面，裝置內的溫度分布，會對擴散系數D造成影響（此處需要寫明D與D0的一般關系式，大家都會的），繼而影響到沉積膜均勻性。結合公式：明顯能得出結論，即薄膜原子沉積速率隨進氣口距離增大指數下降，為了控制氣體宏觀流量變化對薄膜均勻性的影響，應盡量將溫度設置為梯度變化。（從公式中也可出氣體流速v和裝置直徑b的影響，應在限定范圍內盡量提高這兩個參數）2） 沉積室壓力：沉積室

13、壓力與化學反應過程密切相關。壓力會影響沉積室內熱量、質量及動量傳輸，因此影響沉積速率、薄膜質量和薄膜厚度的均勻性。在常壓水平反應室內，氣體流動狀態可以認為是層流；而在負壓立式反應室內，由于氣體擴散增強，反應生成物廢氣能盡快排出，可獲得組織致密、質量好的薄膜，更適合大批量生產。3） 反應氣體分壓：是決定薄膜質量的重要因素之一，它直接影響薄膜成核、生長、沉積速率、組織結構和成分。對于沉積碳化物、氮化物薄膜，通入金屬鹵化物的量（如TiCl4），應適當高于化學當量計算值，這對獲得高質量薄膜是很重要的。4） 基片的放置角度，可以相對改變溫度分布，以及氣流形式（如局部湍流），從而改變沉積生長速率或均勻性等參數。14. 異質外延生長的晶格匹配和失配位錯的產生異質外延生長所得薄膜與基片的相界面存在兩種可能：1. 共格相界面兩側的晶體具有完全確定的位向關系, 一側的原子面和另一側的原子面可以取向不同或有扭折, 但可以逐一對應和過渡。2. 部分共格界面, 界面兩側晶粒取向雖有確定的取向關系, 但界面兩側的原子面已無逐一對應和過渡的關系，或者說二者的點陣常數相差較大，因而錯配度f也較大。此時界面上出現一系列刃型失配位錯, 那些多余的半原子面一直插到界面處.第一種情況的界面的界面能（存在一個附加項應