青岛大学薄膜物理复习重点.ppt
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第一章真空技术基础真空:指低于一个大气压的气体状态。
托(Torr) =1/760atm = 133.322Pa对真空的划分:1、粗真空:105-102Pa特性和大气差异不大,目的为获得压力差,不要求改变空间性质,真空浸渍工艺2、低真空:102-10-1Pa 1016~1013个/cm3动力学性质明显,粘滞流状态→分子流状态,对流消失,气体导电,真空热处理,真空冷冻脱水3、高真空:10-1-10-6Pa 1013~1010个/cm3气体分子自由程大于容器线度,直线飞行,热传导和内摩擦性质与压强无关,蒸镀4、超高真空:<10-6Pa分子间碰撞极少,主要用途:得到纯净的气体,获得纯净的固体表面真空的获得:真空系统包括真空室、真空泵、真空计以及必要的管道、阀门和其他附属设备。
真空的测量热偶真空计:是利用低气压强下气体的热传导与压强有关的原理制成的真空计。
散热与气体压强相关加热丝的温度与气体压强相关用热偶测量加热丝的温度 压强20 ~10-3Torr热阻真空计:散热与气体压强相关加热丝的温度与气体压强相关加热丝的电阻与温度相关用平衡电桥测量加热丝的电阻 压强电离真空计:是利用气体分子电离的原理来测量真空度。
电离真空计用于高真空的测量热丝发射热电子热电子加速并电离气体,离子被离子收集极收集形成电流电流与压强成正比1 x 10-9 Torr to 10-11 Torr第二章真空蒸发镀膜法真空蒸发镀膜法(简称真空蒸镀)是在真空室中,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,形成蒸气流,入射到基片表面,凝结形成固态薄膜的方法。
基本过程:(1)加热蒸发过程,凝聚相→气相该阶段的主要作用因素:饱和蒸气压(2)输运过程,气化原子或分子在蒸发源与基片之间的输运该阶段的主要作用因素:分子的平均自由程(工作气压),源—基距(3)基片表面的淀积过程,气相→固相凝聚→成核→核生长→连续薄膜饱和蒸气压:在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出的压力称为该物质的饱和蒸气压。
第一章最可几速率:根据麦克斯韦速率分布规律,可以从理论上推得分子速率在m v 处有极大值,m v 称为最可几速率M RT M RT m kT 41.122==,Vm 速度分布 平均速度:M RT m RT m kT 59.188==ππ,分子运动平均距离 均方根速度:M RT M RT m kT 73.133==平均动能真空的划分:粗真空、低真空、高真空、超高真空。
真空计:利用低压强气体的热传导和压强有关; (热偶真空计)利用气体分子电离;(电离真空计)真空泵:机械泵、扩散泵、分子泵、罗茨泵机械泵:利用机械力压缩和排除气体扩散泵:利用被抽气体向蒸气流扩散的想象来实现排气作用分子泵:前级泵利用动量传输把排气口的气体分子带走获得真空。
平均自由程:每个分子在连续两次碰撞之间的路程称为自由程;其统计平均值成为平均自由程。
常用压强单位的换算 1Torr=133.322 Pa 1 Pa=7.5×10-3 Torr1 mba=100Pa 1atm=1.013*100000Pa真空区域的划分、真空计、各种真空泵粗真空 1×105 to 1×102 Pa 低真空 1×102 to 1×10-1 Pa 高真空 1×10-1 to 1×10-6 Pa 超高真空 <1×10-6 Pa旋转式机械真空泵油扩散泵复合分子泵属于气体传输泵,即通过气体吸入并排出真空泵从而达到排气的目的分子筛吸附泵钛升华泵溅射离子泵低温泵属于气体捕获泵,即通过各种吸气材料特有的吸气作用将被抽气体吸除,以达到所需真空。
不需要油作为介质,又称为无油泵绝对真空计:U 型压力计、压缩式真空计相对真空计:放电真空计、热传导真空计、电离真空计机械泵、扩散泵、分子泵的工作原理,真空计的工作原理第二章1.什么是饱和蒸气压?蒸发温度?饱和蒸气压:在一定温度下,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出的压力蒸发温度:物质在饱和蒸气压为10-2托时的温度。
1. 真空环境的划分:①低真空(> 102Pa );②中真空(102 —10-1Pa );③高真空(10-1—10-5Pa );④超高真空(< 10-5Pa )真空蒸发沉积:高真空和超高真空(<10-3 Pa )溅射沉积:中、高真空(10-2—10Pa )低压化学气相沉积:中、低真空(10—100Pa )电子显微分析:高真空材料表面分析:超高真空2. 为了获得高真空蒸发系统,通常采用旋片式机械泵和涡轮分子泵两级真空泵联用,其中与真空室直接相连的是涡轮分子泵。
真空泵的原理和适用范围:① 旋片式机械真空泵(输运式真空泵):依靠安置在偏心转子中的可以滑进滑出的旋片将气体隔离、压缩,然后排出泵体之外。
>10-1Pa② 涡轮分子泵(输运式真空泵):高速旋转的叶片将动量传给气体分子,并使其向特定方向运动。
10-8—1Pa③ 溅射离子泵(捕获式真空泵):高压下电离的气体分子撞击Ti 阴极,溅射出大量活性很高的Ti 原子,以吸附或化学反应的形式捕获大量气体分子。
10-8—10-5Pa 真空规测量气压的范围:① 热偶真空规和皮拉尼真空规(相对真空计) 10-2—102Pa② 电离真空规(相对真空计) 10-7—10-2Pa③ 薄膜真空规(绝对真空计) 10-3—105Pa3. 气体流动状态的划分:(克努森准数λDKn ,D 是气体容器的尺寸,λ是平均自由程)①分子流状态(Kn<1);②过渡状态(Kn =1—100);③粘滞流状态(Kn>100)4. 概念。
平均自由程:气体分子在两次碰撞的间隔时间里走过的平均距离。
通量:气体分子对于单位面积表面的碰撞频率。
流导:真空管路中气体的通过能力。
平衡蒸气压:一定温度下,蒸发气体与凝聚相平衡过程中所呈现的压力。
形核率:单位面积上,单位时间内形成的临界核心的数目。
化学气相淀积:利用气态先驱反应物,通过原子、分子间化学反应的途径生成固态薄膜。
薄膜物理复习资料薄膜为什么受到重视?1,薄膜物理是物理学(特别是固体物理学)的重要分⽀,发展形成⾃⼰的体系--理论与实验(2)薄膜材料具有⼴泛的电、光、声、热、磁等应⽤场合许多制品(⼑具、容器、管道、板材等)主要决定于其表层特性⽽不是整体特性/ 电⼦元器件(微电⼦、光电⼦)是建⽴在发展于表⾯或表⾯近层的物理效应基础上/ 微电⼦器件、固体电⼦器件提⾼性能、⼩型化的关键—相关薄膜材料的制备和研究(3)薄膜具有许多明显不同于块材料的特性,如晶体结构多为⾮晶态、亚稳态等, 这些特性称为反常结构与特性—为薄膜所特有(值得研究和利⽤)/不仅是材料学研究的重要领域,也为发展新型功能材料开辟了⼴阔途径。
(⾮平衡冶⾦、⾮晶态⽣长、超微细结构、纳⽶材料…….)(4)薄膜材料是现代材料科学发展最迅速的⼀个分⽀。
现在科学技术的发展,特别是微电⼦技术的发展,打破了过去体材料的⼀统天下。
过去需要众多材料组合才能实现的功能,现在仅仅需要少数⼏个器件或者⼀块集成电路板就可以完成。
⽽薄膜技术正是实现器件和系统微型化的最有效的技术⼿段。
(5)器件的微⼩型化不仅可以保持器件原有的功能,⽽且可以使之更强化,随着器件的尺⼨减⼩以⾄于接近电⼦或其他离⼦量⼦化运动的微观尺度,薄膜材料或其器件讲显⽰出许多全新的物理现象。
薄膜技术作为器件微型化的关键技术,是制备这类具有新型功能器件的有效⼿段。
(6)每种材料的性能都有其局限性。
薄膜技术作为材料制备的有效⼿段,可以将各种不同的材料灵活地组合在⼀起,构成具有友谊特性的复杂材料体系,发挥每种材料各⾃的优势,避免单⼀材料的局限性。
薄膜(thin film):由物理⽓相沉积(PVD)、化学⽓相沉积(CVD)、溶液镀膜法等薄膜技术制备的薄层。
●厚膜(thick film):由涂覆在基板表⾯的悬浮液、膏状物经⼲燥、煅烧⽽形成。
薄膜材料的特点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.可实⾏多层膜复合,如超晶格。