(完整版)薄膜材料与技术_试题A卷试题_答案

薄膜材料与薄膜技术答案薄膜材料与薄膜技术(答案)第一章真空技术基础1、膜的定义及分类。

答：当固体或液体的一维线性尺度远远小于它的其他二维尺度时，我们将这样的固体或液体称为膜。

通常，膜可分为两类：（1）厚度大于1mm的膜，称为厚膜；（2）厚度小于1mm的膜，称为薄膜。

2、人类所接触的真空大体上可分为哪两种？答：（1）宇宙空间所存在的真空，称之为“自然真空”；（2）人们用真空泵抽调容器中的气体所获得的真空，称之为“人为真空”。

3、何为真空、绝对真空及相对真空？答：不论哪一种类型上的真空，只要在给定空间内，气体压强低于一个大气压的气体状态，均称之为真空。

完全没有气体的空间状态称为绝对真空。

目前，即使采用最先进的真空制备手段所能达到的最低压强下，每立方厘米体积中仍有几百个气体分子。

因此，平时我们所说的真空均指相对真空状态。

4、毫米汞柱和托？答：“毫米汞柱（mmHg）”是人类使用最早、最广泛的压强单位，它是通过直接度量长度来获得真空的大小。

1958 年，为了纪念托里拆利，用“托（Torr）”，代替了毫米汞柱。

1 托就是指在标准状态下，1 毫米汞柱对单位面积上的压力，表示为1Torr=1mmHg。

5、真空区域是如何划分的？答：为了研究真空和实际使用方便，常常根据各压强范围内不同的物理特点，把真空划分为以下几个区域：（1）粗真空：l´105 ~ l´102 Pa，（2）低真空：l´102 ~ 1´10-1Pa，（3）高真空：l´10-1 ~ 1´10-6Pa和（4）超高真空：< 1´10-6Pa。

6、真空各区域的气体分子运动规律。

答：（1）粗真空下，气态空间近似为大气状态，分子仍以热运动为主，分子之间碰撞十分频繁；（2）低真空是气体分子的流动逐渐从黏滞流状态向分子状态过渡，气体分子间和分子与器壁间的碰撞次数差不多；（3）高真空时，气体分子的流动已为分子流，气体分子与容器壁之间的碰撞为主，而且碰撞次数大大减少，在高真空下蒸发的材料，其粒子将沿直线飞行；（4）在超高真空时，气体的分子数目更少，几乎不存在分子间的碰撞，分子与器壁的碰撞机会也更少了。

《薄膜物理与技术》A卷试题参考答案及评分细则一、名词解释：（本题满分20分，每小题5分）1、饱和蒸汽压在一定温度下（1分），真空室内蒸发物质的蒸气与固体或液体平衡过程中（2分）所表现出的压力称为该物质的饱和蒸气压。

（2分）2、溅射是指荷能粒子轰击固体物质表面（靶），（1分）并在碰撞过程中发生动能与动量的转移，（2分）从而将物质表面原子或分子激发出来的过程。

（2分）3、化学气相沉积把含有构成薄膜元素的一种或几种化合物的单质气体供给基片（2分），利用热、等离子体、紫外线、激光、微波等各种能源（2分），使气态物质经化学反应形成固态薄膜。

（1分）。

4、外延生长外延生长技术就是在一块半导体单晶片上（2分）沿着单晶片的结晶轴方向生长（2分）一层所需要的薄单晶层。

（1分）二、简答题：（本题满分80分）1、什么叫真空？写出真空区域的划分及对应的真空度（10分）答：真空是指低于一个大气压的气体空间。

（2分）对真空的划分：1）粗真空：105－102Pa；（2分）2）低真空：102－10-1Pa；（2分）3）高真空：10-1－10-6Pa；（2分）4）超高真空：＜10-6Pa。

（2分）2、什么是真空蒸发镀膜法？其基本过程有哪些？（10分）答：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（2分），形成蒸气流，入射到基片表面，凝结形成固态薄膜的方法。

（2分）其基本过程包括：（1）加热蒸发过程。

包括凝聚相转变为气相的相变过程。

（2分）（2）输运过程，气化原子或分子在蒸发源与基片之间的输运。

（2分）（3）蒸发原子或分子在基片表面的淀积过程，即使蒸气凝聚、成核、核生长、形成连续薄膜。

（2分）3、简述磁控溅射的工作原理。

（10分）答：磁控溅射的工作原理是：电子e在电场E作用下，在飞向基板过程中与氩原子发生碰撞，使其电离出Ar＋和一个新的电子e，电子飞向基片，Ar＋在电场作用下加速飞向阴极靶，（2分）并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。

《薄膜材料及其制备技术》试题——材料科学与工程学院20XX 级研究生1， 在T=291K 时，水的表面张力系数（或表面能）10.073N m s -=?，63118.01610v m mol a --=醋，如果水滴半径810r m -=，请计算此时的蒸汽压'p （用p 表示）以及水滴内外压强差p D 。

（10分）2， 设T 温度下的过饱和蒸气压为'p ，该温度下的饱和蒸气蒸气为p 。

试证明：过饱和气体发生凝聚时，凝聚体单位体积自由能变化为ln('/)B V k T G p p va D =- （v α为凝聚体单个原子或分子的体积）。

（10分）3， 试从微观键能的观点证明：描述浸润问题的Young 方程cos LV SV SL s q s s =- 可以近似写作2cos 2LL LS u u q = （其中，LL u 为单位面积的液相原子之间的键能；LS u 为固-液界面上单位面积的固-液原子之间的键能）。

（10分）4，请论述真空度对成膜质量的影响。

（10分）5，衬底温度（即生长温度）是如何影响薄膜生长模式的？（10分）6，论述晶格失配（既失配应力）与薄膜生长模式的关系。

（10分）7，论述衬底表面对形核难易程度：凹面>平面>凸面。

即凹面处最容易形核，而凸面处最难形核。

（10分）8，试解释层状生长（即二维成核）机理与Step-flow生长机理，并进一步论证高温时薄膜倾向于step-flow生长。

（10分）9，自行查找文献，举例说明一至二种薄膜生长的原位观测或检测手段。

（10分）10，自行查找文献，阐述一至二种薄膜生长技术及其特点，并举例讲述其具体制备薄膜的实例及成膜质量。

（10分）。

薄膜材料与技术考试题及答案解析一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 薄膜材料的厚度一般在什么范围内？A. 1mm以上B. 1μm以上C. 1nm以上D. 1mm以下答案：D2. 下列哪种材料不属于半导体材料？A. 硅B. 锗C. 铜D. 砷化镓答案：C3. 薄膜制备技术中，哪种方法可以用于制备绝缘膜？A. 磁控溅射B. 化学气相沉积C. 物理气相沉积D. 以上都可以答案：D4. 薄膜材料的应力状态可以分为哪两种？A. 压缩应力和拉伸应力B. 表面应力和内部应力C. 热应力和机械应力D. 静态应力和动态应力答案：A5. 薄膜材料的附着力通常通过哪种测试来评估？A. 硬度测试B. 拉伸测试C. 剪切测试D. 弯曲测试答案：C6. 薄膜材料的光学性能不包括以下哪一项？A. 透光率B. 反射率C. 导电性D. 折射率答案：C7. 以下哪种技术常用于制备金属薄膜？A. 电镀B. 热蒸发C. 激光切割D. 化学镀答案：B8. 薄膜材料的表面粗糙度通常用哪种仪器测量？A. 扫描电子显微镜B. 原子力显微镜C. 透射电子显微镜D. 光学显微镜答案：B9. 薄膜材料的热稳定性通常通过哪种测试来评估？A. 热重分析B. 差示扫描量热法C. 热膨胀系数测试D. 以上都可以答案：D10. 薄膜材料的电导率与哪些因素有关？A. 材料类型B. 厚度C. 表面处理D. 以上都是答案：D二、多项选择题（每题3分，共15分）1. 薄膜材料的制备方法包括哪些？A. 化学气相沉积B. 物理气相沉积C. 溶液法D. 机械加工答案：ABC2. 薄膜材料的应用领域包括哪些？A. 电子行业B. 航空航天C. 医疗器械D. 建筑行业答案：ABCD3. 薄膜材料的性能测试通常包括哪些方面？A. 力学性能B. 电学性能C. 热学性能D. 光学性能答案：ABCD4. 薄膜材料的应力来源可能包括哪些？A. 制备过程中的热应力B. 材料内部的残余应力C. 外部环境的机械应力D. 材料的热膨胀系数差异答案：ABCD5. 薄膜材料的表面特性包括哪些？A. 表面粗糙度B. 表面张力C. 表面能D. 表面电荷答案：ABCD三、简答题（每题10分，共30分）1. 简述薄膜材料在电子行业中的主要应用。

《薄膜光学与技术》期末考试试题A-答案作者: 日期:2012-2013学年第1学期《薄膜光学与技术》期末考试试题（A卷）参考答案及评分标准一、填空题（每空1分，共24分）1、在折射率为3.5的基底表面镀单层减反射膜，对于4000nm的光波，理论上能达到最佳减反射效果的薄膜折射率为： 1.8708 ，需要镀制的薄膜光学厚度为1000 nm。

2、若薄膜的折射率为n，光线在薄膜内的折射角为9,则s、p光的修正导纳分别为ncos9_、n/cos 9 。

3、对于波长为入的光来说，单层膜的光学厚度每增加辿，薄膜的反射率就会出现一次极值变化。

当薄膜的折射率小于基底折射率时，出现的第一个反射率极值是极小（极大、极小）值。

4、虚设层的形成条件是：薄膜的光学厚度等于半波长的整数倍_________ 。

5、周期性对称膜系（pqp）s的等效折射率和基本周期/pqp 的等效折射率完全相同，其等效位相厚度等于基本周期的s倍。

6折射率为n1,光学厚度为入0/4,基底的折射率为n s,那么，该单层膜与基底的组合导纳为：二二nf / ns _________________7、介质高反射膜的波数宽度仅与两种膜料的折射率有关.折射率差值越大，咼反射带越宽。

8、热偶真空规是通过测量温度达到间接测量真空的目的。

9、镀膜室内真空度高表明气体压强—小—，真空度低则气体压强―大—。

10、薄膜几何厚度的监控通常用石英晶振膜厚仪来实现，光学厚度常常采用光电膜厚仪来监控。

11、采用PVD技术制造薄膜器件时，薄膜折射率的误差主要来自三个方面：」层的聚集密度、膜层的微观组织物理结构、膜层的化学成分。

12、改善膜层厚度均匀性的措施包括旋转夹具和膜层厚度调节板。

13、采用光电极值法监控膜厚，如果需要镀制光学厚度为900nm的薄膜，在500-700nm范围内，可以选取的监控波长为600 和514.3 nm。

二、辨析题：先回答以下说法是否正确？然后说明理由或修改正确。

本资料仅限于中科大材料系研究生同学使用，禁止一切摘抄、翻录、复印等行为。

孙兆威2016年6月9日1.Z在抽真空的过程中，在不同真空度下腔体内的主要气体成分。

2.管道的设计与连接对抽真空效率的影响，检漏方法抽气效率：为保持系统真空度而需要的抽速，取决于真空元件的总流导（一般指导管、阀门、挡板真空系统中的常见元件），使得真空泵的实际抽速S 永远小于理论抽速Sp：同时，极限真空度会受到被抽容器（真空器）的体积及漏气、放气的影响，公式为因此，要保证抽真空效率，就要减少真空元件总流导和系统的漏气放气。

总流导C：，因此，在允许范围内增大各个元件流导即可增加系统总流导。

对阀门，C=11.7A，对导管，C=12.2D3/L，因此，选用口径较大的阀门，尽量减少导管的长度，增加导管直径可以相应增大总流导。

装置放气：是指在常温或高温下真空装置自身的饱和蒸汽、某些内表面存在的污垢、联结装置中存在的残余空气，这些气体会对极限真空度造成影响，因此必须在组装装置时选用饱和蒸汽压尽可能低、且高温稳定性理想的元件材料，减少需要连接的部位，尽可能清洁装置的内表面。

装置漏气：装置漏气存在两种情况，一是空气通过装置器壁渗透；二是装置存在漏气部位。

第二种情况是必须尽量克服的，同样是通过减少连接部分，使用气密性高、热变形小的材料。

常见检漏方法：1. rate-of-rise 检测2. He质谱漏气检测3. He气+真空计检测4. RGA检测检漏部位：检漏仪与系统的连接处；过去经常出问题的元器件；经常沿着密封表面运动的密封件；阀门的动密封；旋转部件的动密封；舱门的密封；波纹管轴的密封；真空官道上的柔性连接；螺纹连接处；静密封，如观察窗，引线端；焊点（特别是钎焊的焊点）；3.估计常见晶体不同面的表面能100110111SC123FCC463BCC426HCP366 0001 1100 1120自己计算即可，不会来问我4.表面扩散的几种机制表面扩散：是指原子在固体表面上由一个表面位置向另一个位置移动。

薄膜及涂层材料试卷（A）答案一、填空题（共30分，每空1分）1、液相外延、气相外延、分子束外延2、输送式真空泵、捕获式真空泵3、热应力、生长应力（或本征应力）4、同质外延、异质外延5、层状生长模式、岛状生长模式、层状－岛状生长模式6、气相传输、气相反应阶段；表面吸附、表面反应的阶段7、奥斯瓦尔德（Ostward）吞并过程、熔结过程、原子团的迁移8、热解反应、还原反应、氧化反应、置换反应、歧化反应、气相输送反应9、平界面、形成化合物的界面、合金扩散的界面、机械咬合界面10、光学干涉法、微平衡称重法、石英晶体振荡法二、简答题（共70分）1、真空蒸发装置主要包括哪些类别？选择三种典型蒸发装置，比较其原理、特点和适用领域。

（8分）答：在蒸发沉积装置中，最重要的组成部分就是物质的蒸发源，根据其加热原理，可以分为以下几种。

电阻式蒸发装置，电子束蒸发装置，电弧蒸发装置，激光蒸发装置，空心阴极蒸发装置。

（2分）（1）电子束蒸发装置原理：在电子束加热装置中，被加热的物质被放置于水冷的坩埚中，电子束只轰击到其中很少的一部分物质，而其余的大部分物质在坩埚的冷却作用下一直处于很低的温度，即后者实际上变成了被蒸发物质的坩埚。

因此，电子束蒸发沉积装置中可以安置多个坩埚，这使得人们可以同时分别蒸发和沉积多种不同的物质。

电子束蒸发的特点和适用领域：工作真空度比较高，可与离子源联合使用；可用于粉末、块状材料的蒸发；可以蒸发金属和化合物；可以比较精确地控制蒸发速率；电离率比较低。

（2分）（2）电弧蒸发装置原理：把将要蒸发的材料制成放电电极（阳极，位于蒸发靶靶头位置），薄膜沉积前，调节电极（被蒸发材料）和引弧针头之间的距离，至一合适范围。

薄膜沉积时，施加于放电电极和引弧针头之上的工作电压将两者之间的空气击穿，产生电弧，而瞬间的高温电弧使得电极端部（被蒸发材料）受热产生蒸发，从而实现物质的沉积。

控制电弧点燃的次数或时间，即可以沉积出一定厚度的薄膜。

《薄膜物理与技术》A卷试题参考答案及评分细则一、名词解释：（本题满分20分，每小题5分）1、饱和蒸汽压在一定温度下（1分），真空室内蒸发物质的蒸气与固体或液体平衡过程中（2分）所表现出的压力称为该物质的饱和蒸气压。

（2分）2、溅射是指荷能粒子轰击固体物质表面（靶），（1分）并在碰撞过程中发生动能与动量的转移，（2分）从而将物质表面原子或分子激发出来的过程。

（2分）3、化学气相沉积把含有构成薄膜元素的一种或几种化合物的单质气体供给基片（2分），利用热、等离子体、紫外线、激光、微波等各种能源（2分），使气态物质经化学反应形成固态薄膜。

（1分）。

4、外延生长外延生长技术就是在一块半导体单晶片上（2分）沿着单晶片的结晶轴方向生长（2分）一层所需要的薄单晶层。

（1分）二、简答题：（本题满分80分）1、什么叫真空？写出真空区域的划分及对应的真空度（10分）答：真空是指低于一个大气压的气体空间。

（2分）对真空的划分：1）粗真空：105－102Pa；（2分）2）低真空：102－10-1Pa；（2分）3）高真空：10-1－10-6Pa；（2分）4）超高真空：＜10-6Pa。

（2分）2、什么是真空蒸发镀膜法？其基本过程有哪些？（10分）答：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（2分），形成蒸气流，入射到基片表面，凝结形成固态薄膜的方法。

（2分）其基本过程包括：（1）加热蒸发过程。

包括凝聚相转变为气相的相变过程。

（2分）（2）输运过程，气化原子或分子在蒸发源与基片之间的输运。

（2分）（3）蒸发原子或分子在基片表面的淀积过程，即使蒸气凝聚、成核、核生长、形成连续薄膜。

（2分）3、简述磁控溅射的工作原理。

（10分）答：磁控溅射的工作原理是：电子e在电场E作用下，在飞向基板过程中与氩原子发生碰撞，使其电离出Ar＋和一个新的电子e，电子飞向基片，Ar＋在电场作用下加速飞向阴极靶，（2分）并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。

《薄膜技术与薄膜材料》课程期末试卷（A）一、填空（每小题1分，共30分）1.为了研究真空和实际使用方便，根据各压强范围内不同的物理特点，把真空划分为______________，______________，______________，______________四个区域。

2. 典型的真空系统应包括__________________________，____________________________和___________________________和一些必要的管道阀门等。

3. ______________方法只适用于在导电的基片上沉积金属和合金。

不加任何电场，直接通过化学反应而实现薄膜沉积的方法是______________。

4.溅射过程中所选择的工作区域是_____________，基板常处于______________区，阴极和基板之间的距离至少应是______________宽度的两倍。

5. 薄膜的形成与成长有三种形式：______________ ，______________，______________。

6. 电子衍射图案对于单晶衍射为______________ ，精细多晶为______________，大晶粒多晶且包含织构为______________。

7. 薄膜应力是薄膜重要的力学性质，它对薄膜的实际应用影响很大，它可以分为______________和______________。

8. ______________和______________是测量薄膜样品中分子振动的振动谱，前者是______________光谱而后者是______________光谱。

9. 表征溅射特性的主要参数有：______________，______________，溅射粒子的速度和能量等。

10.薄膜的组织结构分为四种类型：______________，______________，______________，______________。

一、选择题:1、所谓真空, 是指：（）A.一定的空间内没有任何物质存在；B.一定空间内气压小于1个大气压时, 气体所处的物理状态；C、一定空间内气压小于1 MPa时, 气体所处的物理状态；D.以上都不对2.以下关于CVD特点的描述, 不正确的是: （）A.与溅射沉积相比, CVD具有更高的沉积速率；B、与PVD相比, CVD沉积绕射性较差, 不适于在深孔等不规则表面镀膜；C.CVD的沉积温度一般高于PVD方法；D.CVD沉积获得的薄膜致密、结晶完整、表面平滑、内部残余应力低3.关于气体分子的平均自由程, 下列说法不正确的是: （）A.气压越高, 气体分子的平均自由程越小；B.真空度越高, 气体分子的平均自由程越长；C.温度越高, 气体分子的平均自由程越长；D.气体分子的平均自由程与温度、压力无关, 取决于气体种类4、下列PECVD装置中, 因具有放电电极而存在离子轰击、弧光放电所致的电极损坏潜在风险和电极材料溅射污染薄膜问题的是：（）A.电容耦合型；B.电感耦合型；C.微波谐振型；D.以上都不对5、按真空区域的工程划分, P = 10-4 Pa时, 属于（）区域, 此时气体分子的运动以（）为主。

A.粗真空；B.低真空；C.高真空；D.超高真空；E、粘滞流；F、分子流；G、粘滞-分子流H、Poiseuille流6、下列真空计中, （）属于绝对真空计。

A.热偶真空计；B.电离真空计；C、Pirani真空计；D、薄膜真空计7、CVD沉积薄膜时, 更容易获得微晶组织薄膜的方法是：（）A.低温CVD；B.中温CVD；C.高温CVD；D.以上都不对8、下列真空泵中, （）属于气体输运泵。

A.旋片式机械泵；B、油扩散泵；C、涡轮分子泵；D、低温泵9、低温CVD装置一般指沉积温度<（）的CVD装置。

A.1000℃；B.500℃；C.900℃；D.650℃10、下列关于镍磷镀技术的说法中, 正确的是: （）A.所获得的镀层含有25wt%左右的P而非纯Ni, 所以也称NiP镀；B、低P含量的镍磷镀镀层致密, 硬度可达到与电镀硬Cr相当的水平；C.高P含量的镍磷镀镀层无磁性；D.可直接在不具有导电性的基体上镀膜11.关于LPCVD方法, 以下说法中正确的是: （）A、低压造成沉积界面层厚度增加, 因此薄膜沉积速率比常压CVD更低；B.低压造成反应气体的扩散系数增大；C.低压导致反应气体的迁移运动速度增大；D.薄膜的污染几率比常压CVD更低12.气相沉积固态薄膜时, 根据热力学分析以下说法中不正确的是: （）A.气相过饱和度越大, 固态新相形核能垒越低；B.气相过饱和度越大, 固态新相形核能垒越高；C、气相过饱和度越大, 固态新相临界晶核尺寸越大；D.固态新相的形核能垒和临界晶核尺寸只取决于沉积温度（过冷度）13、溅射获得的气相沉积原子是高能离子轰击靶材后, 二者通过级联碰撞交换能量的结果, 因此入射离子能量（）时更容易发生溅射现象。

《薄膜物理》试卷A答案及评分标准一、填空题（每空1 分，共18分）1·低于一个大气压（1分）2·热传导（1分）3·化学、范德华力、化学键结合力（3分）4·扩散附着、通过中间层附着、宏观效应附着（3分）5·岛状生长模式、层状生长模式、层岛结合生长模式（3分）6·薄膜材料晶格常数与基体材料晶格常数不匹配、薄膜中有较大的内应力和表面张力（2分） 7·空位、填隙原子、杂质原子（3分）8·本征应力、非本征应力(或热应力)（2分）二、名词解释（每个5分，共20分）气体分子的平均自由程：气体分子处于不规则的热运动状态，它除与容器壁发生碰撞外，气体分子间还经常发生碰撞。

每个气体分子在连续两次碰撞之间的平均路程称为气体分子的平均自由程。

离子镀：在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物部分离化，产生离子轰击效应，最终将蒸发物或反应物沉积在基片上。

薄膜的尺寸效应：由于薄膜的厚度有限，与块体材料比较，其几何尺寸对薄膜的特性将产生影响，这种现象称为薄膜的尺寸效应，包含厚度尺寸效应和颗粒尺寸效应。

外延生长：是一种制备单晶薄膜的新技术，它是在适当的衬底与合适条件下，沿衬底材料晶轴方向生长一层结晶结构完整的新单晶层薄膜的方法。

三、简答题（每小题8分，共24分）1·答：（1）薄膜是在基片之上生成的，基片和薄膜之间就会存在着一定的相互作用，这种相互作用通常的表现形式是附着，附着是薄膜应用的前提。

（2分）（2）由于基底的约束和薄膜生长过程中的非平衡性，薄膜中通常有较大的内应力。

附着和内应力是薄膜极为重要的固有特征。

（2分）（3）由于薄膜的厚度有限，与块体材料比较，其几何尺寸对薄膜的特性将产生影响，具有明显的尺寸效应。

（1分）（4）具有明显的表面效应和界面效应。

由于薄膜材料的表/界面积同体积之比很大，所以表面效应和界面效应很显著，表面能、表面态、表面散射、表面干涉和界面结构、界面电子态等一系列表面/界面特性对它的物性影响很大。

薄膜材料与技术考试题及答案解析一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 下列哪种材料不属于薄膜材料？A. 硅基材料B. 金属薄膜C. 陶瓷薄膜D. 橡胶材料答案：D2. 薄膜材料的厚度通常在哪个范围内？A. 微米级B. 毫米级C. 纳米级D. 厘米级答案：C3. 薄膜材料制备过程中，下列哪种技术不属于物理气相沉积（PVD）？A. 磁控溅射B. 电子束蒸发C. 化学气相沉积D. 离子镀答案：C4. 下列哪种薄膜材料具有优良的导电性能？A. 氧化铝薄膜B. 氧化铜薄膜C. 氧化锌薄膜D. 硅薄膜5. 薄膜材料在微电子工业中的主要应用是什么？A. 绝缘层B. 导电层C. 半导体层D. 所有上述选项答案：D6. 下列哪种技术不适用于制备薄膜材料？A. 溶胶-凝胶法B. 旋涂法C. 热压成型D. 热喷涂答案：C7. 薄膜材料的表面粗糙度通常如何影响其性能？A. 无影响B. 增加表面粗糙度可以提高性能C. 减少表面粗糙度可以提高性能D. 表面粗糙度对性能无规律影响答案：C8. 下列哪种材料不适合用于制备光学薄膜？A. 氟化镁B. 氧化锆C. 聚碳酸酯D. 硫化锌答案：C9. 薄膜材料的应力状态对其性能有何影响？B. 应力可以增加材料的强度C. 应力可以减少材料的强度D. 应力状态对材料性能有复杂影响答案：D10. 下列哪种检测技术常用于薄膜材料的厚度测量？A. 原子力显微镜（AFM）B. 扫描电子显微镜（SEM）C. 椭圆偏光仪D. X射线衍射（XRD）答案：C二、多项选择题（每题3分，共15分）1. 薄膜材料的制备方法包括哪些？A. 化学气相沉积（CVD）B. 物理气相沉积（PVD）C. 溶液法D. 机械加工答案：A, B, C2. 薄膜材料在以下哪些领域有应用？A. 太阳能电池B. 微电子C. 光学器件D. 航空航天答案：A, B, C, D3. 下列哪些因素会影响薄膜材料的性能？A. 材料成分B. 制备工艺C. 环境条件D. 薄膜厚度答案：A, B, C, D4. 薄膜材料的表面特性包括哪些？A. 表面粗糙度B. 表面张力C. 表面电荷D. 表面能答案：A, B, C, D5. 薄膜材料的应力测试方法包括哪些？A. 拉曼光谱B. X射线衍射C. 纳米压痕D. 电子显微镜答案：B, C三、简答题（每题10分，共30分）1. 简述薄膜材料的定义及其特点。

试题A 卷试题 答案一、填空题在离子镀膜成膜过程中,同时存在沉积和溅射作用，只有当前者超过后者时，才能发生薄膜的沉积 薄膜的形成过程一般分为:凝结过程、核形成与生长过程、岛形成与结合生长过程薄膜形成与生长的三种模式：层状生长，岛状生长，层状—岛状生长在气体成分和电极材料一定条件下，起辉电压V 只与 气体的压强P 和 电极距离 的乘积有关。

二、解释下列概念1、气体分子的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：称为平均自由程， 2、饱和蒸气压：在一定温度下,真空室内蒸发物质与固体或液体平衡过程中所表现出的压力。

3、凝结系数： 当蒸发的气相原子入射到基体表面上，除了被弹性反射和吸附后再蒸发的原子之外，完全被基体表面所凝结的气相原子数与入射到基体表面上总气相原子数之比。

4、物理气相沉积法：物理气相沉积法 （Physical vapor deposition ）是利用某种物理过程，如物质的蒸发或在受到粒子轰击时物质表面原子的溅射等现象,实现物质原子从源物质到薄膜的可控转移的过程5、溅射：溅射是指荷能粒子轰击固体表面 （靶），使固体原子（或分子)从表面射出的现象三、回答下列问题1、真空的概念？怎样表示真空程度,为什么说真空是薄膜制备的基础？在给定的空间内,气体的压强低于一个大气压的状态，称为真空真空度 、压强、气体分子密度：单位体积中气体分子数;气体分子的平均自由程；形成一个分子层所需的时间等物理气相沉积法中的真空蒸发、溅射镀膜和离子镀等是基本的薄膜制备技术.它们均要求沉积薄膜的空间有一定的真空度。

2、讨论工作气体压力对溅射镀膜过程的影响？在相对较低的压力下,电子的平均自由程较长，电子在阳极上消耗的几率增大，通过碰撞过程引起气体分子电离的几率较低。

同时，离子在阴极上溅射的同时发射出二次电子的几率又由于气压较低而相对较小。

这些均导致低压条件下溅射的速率很低。

在相对较低的压力下，入射到衬底表面的原子没有经过很多次碰撞，因而其能量较高，这有利于提供沉积时原子的扩散能力,提供沉积组织的致密性在相对较高的压力下，溅射出来的靶材原子甚至会被散射回靶材表面沉降下来，因而沉积到衬底的几率反而下降在相对较高的压力下，使得入射原子的能量降低，这不利于薄膜组织的致密化溅射法镀膜的沉积速率将会随着气压的变化出现一个极大值3、物理气相沉积法的共同特点？（1） 需要使用固态的或者熔融态的物质作为沉积过程的源物质（2） 源物质经过物理过程而进入气相(3） 需要相对较低的气体压力环境(4） 在气相中及在衬底表面并不发生化学反应4、简述化学气相沉积的特点？n221πσλ=(1) 既可以制备金属薄膜、非金属薄膜，又可按要求制备多成分的合金薄膜（2）成膜速度可以很快，每分钟可达几个微米甚至数百微米（3） CVD反应在常压或低真空进行，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，在这方面比PVD优越得多(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.由于反应气体、反应产物和基体的相互扩散，可以得到附着力好的膜层,这对表面钝化、抗蚀及耐磨等表面增强膜是很重要的（5) 由于薄膜生长的温度比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方法可获得平滑的沉积表面（7) 辐射损伤低。

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膜科学与技术绪论了解膜的发展历史我国汉代的《淮南子》已有制豆腐的记叙，后来，人们又知道了制豆腐皮、薄粉等方法。

这可以说是人类利用天然物制得食用“人工薄膜”的最早记载。

早在2000年前，人们在酿造、烹饪、炼丹和制药的实践中，就利用了天然生物膜的分离特性.古籍中提到“弊箪淡卤"和“海井”淡化海水等记载。

我国的膜技术没有得到应有的发展，出现很早但重视和深化程度不够。

早在1748年，Nelkt就从水能自发地扩散穿过猪膀胱进入酒精的事例中发现了渗透现象; 1854年，发现了透析现象，并开始重视膜的研究和应用，最初主要使用的是动物膜; 1864年，Traube制得历史上第一张人工膜──亚铁氰化铜膜;1925年德国成立了世界第一个滤膜公司——赛多利斯（Sartorius），实现膜的工业化;1953年,美国Reid等人首先发现了醋酸纤维素有特殊的半透性质，并对其透水性能加以研究、改进；1960年,制得首张高性能、非对称性醋酸纤维素反渗透膜，用于海水及咸水的淡化；20世纪60年代以来,超滤膜、微滤膜、反渗透膜和气体分离膜生产实现工业化，并进入实用化阶段;遍及海水淡化、环境保护、石油化工、生物、医药、食品、电子等领域，获得巨大经济效益和社会效益。

如果将20世纪50年代初视为膜科学技术研究的起点，截止现在，其发展可分为三个阶段：① 50年代为奠定基础阶段；(研究发现）② 60年代和70年代为发展阶段，(发现发展)③ 80年代至今为发展深化阶段。

《薄膜材料与薄膜技术》复习题1.薄膜材料与体材料的联系与区别。

1. 薄膜所用原料少，容易大面积化，而且可以曲面加工。

例：金箔、饰品、太阳能电池，GaN，SiC，Diamond2. 厚度小、比表面积大，能产生许多新效应。

如：极化效应、表面和界面效应、耦合效应等。

3. 可以获得体态下不存在的非平衡和非化学计量比结构。

如：Diamond: 工业合成, 2000℃，5.5万大气压, CVD生长薄膜:常压，800度.Mgx Zn1-x O: 体相中Mg的平衡固溶度为0.04, PLD法生长的薄膜中，x可0~1.4. 容易实现多层膜，多功能薄膜。

如：太阳能电池、超晶格： GaAlAs/GaAs5. 薄膜和基片的粘附性，一般由范德瓦耳斯力、静电力、表面能（浸润）和表面互扩散决定。

范德瓦耳2. 真空度的各种单位及换算关系如何？●1pa=1N/m2(1atm)≈1.013×105Pa(帕)●1Torr≈1 / 760atm≈1mmHg●1Torr≈133Pa≈102 Pa● 1bar = 0.1MPa3. 机械泵、扩散泵、涡轮分子泵和低温泵的工作原理是什么？旋片式机械泵工作过程：1.气体从入口进入转子和定子之间2.偏轴转子压缩空气并输送到出口3.气体在出口累积到一定压强，喷出到大气工作范围及特点：Atmosphere to 10-3 torr耐用，便宜由于泵的定子、转子都浸入油中，每周期都有油进入容器，有污染。

要求机械泵油有低的饱和蒸汽压、一定润滑性、黏度和高稳定性。

油扩散泵1. 加热油从喷嘴高速喷出，气体分子与油分子碰撞实现动量转移，向出气口运动，或溶入油中，油冷凝后，重新加热时，排出溶入的气体，并由出气口抽出；2. 需要水冷，前级泵3. 10-3 to 10-7 Torr (to 10-9 Torr，液氮冷阱)优点：耐用、成本低，抽速快无震动和声音缺点：油污染涡轮分子泵特点：1. 气体分子被高速转动的涡轮片撞击，向出口运动2.多级速度：30,000-60,000 rpm.转子的切向速度与分子运动速率相当3. Atmosphere to 10-10 Torr4. 启动和关闭很快5. 无油，有电磁污染6. 噪声大、有振动、比较昂贵.低温泵（Cryopump）特点：1.利用20K以下的低温表面来凝聚气体分子实现抽气，是目前最高极限真空的抽气泵；2.可对各种气体捕集，凝结在冷凝板上，所以工作一段时间后必须对冷凝板加热“再生”；3. “再生”必须彻底；4. 加热“再生”温度 >200 °C 烘烤除去吸附的气体5. 无油污染；6. 制冷机式低温泵运作成本低，较常采用。