四川大学材料学院薄膜物理与器件复习提纲.doc

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1、饱和蒸汽压：在一定温度下，单位时间内蒸发出来的分子数与凝结在器壁和回到蒸发物质的分子数相等时的蒸汽压称为饱和蒸汽压。油扩散泵是借助于喷嘴中高速喷出的油蒸汽喷流的动量而输运气体的泵。原理：底部的扩散泵油被加热后产生大量的油蒸汽，通过管道传输到上部，经伞形喷嘴向下喷射出较长的距离，喷射速率达到200m/s。上下的气压差使真空室内气体向下扩散，与油分子碰撞发生能量交换，驱使被抽气体分子沿蒸汽流方向高速运动，带到出气口，由机械泵抽走。油蒸汽喷到水冷的泵壁被冷凝成液体，流回泵底又被再次加热成蒸汽，循环工作，从而获得高真空。由于油蒸汽将气体分子

2、集中推向出气口，使泵内出口压强大于进口压强，这样气体分子有从出口向进口进行反扩散的趋势；但因蒸汽流本身形成了阻挡层，减少了气体的扩散效果。当进出口之间的反压和油蒸汽流的作用平衡时，泵就失去了进一步抽气的作用，即达到极限真空。为了减小反扩散，通常采用三级甚至五级喷口的多级泵，从而提高极限真空度和抽气速率。泵油的基本要求：1、扩散泵的极限真空取决于泵油的蒸汽压。在室温下，一般要求扩散泵油的饱和蒸汽压小于10-4Pa；2、为了提高泵的反压强，在蒸发温度下，泵油的蒸汽压要尽可能的大。3、泵油应具有较好的化学稳定性（无腐蚀、无毒）、热稳定性（

3、高温下不分解）和抗氧化性（高温下突然接触大气时，不会过分氧化而改变泵油工作性能）。油蒸汽向真空室扩散会严重污染膜层，解决办法：在顶端喷嘴上面装一个低于室温的水冷挡板，可以把返油量降低到原来的1/10～1/1000。在水冷挡板与被抽气体之间加入冷阱（液氮或氟利昂制冷），可以进一步减少油的返流。除此之外，冷阱还可以使真空室中的水汽在冷阱表面结冰，有效去除水汽。一般，这二者同时使用，效果最好。分子泵涡轮分子泵原理：类似于精密的电风扇，靠高速旋转的叶片对气体分子施加作用力，并使气体分子向特定方向运动而实现高真空。适用于1～10-8Pa的真空

4、区间。复合螺旋泵：在涡轮分子泵的气体上，为进一步提高排气量而开发了复合涡轮泵。在分子泵的高压侧，设置高速旋转的螺纹，增加出口与入口的反差。这样，在较高的入口压力下也能够工作。适用于大排气量的应用。特点：启动迅速，噪声小，抽速快，无油污染，价格较高。真空的测量：测量在低气压下与压强有关的某些物理量，变换后得到容器的压强。当压强改变时，这些相关的物理量也随着变化。原理热偶真空规:气体的热导率随气体压力的变化而变化。热偶规测量热丝的温度变化。0.1～100Pa热阻真空规:又称皮拉尼真空规，测量热丝的电阻随温度的变化来实现对真空的测量。电离

5、真空计（重点）：电离真空规由阴极、阳极和离子收集极三个电极组成。阴极发出的电子向阳极飞行过程中，与气体分子碰撞使其电离。离子收集级接受电离的离子，并根据离子电流大小测量真空度。测量范围是10^-1～10^-6Pa。薄膜真空计：依靠薄膜在气体压力差下产生机械位移，可用于气体绝对压力测量，测量结果与气体种类无关。适用于发生化学反应的真空测量。膜厚薄膜：在基板的垂直方向上所堆积的1～10000的原子层或分子层。厚度：两个完全平整的平行平面之间的距离。薄膜厚度：基片表面与薄膜表面之间的距离。实际上薄膜厚度并非一个确定值。因为两个表面总有不平

6、整，薄膜表面也可能不连续。因为实际表面的不平整性，任何膜厚的概念都是平均的统计概念，且都包含了杂质、缺陷和吸附分子对厚度的影响。形状膜厚dt——SS与ST之间的距离，直观膜厚，单位μm.只与表面原子分子有关，包含有薄膜内部结构的影响。质量膜厚dm——SS与SM之间的距离，单位μg/cm2.反应了薄膜包含物质的多少，消除了薄膜内部结构的影响（缺陷、变形等）。物性膜厚dP——SS与SP之间的距离，实际使用较普遍，与薄膜结构无关，只与薄膜性质有关。dt≥dm≥dp溅射的基础——辉光放电溅射离子来源于气体放电。根据辉光放电方式的不同，分为：

7、直流二极溅射【直流辉光放电】、三极溅射【热阴极支持的辉光放电】、射频溅射【射频辉光放电】、磁控溅射【环状磁场控制下的辉光放电】直流辉光放电在真空度为0.5～10Pa的稀薄气体中，两个电极之间加上电压产生的一种气体放电现象。气体放电时，两个电极之间的电压和电流的关系不符合欧姆定律，具体如下图：AB段——当两电极加上直流电压时，由于宇宙线产生的游离离子和电子很少，所以电流很小，AB区域称为“无光”放电。BC段——电压升高后，带电离子和电子获得了足够的能量，与中性气体分子发生碰撞产生电离，电流平稳增加，但电压在电源高输出阻抗的限制下呈一常

8、数。“汤森放电区”。CD段——“雪崩点火”，离子轰击阴极时，释放出二次电子，二次电子与中性气体分子碰撞，产生更多的离子，这些离子再轰击阴极，产生出新的更多的二次电子。等产生出了足够的离子和电子后，放电达到自持，气体开始起辉。两级间电流