薄膜,第一章.ppt

薄膜技术与物理 李贤 2013.9 薄膜材料科学与技术作用 主要参考书目 1.1.1 真空的定义：压力低于一个大气压的任何气态空间 1.1.2 真空表示 1.1.3 真空度单位 1.1.4 区域划分 1.2 稀薄气体的基本性质 盖?吕萨克定律：一定质量的气体，在压强一定时，气体的体积与绝 对温度成正比。 V = CT 或 V1/T1 = V2/T2 查理定律：一定质量的气体，如果保持体积不变，则气体的压强与 绝对温度成正比。 P = CT 或 P1/T1= P2/T2 1.2 稀薄气体的基本性质 2、气体分子的运动速度及其分布 1.2 稀薄气体的基本性质 1.2 稀薄气体的基本性质 1.2 稀薄气体的基本性质 1.2 稀薄气体的基本性质 最可几速度——用于讨论速度分布 平均速度 ——用于计算分子运动的平均距离 均方根速度——用于计算分子的平均动能 1.3 真空的获得 真空泵的种类及工作原理 3、分子泵 工作原理： 处于气体中的固体表面以一定方向运动，所有飞到这 表面的气体分子，经过碰撞后都具有一定的分速度，其 大小与方向等于固体的速度。 Turbo-Molecular泵：通过高速旋转的涡轮叶片，不断 地对气体分子施以定向的动量和压缩作用。 需要前置真空泵（10-3Torr） 4、溅射离子泵 5、吸附泵 6、升华泵 1.4 真空测量 1、热真空计： 工作原理：在低真空时，热传导则与压强成正比 A、皮拉尼（Pirani）真空计：测定因温度变化引起灯丝电阻的变化 B、热电偶：用热电偶测定温度变化引起电动势变化的真空计 Q = Q1 + Q2 + Q3 辐射 传导 气体 ? (T1，T2) = e (T1)-e (T2) e (T1)、e (T2) 是接点的分热电动势 关于热电偶：（1）热电动势仅与热电偶的材料和接点温度有关 （2）中间导体定律：热电偶回路中，加入两端温度相同的中间导体，不会影响热电动势。 2、电离真空计 热阴极电离真空计 1.4 真空度对薄膜工艺的影响 * * 薄膜的发展概况 大体可以分为三个时代： (1) 公元前2, 3世纪，首饰或装饰物上镀金；直到16世纪，薄膜只是装饰品，也有节约金和银的意义 (2) 17世纪到19世纪前半，作为自然现象的薄膜时代，把薄膜作为研究对象来认识。观察到在液体表面上液体薄膜产生的相干彩色花纹。薄膜产生的干涉现象引起了研究者的关注，并对有关光的本性的物理学的发展作出了贡献 (3) 19世纪后半，功能薄膜时代的到来，直到现在。1850年，W.R. Grove发现了溅射现象，1877年，把溅射现象应用于薄膜的制备；1887年通过通电导线使材料蒸发制备薄膜。1900年初，开发了热分解CVD法和真空蒸发镀膜法。1930年到1940年间，发现了薄膜形成过程的理论。但只是在制备薄膜的真空系统和检测系统有了很大进步以后，薄膜的重复性才有大的改观。尤其到了20世纪50年代，随着电子工业和信息产业的兴起薄膜技术显示出了重要的、关键性的作用 薄膜技术已经渗透到现代科技和国民经济的各个领域，如航空 航天、医药、能源、交通、通信和信息等。另外，在器件的高速 化、高集成化、小型化、轻量化方面，薄膜技术作出了重大的贡 献 《半导体薄膜技术与物理》叶志镇等，浙江大学出版社，2008 《薄膜材料制备原理、技术及应用》唐伟忠，冶金工业出版社，2003 《薄膜技术》顾培夫，浙江大学出版社，1990 《硅外延生长技术》B. Jayant Baliga著，任丙彦等译，河北科学技术出版社，1992 《外延生长技术》杨树人等，国防工业出版社，1992 第一章 真空技术 许多薄膜技术是在真空下实现的，“真空”是许多薄膜制备的必要条件，因此，掌握一定的真空知识是必需的。 1.1 真空的基本概念 气体处于平衡时，气体状态方程 P = nkT P：压强（Pa），n：气体分子密度（个/m3），k：玻尔兹曼常数（1.38×10-23 J/K） V：体积（m3），m：气体质量（kg），M：分子量（kg/mol） R：气体普适常数，T：绝对温度（K），R=NA·k，NA：阿佛伽德罗常数（6.023