V薄膜物理与技术序言.pptx

序言本课程主要包括三部分：n真空科学与技术 1.真空的基本知识 2.真空的获得（各种真空泵原理、结构及应用）3.真空的测量原理 4.真空系统的组成、检漏及流导的计算第1页/共23页二.薄膜物理 1.薄膜的各种制备方法及原理 2.薄膜厚度的测量 3.薄膜的形成机理、晶体结构、缺陷 4.薄膜的物理性质三.薄膜的掺杂、表面处理及离子束改性 1.离子束与固体相互作用的基础知识 2.离子注入的损伤效应及退火效应 3.离子束材料改性 4.离子注入设备第2页/共23页三部分之间的联系 大多数薄膜的制备和生长方法都离不开真空条件 许多重要的薄膜制备（生长）方法采用等离子体及离子束技术 离子束表面处理、离子注入是薄膜掺杂和改性重要的技术 等离子体的形成、离子束的产生、注入均需在真空条件下完成第3页/共23页第4页/共23页第一部分 真空科学与技术应用领域：原子能技术、航天、薄膜制备、分析测试电真空器件、微电子、轻工业、日常用品等例：n原子能技术各种加速器（串列加速器、正负电子对撞机、慢正电子束）第5页/共23页2.航天技术：地面模拟实验3.薄膜制备设备真空蒸发法、MBE、各种CVD，离子溅射、离子镀4.高级表面分析测试仪XPS、AES、SIMS、SEM、RBS、TEM、质谱分析、核反应分析等5.微电子材料及器件制备真空微电子器件、半导体器件镀膜、半导体材料制备、a-Si太阳能电池第6页/共23页6.轻工业、制药业：真空干燥（造纸）、真空包装、去湿（药品、食品、化学药品）、真空浸漆、吸鸡蛋等7.真空冶金利用真空冶炼获得含气低、氧化少、杂质少的高质钢（如锆、钛、钽、铍莫合金）须在真空中材料熔炼又如：真空冶炼的矽钢片,磁滞损耗可降低20%8.日常用品保温瓶、灯泡、日光灯、吸尘器、真空抽血第7页/共23页第一章 真空的基本知识1.真空的定义、单位和真空区域的划分n真空的定义气体的压强低于一个标准大气压的气态空间一标准大气压：g=980.665 cm/s2T=273 K时，760mm水银柱高所施加的压强*平衡状态下，气体宏观参量的重要关系式：P=nKT P=压强(Pa)第8页/共23页n=气体分子密度(个/M3)K=10-23J/K)So(个/m3)标准状态(2731019个/cm3故真空是相对的，不是什么气体都没有。第9页/共23页2.真空的单位：n帕(Pa)1 Pa=1 N/M2=10达因/cm2n乇(torr)nmmHgnbar(微巴)or bar1 torr=1 mmHg=133.3 Pa10-2 torr=10达因/cm21 bar=1 达因/cm2=0.1 Pa第10页/共23页3.真空区域的划分(1)粗真空：1105 Pa P 1103 Pa(大约10torr)气体多，气体分子间碰撞频繁，平均自由程很短，用于真空浸漆等(2)低真空：1103 110-1 Pa10161013 个/cm3，加电场下会电离、液体沸点大大降低(可用于真空脱水)(3)高真空：110-1110-6 Pa高真空下蒸发出的材料分子，按直线飞行(4)超高真空：110-6 Pan1500Km：H，H+和电子组成3000 10万Km：高能H+1.5 4万Km：高能电子4万Km：中性粒子第13页/共23页 2.稀薄气体的基本性质 最可几速率：算术平均速率：均方根速率：分布函数：f(Vr)f(Va)f(Vm)但：Vm Va Vr第14页/共23页 的定义：气体两次碰撞之间所走路程的统计平均值 Z-每秒一个气体分子与其他分子碰撞次数d-为气体直径第15页/共23页a)考虑到其它气体分子在运动，及气体速率有一定分布，作如下修正：可见，当气体种类和T一定时0oC时空气d=3.7A，O2：3.6A，Ar：3.7A，A25oC空气：第16页/共23页b)离子的平均自由程c)电子的第17页/共23页d)蒸汽原子的第18页/共23页 3.气体的输运1.抽真空过程中气体流动的三个过程(1)初始阶段(气压较高、流速较大)出现湍流，起作用的是气体的惯性力(2)气压较低时：粘滞性流动各层速度不同，起作用的是层间相互摩擦力(3)气压更低：分子性流动分子间相互摩擦可忽略，流动完全由分子与器壁碰撞。抽真空过程，即：滞留-粘滞性流动-分子性流动第19页/共23页2.气体量，流量及其表达式(1)定义：气体量：气体体积压强，即PV，单位：牛米-2米3=牛顿米流量Q：单位时间流过的气体量Q=PV/t=牛米/秒(2)流量表达式：(长圆管情况)a)粘滞性流动时：第20页/共23页b)分子性流动时：(长圆管)第21页/共23页c)小孔的流量(分子性流动时)第22页/共23页感谢您的观看！第23页/共23页