薄膜材料与关键技术复习资料总结.doc

【讲义总结】1.真空区域划分：粗真空(1x1051x102Pa)。在粗真空下，气态空间近似为大气状态，分子以热运动为主，分子间碰撞十分频繁；低真空(1x1021x10-1)。低真空时气体分子流动逐渐从黏滞流状态向分子流状态过度，此时气体分子间碰撞次数与分子跟器壁间碰撞次数差不多；高真空(1x10-11x10-6)。当达到高真空时，气体分子流动已经成为分子流状态，以气体分子与容器壁间碰撞为主，且碰撞次数大大减小，蒸发材料粒子沿直线飞行；超高真空(1x10-6)。达到超高真空时，气体分子数目更少，几乎不存在分子间碰撞，分子与器壁碰撞机会更少。2.获得真空重要设备：旋片式机械真空泵，油扩散泵，复合分子泵，分子筛吸附泵，钛生化泵，溅射离子泵和低温泵等，其中前三种属于气体传播泵，后四种属于气体捕获泵，全为无油类真空泵。3.输运式真空泵分为机械式气体输运泵和气流式气体输运泵。4.极限压强：指使用原则容器做负载时，真空泵按规定条件正常工作一段时间后，真空度不再变化而趋于稳定期最低压强。5.凡是运用机械运动来获得真空泵称为机械泵，属于有油类真空泵。6.旋片式真空泵泵体重要由锭子、转子、旋片、进气管和排气管等构成。7.真空测量：指用特定仪器和装置，对某一特定空间内真空度进行测定。这种仪器或装置称为真空计。按测量原理分为绝对真空计和相对真空计。8.物理气相沉积：是运用某种物理过程实现物质原子从源物质到薄膜可控转移过程。特点：需要使用固态或熔融态物质作为沉积过程源物质；源物质通过物理过程转变为气相，且在气相中与衬底表面不发生化学反映；需要相对较低气体压力环境，这样其她气体分子对于气相分子散射作用较小，气相分子运动途径近似直线；气相分子在衬底上沉积几率接近100%。在物理气相沉积技术中最基本两种办法是蒸发法和溅射法。9.蒸发沉积薄膜纯度取决于：蒸发源物质纯度；加热装置、坩埚等也许导致污染；真空系统中残留气体。10.真空蒸发装置分类：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。11.溅射镀膜原理：运用带有电荷离子在电场中加速后具备一定动能特点，将离子引向由欲溅射材料制成靶材。在离子能量适合状况下，入射离子在与靶材表面原子碰撞过程中将其溅射出来。这些被溅射出来原子具备一定动能，并沿一定方向射向衬底，从而实现薄膜在衬底上沉积。12.蒸发法特点：与溅射法相比明显特点之一是其较高背底真空度。在较高真空度下，不但蒸发出来物质原子或分子具备较长平均自由程，可以直接沉积到衬底表面上，并且还可以保证所制备薄膜具备较高纯度。13.溅射镀膜重要长处：镀膜质量好；膜/基结合强度高；均镀能力强。14.溅射沉积重要特点：与蒸发法相比沉积原子能力较高，因而薄膜组织更致密，附着力也可以得到明显改造；制备合金薄膜时，容易实现对薄膜成分精确控制；可以便地进行高熔点物质溅射和薄膜制备，溅射靶材可以是很难熔材料；可运用反映溅射技术，用金属靶材制备化合物薄膜；由于被沉积原子均携带有一定能量，因而有助于改进薄膜对于复杂形状衬底表面覆盖能力，减少薄膜表面粗糙度和孔隙率。15.溅射办法分类：直流溅射、射频溅射、磁控溅射、反映溅射和离子束溅射。16.磁控溅射离子束镀膜重要特点：薄膜质量高；膜/基结合强度高；实现材料表面合金化。17.非平衡磁控溅射离子镀技术。特点：离子束流密度高；衬底偏压低；薄膜结合强度高；沉积速率低。应用领域：制备薄膜磁头耐磨损氧化薄膜；制备硬质薄膜；制备切削刀具和模具超硬薄膜；制备固体润滑膜；制备光学薄膜。18.引起衬底温度升高能量来源：原子凝聚能；沉积原子额平均动能；等离子体中其她粒子，如电子、中性原子等轰击带来能量。19.交流溅射：使用交变电压进行薄膜溅射办法。分类：采用正弦波电源中频溅射法和采用矩形脉冲波电源脉冲溅射法。20.离子镀：是一种结合了蒸发与溅射两种薄膜沉积技术而发展起来物理气相沉积办法。21.离子镀重要长处：它所制备薄膜与衬底之间具备良好结合力，且薄膜构造更为致密。另一种长处是它可以提高薄膜对于复杂外形表面覆盖能力，或称为薄膜沉积过程绕射能力。重要应用领域是制备钢铁工具和其她金属不见得硬质涂层。22.离子团束沉积特点：原子团对衬底高速冲击将会导致衬底局部温度升高；原子在衬底表面扩散迁移能力强；能增进各个薄膜核心连成一片，成膜性能好；高能量原子团轰击具备清洁衬底表面和离子浅注入作用；能增进衬底表面各种化学反映产生；薄膜沉积速率高；薄膜与衬底间有良好结合力，沉积过程具备高真空度和高干净度，薄膜表面平整，能抑制薄膜柱状晶生长倾向，可实现低温沉积，可控制薄膜构造。23.等离子体浸没式离子沉积技术特点：长处：设备相对简朴，合用于大型复杂外形零件薄膜沉积；可实现多组元同步沉积，对薄膜成分控制能力强；沉积离子能量较高，有助于提高薄膜致密性和附着力；薄膜沉积温度较低；克服了普通物理气相沉积技术所具备薄膜沉积方向性限制问题，合用于对具备复杂外形工件表面进行薄膜沉积。缺陷：可以同步用于等离子体产生和薄膜沉积气体种类较少，因而它可以沉积薄膜种类有限。24.分子束外延（MBE）：是将真空蒸发镀膜加以改进和提高而形成一种薄膜沉积技术。25.MBE装置：重要由生长室、分子束喷射源和各类监测控制仪器构成。生长室由三某些构成：喷射源及挡板、液氮冷阱、样品架。监控与测量仪器：高能电子衍射仪、喷射源强度测试仪、四极质谱仪、测温仪、膜厚测试仪。1.化学气相沉积是反映物在气态条件下发生化学反映，生成固态物质沉积在加热固态基体表面进而制得固体材料工艺技术。2.化学气相沉积特点：长处：与物理气相沉积办法相比，尽管用化学办法制备薄膜过程控制较为复杂也较为困难，但制备薄膜时使用设备普通较为简朴，价格也较为便宜，对薄膜液相沉积办法特别如此。与其她薄膜制备办法相比，它可精确控制薄膜组分和掺杂水平，保证其组分具备抱负化学配比；可在复杂形状集体上沉积成膜；可在大尺寸基体上进行沉积或在各种基体上同步沉积；其较高沉积温度能大幅度改进晶体薄膜结晶完整性；可运用某些材料在熔点或蒸发时发生分解特性得到其她办法无法得到薄膜；由于许多化学反映可以在大气压下进行，因而不少化学气相沉积装置可免除昂贵抽真空系统。缺陷：大多数化学反映需要在高温下进行；反映气体也许会与基体或沉积设备发生反映；在化学气相沉积中有许多变量需要控制，所使用装置也许比较复杂。3.用于制备薄膜化学气相沉积涉及三个基本过程：反映物输运过程、化学反映过程和去除反映副产物过程。4.在化学气相沉积技术中典型化学反映类型：运用热分解反映制备金属薄膜；运用还原反映制备薄膜；运用氧化反映制备氧化物薄膜；运用氮化反映和碳化反映制备氮化物和碳化物薄膜；运用有机金属化合物制备化合物薄膜。5.光化学气相沉积长处：可获得高质量、无损伤薄膜；沉积在低温下进行；沉积速率快，可生长亚稳相和形成突变结；没有高能粒子轰击正在生长薄膜表面，且引起反映物分子分解光子没有足够能量引起电离，从而使得运用该技术可获得高质量薄膜。6.等离子体增强化学气相沉积：通过在辉光放电中产生等离子体自由团簇，使由薄膜构成气态物质发生化学反映。从而实现薄膜生长一种新制备技术。优势在于可在比老式化学气相沉积办法低得多温度下获得上述单质和化合物薄膜。其基本作用是增进化学反映。7.等离子体增强化学气相沉积原理：运用低温等离子体(非平衡等离子体)做能源，工件置于低气压下辉光放电阳极上，运用辉光放电使工件温度升到预定温度，然后通进适量反映气体，气体经一系列化学反映和等离子反映，在工件表面形成固态薄膜，涉及了化学气相沉积普通技术，又有辉光放电强化作用。特点：由于粒子间碰撞产生激烈气体电离，使反映气体受到活化，同步发生阴极溅射反映，为沉积薄膜提供了清洁活性高表面，因而整个沉积过程与仅有热激活过程中有明显不同。8.等离子体增强化学气相沉积分类：交错立式电极；远；感应加热；微波激发；微波电子回旋共振(ECR)化学气相沉积；直流；脉冲感应放电；射频。9.激光化学气相沉积：是一种运用激光束实现化学气相沉积办法。机制：光致化学反映：运用品有足够高能量光子使气体分子分解并成膜，或使气体分子与反映气体中其她化学物质发生反映，在基体上形成化合物膜；热致化学反映：激光束作为加热源以实现热致分解，极光世界在基体上引起温度升高控制着沉积反映进行。10.激光源重要特性：方向性：可使光束射向尺寸很小精准区域，有助于发生局域沉积；单色性：使人们可通过选取激光波长来选取光致反映沉积或热致反映沉积。11. 化学和电化学转化：运用化学或电化学办法，使溶液中金属离子转化为金属膜层，或通过金属与溶液中还原剂作用而生成化合物膜层办法，称为化学和电化学转化。膜层生成过程不需要外加电源是化学转化，需要外加电源是电化学转化。12.化学镀：是指在水溶液中，运用化学办法使溶液中金属离子还原并沉积在你待镀基体表面，从而形成膜层表面解决办法。13.化学镀应用：运用化学镀能制备金属及合金薄膜诸多，如Pd、Sn、Pt、Cr、Co及Ni-P、Ni-B、Cu-Ag薄膜等，可在金属、非金属(塑料、玻璃、陶瓷)、半导体、有机物等材料表面沉积镀层。所沉积镀层具备良好耐磨性、耐蚀性、焊接性及特殊磁、电性能，在电子、石油、化工、航空航天、核能、汽车、印刷、纺织、机械等工业领域应用广泛。14.化学氧化：是指运用化学办法，使基体与一定氧化液接触，在一定条件下发生化学反映，在基体表面形成稳定氧化物膜层办法。所得到氧化物膜层附着力好，可保护基体不受腐蚀介质影响，并能提高基体耐磨、耐老化等性能或赋予基体表面其她性能。15.钢铁化学氧化：是化学氧化应用最为广泛一种，这是一种钢铁在含氧化剂溶液中，表面生成均匀蓝黑色到黑色膜层解决工艺，也称钢铁发蓝或发黑。16.钝化：是铬酸盐化学解决简称，是把金属(或金属镀层)放入具有各种添加剂铬酸或铬酸盐溶液中，通过化学或电化学办法在其表面生成含三价铬或六价铬铬酸盐膜层办法，所得膜层普通称为钝化膜。特点：钝化膜与基体结合良好，构造致密，有较好化学稳定性和耐蚀性，对基体有较好保护作用；钝化膜颜色丰富，有一定装饰效果。应用：钝化解决用途较多，可作为锌、镉等镀层后解决，以提高其耐蚀性，也可用于其她金属如铝、铜、镁及其合金表面防腐蚀解决。17.钝化过程环节：金属表面被氧化并以离子形式进入溶液，同步有氢气析出；所析出氢气促使一定数量六价铬还原为三价铬，并使得金属与溶液界面处pH升高，使三价铬以胶体氢氧化铬形式沉淀；氢氧化铬胶体从溶液中吸附和结合一定数量六价铬，在金属界面形成具备一定构成铬酸盐膜，经干燥和脱水解决后，使其收缩并固定于金属表面上，才干最后形成铬酸盐钝化膜。18.电化学转化：若通过外加电源使金属表面获得一定构成和性能镀层，则可得到电化学转化膜，解决办法为电化学转化解决。19.电镀：是指用电化学办法在镀件表面沉积金属镀层工艺，在具有欲镀金属盐溶液中，以镀件为阴极，通过电解作用，使溶液中欲镀金属阳离子在镀件表面沉积出来成为镀层。20.电镀目在于变化材料外观，提高材料各种物理、化学性能，赋予材料表面特殊耐磨、耐蚀、装饰、焊接等性能以及光、声、电、磁、热等功能特性。21.电镀溶液包括组分：提供沉积金属离子主盐；与沉积金属离子能形成稳定配合物，变化镀液电化学性能和金属离子电沉积过程配合剂；提高镀液导电能力，减少镀液槽压，图稿电镀电流密度导电盐；稳定镀液酸碱度缓冲剂；阳极活化剂；特殊添加剂。22.金属电沉积过程：是指在电流作用下，镀液中金属离子在阴极表面还原并趁机形成金属镀层过程。过程：镀液内金属离子(液相传质)双电层中金属离子(表面转化)放电金属离子(电化学反映)表面吸附原子(扩散、结晶)晶格(镀层)内原子。23.电镀前解决是为得到新鲜、干净金属表面，以获得高质量镀层，涉及去油、除锈、除灰等。电镀后解决目在于进一步提高镀层防护能力，涉及钝化、封闭、除氢等。24.钝化是指在一定溶液中对电镀后镀件进行化学解决，在镀层上形成坚硬、致密、稳定薄膜，进一步增强镀层耐蚀性、光亮度和抗污能力。为了消除氢渗入镀层中不利影响，在一定温度下对镀层进行恰当热解决办法称为除氢解决。25. 合金电镀：在阴极上同步沉积出两种或两种以上金属，形成构造和性能符合规定合金镀层工艺过程称为合金电镀。26.两种离子要实现共沉积除具备单金属离子电沉积条件外，还必要具备：两个金属中至少有异种金属能从其盐类水溶液中沉积出来；共沉积两种金属沉积电位必要十分接近。27.合金电镀分类：常规共沉积。正则共沉积；非正则共沉积；平衡共沉积。非常规共沉积。异常共沉积；诱导共沉积。28.在一定电解液中，以铝作为阳极，在电流作用下使其表面生成氧化膜办法称为铝阳极氧化。特点：膜层为多孔构造，有良好吸附性；膜层具备很高硬度和耐磨性能；膜层在大气中比较稳定，具备很高耐蚀性；阳极氧化膜电绝缘性能较好，有较高绝缘电阻和击穿电压；铝阳极氧化膜有较好绝热性能，在1500下可稳定使用；阳极氧化膜与基体结合强度较高，膜层不易剥落。29.铝阳极氧化膜封闭解决办法：热水封闭法、水蒸气封闭法、重铬酸盐封闭法、水解封闭法、填充封闭法。30.微弧氧化：是把铝、镁、钽、锆、铌等有色金属及其合金至于电解液中作为阳极，以不锈钢作为阴极，运用高电压在金属表面产生火花或微弧放电，使金属表面原位生成氧化物膜层办法。经微弧氧化所得到膜层具备耐腐蚀性强、耐磨性好、绝缘、美观以及与基体结合牢固等长处，可用于腐蚀防护、耐磨损、电绝缘和装饰等方面。31.微弧氧化陶瓷膜由表面层(疏松层)、致密层和结合层构成。32.微弧氧化应用：在航空、航天、船舶、汽车、军工兵器、轻工机械、化学工业、石油化工、电子工程、仪器仪表、防止、医疗卫生、装饰等领域有很大应用。1.依照膜厚测量原理将膜厚测量办法分为：机械法、光学法、物理法和化学法。2.常用膜厚测量办法：轮廓仪器法、光干涉法、断面直接观测法、椭圆偏振法、磁性法、涡流法、微量天平法、石英晶体振荡法。3.表面成分分析内容：涉及测定表面元素构成、元素化学状态及元素沿表面横向分布和沿纵向深度分布等。重要办法：俄歇电子能谱、X射线光电子能谱、二次离子质朴和电子探针X射线显微分析等。4.扫描隧道显微镜工作模式：恒电流模式和恒高度模式。5.原子力显微镜工作模式：接触模式、非接触模式和介于两者之间轻敲模式。6.扫描探针显微镜分类：按扫描探针显微镜原理分：扫描隧道显微镜；原子力；磁力扫描探针；静电力扫描探针；横向力扫描探针；力调制扫描探针；脉冲力扫描探针；热扫描探针；扫描电容；电流敏感扫描探针；相检测扫描探针；近场扫描光学。按样品测试环境分：超高真空型；大气型；液体型；电化学型。7.扫描探针显微镜应用：样品表面原子、分子形貌及电子构造研究和三维成像；材料表面与薄膜纳米硬度、微摩擦力、粘弹性、弹性等力学性能研究；材料表面与薄膜电性能研究；材料表面与薄膜磁性能研究；材料表面与薄膜热导性能研究；材料与薄膜粗糙度、表面缺陷、污染状况以及相构成研究；半导体掺杂、电容及芯片研究；纳米尺度刻蚀和操纵以及纳米器件研究；电化学反映研究；实时生物表面活性、生物构造与功能关系研究等。8.表面构造分析：材料构造分析以衍射法为主，衍射办法重要有X射线衍射、电子衍射、中子衍射、穆斯堡谱、射线衍射等。9.耐热性能测试涉及：高温抗氧化性能测试、高温软化性能测试和热冲击性能测试等。10.绝缘性能测试办法：传递式绝缘破坏实验法、芯轴式绝缘破坏实验法和压紧式绝缘破坏实验法。11.空隙测定办法：物理法、化学法、电解显像法、显微镜观测法和绝缘测试法等。12.耐腐蚀性能测定：大气暴露实验、盐雾实验和SO2工业气体腐蚀实验。13.薄膜材料力学性能涉及薄膜强度、硬度、界面结合强度、残存应力和摩擦磨损性能等。14.薄膜材料力学性能测试办法：超显微硬度测试、纳米压入法、界面结合强度测试、摩擦磨损实验、内应力测量。1.X射线光电子能谱（XPS）重要用于表面化学成分和元素化学状态分析。运用XPS可对薄膜样品成分以及构成元素化学状态进行定性分析、定量分析以及深度剖面分析，反映其表面成分以及成分随深度变化。2.薄膜表面形貌评价：用扫描电镜(SEM)观测和评价非晶碳膜表面和断面形貌(SEM是运用聚焦电子束在试样表面扫描时激发各种物理信号来调制成像)；用原子显微镜(AFM)观测非晶碳膜表面三维形貌(AFM运用固定在具备弹性悬臂末端尖针，通过杠杆或弹性元件把阵间轻轻压在待测表面上，从样品一端到另一端进行扫描，通过检测样品表面和针尖之间互相作用力变化来获得薄膜表面三维形貌信息)。3.薄膜结晶状态与相构成分析：用X射线衍射仪(XRD)分析非晶碳膜结晶状态和相构成。X射线衍射仪分析基本原理：发生衍射现象条件是满足布拉格公式2dsin=n；掠入射XRD分析；非晶材料XRD分析。用选区电子衍射(SAD)对非晶碳膜进行微区构造分析。4.薄膜显微组织分析：用透射电镜(TEM)分析非晶碳膜显微组织(TEM是以波长极短单色电子束作为照明源，运用一系列电磁透镜将穿过试样电子信号放大成高辨别率，高放大倍数电子光学仪器普通TEM明、暗唱像可直观地材料表面厚度，晶粒尺寸，界面构造等大量微构造信息，高辨别透射电镜可直接观测到材料晶格排列、位错以及界面和晶界原子排列状况)；用高辨别透射电镜(HREM)观测非晶碳膜显微组织。5.薄膜价键构造分析：运用激光拉曼光谱评价非晶碳膜碳键构造；运用X射线电子能谱(XPS)拟定非晶碳膜碳键构造。6.薄膜厚度测量：用球面研磨法和扫描电镜断面法测量掺铬非晶碳膜薄膜厚度，分别属于机械法(金相法)和光学法。7.薄膜硬度测量：采用配备维氏压头显微硬度计测量掺铬非晶碳膜硬度，在加载50kg，保载15s条件下进行测试。8.薄膜内应力：是表征薄膜与基体接触界面间结合强度附着力和反映薄膜单位截面上承受来自基体约束作用力。薄膜内应力产生因素：由薄膜与基体热膨胀不同引起(热应力)；由薄膜生长过程中非平衡性或薄膜特有微观构造引起(内禀应力)。9.薄膜附着力评价：用压痕实验法评价非晶碳膜结合强度；用划痕实验法评价非晶碳膜结合强度(两种检测模式：声发射办法，切向力办法)。10.薄膜摩擦磨损性能检测：非晶碳膜摩擦性能测量：使用销-盘摩擦实验来评价非晶碳膜摩擦性能，并结合球面研磨法来评价非晶碳膜耐磨性能；非晶碳膜磨损率测量：用磨损率来评估非晶碳膜耐磨性。11.功能薄膜材料：指具备电、磁、声、光、热、过滤、吸附等物理性能及催化、反映等化学性能薄膜。按性能不同重要分为：电功能膜，磁功能膜，光功能膜，声功能膜，分离膜，催化膜，气敏膜；按材质不同分为：金属膜，玻璃膜，陶瓷膜，高分子膜，生物膜；也可按机理用途等分类。12.光电效应：物质受到光照射后来，经常会发生某些电学性质变化，即产生了光电效应。光电效应重要有光电导效应，光生伏特消音和光电子发射效应三种。物质受到光照射作用时，其电导率产生变化现象，称为光电导效应；如果光照到半导体p-n结上，在p-n结两侧就会浮现电势差，p区为正极，n区为负极，这一电势差可以用高内阻电压表测量出来，称为光生伏特效应；当金属或半导体受到光照射作用时，其表面和体内电子因吸取光子能量而被激发，如果被激发电子有足够能量，足以克服表面势垒而从表面离开，就会产生光电子发射效应。前两种因在物体内部发生，称为内光电效应，普通发生在半导体中；光电子发射效应发生在物体表面，称为外光电效应，重要发生在金属和半导体中。13.硅薄膜按结晶构造可分为单晶薄膜，多晶薄膜和非晶薄膜。单晶薄膜用于制造半导体器件和集成电路，多晶硅薄膜制造半导体期间，集成电路和太阳能电池，非晶硅薄膜重要用于制造太阳能电池。14.外延硅薄膜：在半导体技术中，单晶硅薄膜普通采用外延法制备，有气相外延，固相外延和分子束外延等，这样薄膜也常称为外延硅薄膜。15.外延硅薄膜解决了本来半导体器件技术中难以解决问题：在基片衬底上沉积一层电阻率较高外延硅薄膜作为晶体管集电区，级增大了晶体管功率，又提高了其截止频率和反向击穿电压；在半导体器件中采用外延硅薄膜后大大改进了晶体管频率响应、脉冲性能和开关特性；由于采用了外延工艺，同样使得双极型集成电路制造工艺大大简化。16.外延硅单晶薄膜中缺陷：表面缺陷和体内缺陷。表面缺陷有角锥体，云雾，小丘等，体内缺陷重要是堆垛层错和位错。17.在外延单晶硅薄膜中产生层错重要因素：外延硅膜生长温度过低；外延硅膜生长速率过快；衬底表面构造欠完美及表面被玷污。18.位错是晶体滑移区与未滑移区交界处形成原子排列畸变区，属于线缺陷。在外延单晶硅薄膜中形成位错因素：衬底原有位错在外延生长过程中被延伸到外延膜中；热应力引起衬底高温滑移；掺杂应力引起滑移。19.外延单晶硅薄膜中缺陷对半导体器件性能影响：角锥体和堆垛层错会使半导体器件表面浮现热斑，导致器件反向特性变软，击穿电压减少；正常温度下，堆垛层错和位错对半导体中载流子浓度影响很小，但可以大大变化载流子迁移率和寿命，使迁移率减少，正常温度下，堆垛层错和位错对这些参数影响会增大，层错和位错密度较高时，能使p-n结电物理性能浮现反常，破坏其反向特性，因素是缺陷处易发生杂质沉积，从而减少半导体可靠性。20.对于外延办法制备单晶硅薄膜而言，除了规定达到规定厚度和厚度均匀性外，最重要性能指标是缺陷限度，电阻率和杂质分布曲线，这些性能重要取决于外延膜生长条件，未专门掺杂外延膜纯度通惯用电阻率来评价。21.多晶硅薄膜制备及应用：通惯用化学气相沉积法制备。采用低压化学气相沉积法生长多晶硅膜构造收到生长温度、掺杂剂、杂质及沉积后热解决工艺强烈影响。在沉积过程中，薄膜晶粒大小随生长温度升高而增大，对多晶硅薄膜掺杂有增进其晶粒长大作用，多晶硅薄膜构造和择优取向与衬底种类关于。适于制造大面积p-n结，制造太阳能电池，且比单晶硅便宜，但多晶硅中存在晶界会影响太阳能电池能量转换效率。22.多晶硅薄膜性能：电学性能：未掺杂多晶硅膜具备很高电阻率，但掺杂多晶硅膜电阻率会随掺杂浓度增长而迅速减少；光学和光电性能：在可见光区域未掺杂和掺杂多晶硅膜折射率近似相等，掺杂薄膜稍低，在红外光区域，随掺杂剂量增长折射率减少，这归因于光辐射和载流子互相作用。多晶硅薄膜平均光电导率与晶粒大小、光照强度、吸取系数、薄膜厚度、晶界态密度(陷阱密度)以及陷阱俘获截面关于，电导率和晶界处复合电流密度都与晶粒大小成正比，平均光电导率随薄膜厚度增长而削弱，陷阱密度越高俘获截面越大，势垒高度越高，光电导减少。23.非晶硅薄膜：原子排列可以看作构成一种持续无规网络，它是长程无序，大多用于制造太阳能电池。只能采用沉积办法来得到。最重要沉积办法有真空蒸发纯硅，溅射硅靶以及辉光放电分解硅烷等。辉光放电法制备氢化非晶硅薄膜具备比其她办法大得多光电导，因而采用辉光放电分解法沉积a-Si:H薄膜。a-Si:H吸取系数光谱曲线符合非晶半导体吸取系数普通规律，其吸取系数曲线涉及三个区：由电子从价带扩展态到导带扩展态带间跃迁所决定高吸取区，重要由电子从价带扩展态到导带扩展态或从价带尾部局域态至导带扩展态跃迁所决定指数吸取区，及由带内跃迁(自由载流子吸取)和带尾之间跃迁所决定弱吸取区。24.磁光记录既光记录与磁记录于一体，具备很高存储密度和重复擦写功能。磁光记录优于普通记录因素是磁光薄膜具备垂直于膜面磁单轴异性，磁化强度在垂直于膜面方向自发平行取向，极小柱畴可形成非常高面密度。信息写入过程是薄膜矫顽力随温度变化来实现。25.作为实用磁光记录薄膜必要具备特性：具备垂直膜面磁各向异性，且Ku>2Ms2；具备矩形磁滞回线(Mr/Ms=1)和高高温矫顽力；具备高磁光记录敏捷度；大磁光效应(大克尔角k或大法拉第角F)；低磁盘写入噪声(没有或只有小晶粒)；足够高循环写入次数(不不大于106次)；良好抗氧化性，耐腐蚀性及长期稳定性；居里温度在400600K之间，补偿温度在室温左右。26.能满足规定磁光薄膜有三大类：稀土-过渡(RETM)金属非晶态慈光薄膜；Bi代石榴石磁光膜；Pt/Co系列多层调制膜。以TbFeCo非晶态薄膜为磁光记录介质磁光盘，具备便于携带，存储容量大，寿命长以及可重复接触擦写等长处，已用于计算机数据备份，联机数据存储和检索，工作站计算，文字解决，信号解决等方面。27.氮化铁薄膜材料相构造：-Fe2N相、-Fe4N相、-Fe3N相、-Fe16N2相。28.氮化铁薄膜材料制备办法：真空蒸镀法、分子束外延法、离子注入法、磁控溅射法。29.直流磁控溅射办法所制备薄膜生长机制：在基片不加热状况下，随氮气流量比增长，薄膜中N/Fe原子比增大；在表征基片加热条件下沉积氮化膜时发现，相似氮气流量比下，随着基片温度升高薄膜中氮含量减少；随氮气流量比减小，薄膜饱和磁化强度增大，随基片温度增长，薄膜饱和磁化强度也呈增大趋势；随氮气流量比增长，薄膜表面光滑度增长，而随基片温度升高，样品表面粗糙度有所增长；基片加偏压大小影响薄膜表面光滑度，各偏压下获得薄膜样品饱和磁化强度值比较接近，但是矫顽力随衬底偏压增大呈减小规律；一定条件下，增大励磁功率有助于富铁相沉积，随励磁功率增长薄膜表面变得光滑，晶粒则随之减小；磁控溅射获得Fe-N样品表面都具备自仿射分形特点，不同氮气流量及基片温度下，薄膜生长有不同标度指数。溅射沉积薄膜具备相似生长机制，薄膜生长表面存在一定限度空位或孔洞，表面有悬臂生长现象，薄膜生长过程中弛豫靠解吸完毕。30.磁阻：磁电阻是指引体在磁场中电阻变化，通惯用电阻变化/率描述。巨磁电阻(GMR)效应指某些磁性材料或合金材料多层膜磁电阻在一定磁场作用下急剧减小，而/急剧增大特性。分类：又磁场直接引起磁性材料正常磁电阻、与技术磁化相联系各向异性磁电阻、掺杂稀土锰氧化物中超大磁电阻、磁性多层膜和颗粒膜中特有巨磁电阻、隧道磁电阻等。31.对掺杂锰氧化物材料巨磁电阻效应研究表白：样品巨磁电阻行为随着有磁学性质变化；样品电阻率压力效应与施加外磁场效果相似；磁致伸缩测量显示，样品巨磁电阻行为亦与样品晶格变化相联系。32.锰氧化物薄膜制备工艺：重要办法是激光脉冲沉积(PLD)和磁控溅射(涉及直流磁控溅射和射频磁控溅射)技术。靶材制备与块样制备相似，普通有固态重复应法、溶胶凝胶法、溶液燃烧法。离子束溅射和分子束外延技术均可制备锰氧化物薄膜。用金属有机化学气相沉积法(MOCVD)可制备高质量、多组分薄膜。详细过程是先将试剂原料制成粉末样品，然后进行压制、烧结成靶，最后在进行镀膜。33.巨磁电阻薄膜材料应用：可使器件小型化、便宜化，重要用于高密度记录读出磁头、磁传感器、随身存储器、磁光信息存储、汽车、数控机床、非接触开关，卫星定位，家用电器，商标记别等。与光电传感器相比，有功耗小，可靠性高，体积小，价格便宜和更强输出信号及能工作于恶劣环境等长处。34.超硬薄膜：指由、和三个主族元素构成共价键单质薄膜或化合物薄膜，其显微硬度接近天然金刚石，符合原则薄膜有如下几种：金刚石膜；类金刚石膜(DLC)；立方氮化硼(c-BN)薄膜；氮化谈薄膜(-C3N4和CNx)；硼碳氮(BCN)薄膜；纳米多层构造薄膜和纳米晶复合薄膜。35.超硬材料重要特点：化学键以共价键为主，离子键成分很少；由元素周期表第二、三周期中、主族碳/氮化物或单质构成，元素原子半径很小。36.金刚石膜力学性能及应用：硬度和弹性模量极高，摩擦系数很小，具备较好耐磨和减摩性能，金刚石膜用于涂于车刀，能提高刀具使用寿命，满足高精度机械零件加工规定，薄膜与钻头结合强度较好，可用于商业领域，用金刚石膜制作拉丝膜，加工效率高，可持续拉制，使用寿命长，产品质量好，表面光滑，精度高。金刚石膜刀具最大缺陷是不能加工钢铁零件，刀尖上高温能使金刚石与铁发生化学反映，加速刀具磨损，在高速车削过程中此现象很明显。37.CVD金刚石膜在半导体器件中应用：是良好电绝缘体，在沉积过程中可通过掺杂形成p行或n型半导体，可制成在高温、高频、高功率或强辐射条件下稳定工作大规模集成电路，金刚石膜高热导率，化学性质稳定，辐射抗力，硬度，生物相容性好特性可使其在极限热、压力、辐射条件和化学环境介质中成为抱负传感器材料。金刚石膜传感器可与集成电路结合起来，构成微电子机械系统(MEMS)，还可用于辐射探测器，制成微波源使用碰撞离化时间传播二极管。38.CVD金刚石膜在光学方面应用：在所有固体薄膜材料中，金刚石投射光谱带最宽，且抗辐照损伤性强，若能减少沉积薄膜中伴生碳和其他杂质，则可用于X射线或红外窗口材料，同步控制一定晶粒尺寸，可得到光学清洗不散射光学膜，光刻软X射线掩膜衬底，雷达罩以及导弹头罩，但由于CVD金刚石膜生成温度较高，残存应力答，薄膜玻璃过程易破碎，难制成大面积可玻璃薄膜。39.CVD金刚石膜在热学和声学方面应用：金刚石膜是电子封装绝好材料，可作为高性能多芯片电子模块基板，还可作为半导体热沉、热敏电阻及高敏捷度温度计等，涂于扬声器钛振膜表面可制造宽音频，高保真扬声器。40.CVD金刚石膜重要制备工艺：常用制备办法有直流电弧法、直流等离子体喷射法、微波等离子沉积法、热丝合成法、火焰合成法等。41.直流电弧法：指在两个有一定距离平行点电极之间加上直流电压，使反映器中气体受激发电离成等离子体。该办法特点是：可通过升高电压，增大电极间距和电极面积而扩大金刚石膜沉积面积；未经表面解决衬底也易于沉积金刚石膜，并且沉积速度较快；沉积过程容易抑制，薄膜与衬底附着性能好；其缺陷是对衬底必要采用水冷却，不能应用于低熔点材料；由于电极处在反映室内，沉积薄膜也许受污染。42.微波等离子沉积法：运用微波进行气体活化合成金刚石膜。该工艺特点：通过气体分子离解，产生活性离子效率较高，电子密度大，有助于金刚石形核；电子动能大，形成金刚石膜气体压力范畴款，沉积速率可达到每小时数微米；沉积时，衬底温度较低，合成金刚石膜结晶性和质量重现性均较好；要增大沉积面积，必要大大提高微波功率和放电区域，并需要精准有效地控制等离子体，设备制造费用大为增多；微波办法所能达到金刚石生长速率有限，阻碍影响走向产业化进程。43.在微波等离子体化学气相沉积（MWCVD）和热丝化学气相沉积（HFCVD）金刚石膜过程中，影响金刚石膜形核和生长重要工艺参数：衬底温度、气源成分、气体温度、衬底直流偏压、气体压强。44.天然金刚石很少因素：普通条件下，石墨生长速率远不不大于金刚石生长速率，它们之间竞争生长使石墨覆盖了任何也许形成金刚石晶核；石墨和金刚石之间存在高势垒，使石墨向金刚石转化十分困难。45.在沉积过程中掺入大量氢，可抑制石墨形核生长，从而在非高温高压条件下合成金刚石膜。CVD金刚石膜形核和生长动力学可分为如下几种方面：具有碳和氢入射气体被热丝、微波、直流电弧等加热而活化，并转变成等离子体态；氢和碳等离子体随入射气体一同扩散或被喷送到衬底表面，在衬底表面上沉积并形成sp2和sp3碳杂化态，即形成动力学上稳定石墨、无定形碳和亚稳态金刚石构造；氢和其他元素(如氧、氯、氩等)等离子体能刻蚀sp2和sp3键，但由于其对sp2键刻蚀速率远远不不大于sp3键，因而金刚石膜能成和并长大。46.直接在铁基材料上沉积金刚石膜存在障碍因素：铁对碳形成有强催化作用，会促使sp2杂化无定形碳和石墨生长，因而在铁基衬底上沉积出金刚石是附着在一层松软黑色碳层上，而不是在表面碳化铁基材料上生长；碳在铁基材料中扩散系数很高，易在表面附近生成铁碳化物，使衬底表面变脆，严重减少其使用性能；由于沉积金刚石膜和铁基衬底有如前所述含碳层及金刚石和铁基材料热导率差别很大，导致金刚石膜在铁基表面附着力很低，因而在铁基材料上预先制备过渡层或表面改性是有效解决办法。47.金刚石膜WC-Co硬质合金工具衬底上直接沉积也很困难，重要受到Co对碳有很高溶解度，使金刚石膜形核孕育期过长，不易形核。去除Co不利影响办法有：用算溶液侵蚀去除硬质合金表面Co；采用低Co甚至无Co硬质合金工具作为衬底；添加过渡层；激光解决；化学热解决。48.热丝CVD技术设备简朴，过程易控制，薄膜生长质量好，速率恰当，通过增长热丝排列根数，即可扩大生长面积，是发展大面积、高速率，高质量气相生长金刚石膜工业化生产良好工艺。热丝CVD大面积优质金刚石膜形成和生长条件：均匀热丝温度；均匀衬底温度；衬底表面附近均匀气体温度；衬底表面附近均匀气体质量流密度；均匀衬底偏压电场。49.在硅(100)上生长高取向金刚石膜四个环节：等离子体预解决，碳化，偏压形核和无偏压生长，日后发现不需要碳化环节。高取向金刚石晶粒一方面是在偏压形核环节内形成，然后生长成持续(100)织构金刚石膜。50.金刚石膜品质检测手段：拉曼光谱测量薄膜构造、纯度和薄膜内应力状况；X射线衍射仪分析金刚石膜晶体构造；用扫描电镜观测薄膜表面形貌及测量成核密度和生长速度；用红外光谱分析薄膜红外透过率，透过率越高，薄膜纯度越高；薄膜与衬底界面结合力是金刚石膜工具重要评价指标，采用压痕法定性分析。51.具备高比例sp3构造类金刚石膜存在如下问题：在DLC膜中存在着很大压应力导致薄膜与基体结合强度很低。DCL膜在许多基体表面不易成膜，膜厚稍大即自行剥落。DCL膜与基体之间脆弱结合强度不但使得可沉积薄膜厚度受到了很大限制，也使其在使用过程中容易发生早起失效，由于严重限制了其工业应用；DCL膜热稳定性较低，其最高工作温度大概为400500，这使得DCL膜在高速切削刀具及热作模具上应用受到交较大限制；DCL膜与各种金属接触时会发生触媒效应，这大大限制了DCL膜在钢铁基体上及加工钢铁材料工、模具上应用。52.DCL膜中混合有不同比例sp3和sp2杂化构造，晶体构造为非晶，是长程无序，但其中也许具备短程有序或尺寸很小微晶区。DCL膜普通被分为含氢DCL膜和无氢DCL膜两大类。53.DCL膜模型：两相构造模型(TP模型)。该模型以为DCL膜构造可以描述为具备sp2咋花类石墨团簇镶嵌在由具备sp3杂化碳原子构成骨架中；完全约束网络模型(FCN模型)：该模型以为碳原子形成充分横向交联无规则网络时，其自由度为零，网络是完全约束。54.非晶碳膜性能：力学性能。普通以为DLC膜硬度重要取决于薄膜sp3杂化构造含量，sp3杂化构造含量越高，薄膜硬度越大，不同沉积办法制备DCL膜硬度差别很大；其弹性模量受薄膜中所包括sp3杂化构造和sp2杂化构造比例影响，sp3杂化构造比例越高，薄膜弹性模量越大；DCL膜中存在着高达GPa量级压应力；非晶碳膜内应力，弹性模量和硬度彼此成正比关系，薄膜硬度越大，内应力越大。摩擦学性能。DCL膜在摩擦因数方面有明显优势；工作环境状况对DCL膜摩擦性能影响很大；DCL膜可保持很低磨损率，具备良好耐磨性能。光学性能。具备较大光学带隙，薄膜sp3杂化构造含量越高，光学带隙越高；用磁控溅射法制备DCL膜时，薄膜折射率随溅射功率增长而缓慢增大，随镀膜室氩气压力升高而减小。电学性能。普通含氢DCL膜电阻率比不含氢薄膜电阻率高，薄膜中掺杂金属时，电阻率较低；具备较低电子亲和势；DCL膜电子发射具备阀值电场低，发射电流稳定，电子发射面密度均匀等长处。化学稳定性。纯DCL膜是一