半导体薄膜技术与物理第一章讲稿.ppt

《半导体薄膜技术与物理第一章讲稿.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《半导体薄膜技术与物理第一章讲稿.ppt（23页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、半导体薄膜技术与物理第一章第一页，讲稿共二十三页哦薄膜材料科学与技术作用 The Materials Science of Thin Films by Milton Ohring Preface Thin-film science and technology play a crucial role in the high-tech industries that will bear the main burden of future American competitiveness.While the major exploitation of thin films has been in

2、microelectronics,there are numerous and growing applications in communications,optical electronics,coatings of all kinds,and in energy generation and conservation strategies.A great many sophisticated analytical instruments and techniques,largely developed to characterize thin films and surfaces,hav

3、e already become indispensable in virtually every scientific endeavor irrespective of discipline.第二页，讲稿共二十三页哦主要参考书目中文：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。英文The materials science of thin

4、films,Milton Ohring，1991 Handbook of thin-film deposition processes and techniques，Krishna Seshan，Noyes Publications，2002。第三页，讲稿共二十三页哦第一章 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。第四页，讲稿共二十三页哦1.1.1 真空的定义1.1 真空的基本概念压力低于一个大气压的任何气态空间压力低于一个大气压的任何气态空间气体处于平衡时，气体状态方程 P=nkTP=nkTP：压强（Pa），n：气体分子密度

5、（个/米3），k：玻尔兹曼常数（1.3810-23 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=NAk，NA：阿佛伽德罗常数（6.0231023/mol）（个/米3）在标准状态下，任何气体分子n=31019个/cm3P=1.3310-4Pa,T=293K,n=3.21010个/cm3“真空”是相对的TP107.2n22RTMmPV 第五页，讲稿共二十三页哦1.1.2 真空表示气体热运动概率：气体热运动概率：自由程：自由程：分子直径 MRT2NPNAnl221lP=0.667(cm.Pa)tconsPlnRTltan22)c

6、m(667.0Pl T=25第六页，讲稿共二十三页哦1.1.3 真空度单位国际单位制：压强 压强高，真空度低 压强低，真空度高几种单位间换算：米千克秒制：1Pa=1N/m2=1Kg/ms2=10达因/cm2=7.510-3Torr1毫米汞柱（mmHg）=1/760 atm=133.3Pa=1.00000014Torr 1Torr1巴（bar）=105Pa第七页，讲稿共二十三页哦1.1.4 区域划分 为了便于讨论和实际应用，常根据各压强范围内不同的物理特点把真空划分为粗真空、低真空、高真空和超高真空四个区域。第八页，讲稿共二十三页哦1.2 真空的获得工具真空泵iiiiiiiuidtdpSVSQP

7、P/Pui：泵对i气体的极限压强（Pa）Qi：室内各种气源（PaL/s）Si：泵对i气体的抽气速率（L/s）Pi：i气体的分压（Pa）V：真空室容积（L）第九页，讲稿共二十三页哦真空泵的种类及工作原理：初始压强00P )(nnVVVPP：泵内空腔体积V 01VVVPP1 1、机械泵：、机械泵：组成部件：定子、转子，嵌于转子的两个旋片以及弹簧工作原理：玻意-耳马略特定律，PV=K。P1(V+V)=P0V V：真空室体积第十页，讲稿共二十三页哦旋片式机械泵结构(剖面)图工作原理图第十一页，讲稿共二十三页哦机械泵的机械泵的抽气速率抽气速率理论抽速理论抽速：S=2V（升/秒）转速=1000转/分，V=

8、1/4升，S=500升/分=8升/秒实际抽速实际抽速：考虑到有害空间，实际比理论小，有一系数v0S ,PP ,)1(2HmPPVvSmH泵油的作用泵油的作用：密封润滑和冷却机械泵的局限性：机械泵的局限性：对水蒸汽等可凝性气体存在很大困难第十二页，讲稿共二十三页哦油扩散泵结构及工作原理 2 2、扩散泵、扩散泵第十三页，讲稿共二十三页哦工作原理：工作原理：依靠从喷嘴喷出的高速（200米/秒）高密度的蒸汽流而输送气体以油为工作蒸汽的称为油扩散泵必须与机械泵配合使用Pf：前级真空压强n：蒸汽分子密度U：油蒸汽速度L：出气口至进气口的蒸汽扩散长度D0：=常数第十四页，讲稿共二十三页哦真空室放气阀真空室预

9、阀粗抽管道低阀前级管道机械泵放气阀机械泵马达电源加热电源扩散泵管道高真空阀真空规管水冷障板马达电源机械泵机械泵放气阀图17 机械泵和扩散组成的典型真空系统第十五页，讲稿共二十三页哦3、分子泵卧式涡轮分子泵的结构示意图第十六页，讲稿共二十三页哦工作原理：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、升华泵可见参考书第十七页，讲稿共二十三页哦1.3 真空测量1、热真

10、空计、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（皮拉尼（Pirani）真空计）真空计：测定因温度变化引起灯丝电阻的变化B、热电偶热电偶：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材料和接点温度接点温度有关 （2）中间导体定律中间导体定律：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。第十八页，讲稿共二十三页哦皮拉尼真空计热电偶真空计第十九页，讲稿共二十三页哦LrTTTMRPQ1221322单

11、位时间内气体分子从加热灯丝表面传递到热真空计玻璃管的热量若确定，Q3与压强P成正比；实际上：气体分子与固体表面的碰撞过程非常复杂 难确定 很难计算出Q3 通常需用绝对真空计较准高真空时，自由程lr2-r1(r2玻管半径)，由于压强很低，Q3Q1-Q2，Q3与压强无关。称为聚合系数；T1和T2分别为热丝和玻管温度；r1和L分别为热丝的半径和长度第二十页，讲稿共二十三页哦2、电离真空计、电离真空计eeMMe工作原理：工作原理：灯丝F发射热电子，发射的热电子（e）被加速极A加速，碰撞气体分子（M）而使其电离，电离产生的离子数和气压P成正比eiIIP Ii:离子收集极C得到的离子流Ie:加速极A得到的电子流两者之比称为电离系数第二十一页，讲稿共二十三页哦热阴极电离真空计第二十二页，讲稿共二十三页哦假设：阴极与离子收集极的间距为d 电子的平均自由程为le 电子每与气体分子碰撞一次就能产生一次电离 eeildIIlle24cmPl667.0dPIIei26.0KPIIei计算的P要较压缩真空计实际测得的压强低故改为已知得第二十三页，讲稿共二十三页哦