薄膜材料与技术复习题.docx
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薄膜材料与技术复习题
、选择题:
1、所谓真空,是指:
()
A、一定的空间内没有任何物质存在;
B、一定空间内气压小于1个大气压时,气体所处的物理状态;
C、一定空间内气压小于1MPa时,气体所处的物理状态;
D、以上都不对
2、以下关于CVD特点的描述,不正确的是:
()
A、与溅射沉积相比,CVD具有更高的沉积速率;
B、与PVD相比,CVD沉积绕射性较差,不适于在深孔等不规则表面镀膜;
C、CVD的沉积温度一般高于PVD方法;
D、CVD沉积获得的薄膜致密、结晶完整、表面平滑、内部残余应力低
3、关于气体分子的平均自由程,下列说法不正确的是:
()
A、气压越高,气体分子的平均自由程越小;
B、真空度越高,气体分子的平均自由程越长;
C、温度越高,气体分子的平均自由程越长;
D、气体分子的平均自由程与温度、压力无关,取决于气体种类
4、下列PECVD装置中,因具有放电电极而存在离子轰击、弧光放电所致的电极损坏潜在
风险和电极材料溅射污染薄膜问题的是:
()
A、电容耦合型;B、电感耦合型;C、微波谐振型;D、以上都不对
5、按真空区域的工程划分,P=10-4Pa时,属于()区域,此时气体分子的运动以()为主。
A、粗真空;B、低真空;C、高真空;D、超高真空;
6、下列真空计中,()属于绝对真空计。
A、热偶真空计;B、电离真空计;C、Pirani真空计;D、薄膜真空计
7、CVD沉积薄膜时,更容易获得微晶组织薄膜的方法是:
()
A、低温CVD;B、中温CVD;C、高温CVD;D、以上都不对
8、下列真空泵中,()属于气体输运泵。
A、旋片式机械泵;B、油扩散泵;C、涡轮分子泵;D、低温泵
9、低温CVD装置一般指沉积温度<()的CVD装置。
A、1000C;B、500C;C、900C;D、650C
10、下列关于镍磷镀技术的说法中,正确的是:
()
A、所获得的镀层含有25wt%左右的P而非纯Ni,所以也称NiP镀;
B、低P含量的镍磷镀镀层致密,硬度可达到与电镀硬Cr相当的水平;
C、高P含量的镍磷镀镀层无磁性;
D、可直接在不具有导电性的基体上镀膜
11、关于LPCVD方法,以下说法中正确的是:
()
A、低压造成沉积界面层厚度增加,因此薄膜沉积速率比常压CVD更低;
B、低压造成反应气体的扩散系数增大;
C、低压导致反应气体的迁移运动速度增大;
D、薄膜的污染几率比常压CVD更低
12、气相沉积固态薄膜时,根据热力学分析以下说法中不正确的是:
()
A、气相过饱和度越大,固态新相形核能垒越低;
B、气相过饱和度越大,固态新相形核能垒越高;
C、气相过饱和度越大,固态新相临界晶核尺寸越大;
D、固态新相的形核能垒和临界晶核尺寸只取决于沉积温度(过冷度)
13、溅射获得的气相沉积原子是高能离子轰击靶材后,二者通过级联碰撞交换能量的结果,
因此入射离子能量()时更容易发生溅射现象。
A、极高;B、极低;C、适中;D、固定不变
14、薄膜-基片间浸润性较差时,薄膜往往以()模式生长。
A、岛状;B、层状;C、层状-岛状;D、随机
15、以下关于闪烁蒸发技术的描述,正确的是:
()
A、其蒸发温度和电阻加热蒸发相近;
B、不存在沉积物成分偏离蒸发材料成分的问题;
C、由于可使材料瞬间蒸发,因而可以沉积高熔点难蒸发材料如W、Mo、石墨等;
D、蒸发过程中大量释放气体,易导致“飞溅”
16、在简单二极直流辉光放电系统中,从阴极到阳极会出现一系列明暗交替的辉光区和暗区,其中()是二次电子和离子的主要加速区,该区域内的压降占整个放电电压的绝大部分,而其后的()是正离子、电子浓度最高和辉光最强区。
A、阿斯顿暗区;
B、阴极暗区;C、法拉第暗区;
D、阳极暗区;
E、阴极辉光区;
F、负辉光区;G、正辉光区;
H、阳极辉光区
17、下列蒸发物质中:
()属于易升华材料;()能够在
1000C以下温度实现蒸发;蒸
发温度最高的是(
)。
A、Ti;B、Al;
C、Zn;D、W;E、石墨;
F、Mo;G、Co;H
Cu
18、溅射产额是指:
()
A、单位时间内,从单位面积靶材中溅射出的原子个数;
B、平均每个正离子轰击靶材时,可从靶材中溅射出的原子个数;
C、单位体积靶材在单位时间内发射的原子数;
D、薄膜表面上单位面积上平均接收到的靶材原子个数
19、以下关于薄膜内应力的说法中,正确的是:
()
A、过高的拉应力往往使薄膜局部开裂、脱落;
B、过高的压应力往往使薄膜局部起皱、剥落;
C、内应力主要源自于热应力和生长应力;
D、热应力只可能是拉应力状态
20、薄膜的附着力与薄膜材料、基片材料的表面能及膜-基界面间的界面能有关,以下说法中正确的是:
()
A、薄膜材料的表面能越高,薄膜的附着力越高;
B、基片材料的表面能越高,薄膜的附着力越高;
C、膜-基界面间的界面能越高,薄膜的附着力越高;
D、膜-基界面间的界面能越低,薄膜的附着力越高
21、沉积()薄膜时,更容易获得非晶薄膜。
A、纯金属;B、合金;C、无机化合物;D、非金属单质
22、Ar+的入射角=()时,其溅射产额最高。
A、90。
(垂直于靶面);B、45。
;C、80。
;D、60。
23、用石墨作为待蒸发物质沉积碳薄膜,宜采用的蒸发方法是:
()
D、以上都不对
A、电阻加热蒸发;B、闪烁蒸发;C、电弧放电加热蒸发;
24、根据新相自发形核理论,以下条件下中可提高临界核心面密度的是:
()
A、提高气相压力;
B、降低气相压力;
C、提高沉积温度;
D、固定气相压力和沉积温度不变
25、入射离子能量E满足()的条件时,溅射产额大致正比于E2。
A、E<150eV;B、E=150-104eV;C、E>104eV;D、E>105eV
26、PECVD—般工作温度低于500C,所以属于()CVD装置。
A、低温;B、中温;C、高温;D、常温
27、以下真空计中,更适合气体有腐蚀性的真空系统压力测量的是:
()
A、电离真空计;B、热偶真空计;C、薄膜真空计;D、皮拉尼真空计
28、()主要采用强非金属性元素的氢化物和金属烷基化合物作为原料气体。
A、MOCVD;B、LPCVD;C、PECVD;D、普通CVD
29、以下关于PECVD的说法中,正确的是:
()
A、PECVD沉积薄膜的质量优于传统CVD;
B、PECVD的设备成本较高;
C、PECVD属于低温沉积,所获薄膜内应力小、不易破损;
D、PECVD在工业领域应用的广泛程度已超过各种普通CVD方法。
30、气压P=8.0XI。
-7
torr时,相当于
P=
()Pa、(
)atm或()bar,此时的真
空状态属于()区域,
气体分子运动具有(
)特征。
A、1.07X10-4;B、
6.00X10-9;
C、
1.05X10-9;
D、6.08X10-4;
E、1.07X10-9;F、
6.00X10-4;
G、
粗真空;
H、低真空;
I、高真空;J、超高真空;K、
分子流;L、
粘滞流;
M、粘滞-分子流N、以上都不对
31、()是指在含有金属离子的溶液或熔盐中通直流电,使阳离子在阴极表面放电,从而在作为阴极的基片表面还原出金属,获得金属或合金薄膜的沉积方法,根据法拉第电解定律,利用CuSO4溶液作为电解质,要在基片上析出16g重的纯Cu膜理论上至少需要()库
仑的电量(已知Cu的摩尔质量为64g/mol)。
A、阳极氧化;B、镍磷镀;C、电镀;D、微弧氧化
E、24125;F、48250;G、96500;H、193000
、填空题
1、表征真空度的气体压强单位制主要有制、制、制和
制等,这些单位可方便地进行换算,如:
0.0133torr=Pa=atm=PSI=bar。
2、为了研究和工程应用的便利,常将真空划分为、、、
、等几个不同压强范围区域,例如:
涡轮分子泵的启动气压约为1Pa左右,按照一般工程划分标准此时的气压属于范围。
3、CVD沉积装置一般由三个基本部分构成,分别是:
、
和,CVD沉积工艺控制最重要的两个参数是:
和。
4、PECVD装置可分为型、型和型三类,ECR
PECVD属于其中的型;按耦合方式不同,射频耦合型又可分为耦
合式和耦合式两类。
5、是指在含有被镀金属离子的溶液或熔盐中通直流电,使阳离子在阴极表面放电,从而在作为阴极的基片表面还原出金属,获得金属或合金薄膜的沉积方法,其过程满足
定律:
即电流通过电解质溶液时,流经电极的与的物质的量成正比,例如:
由AgNO3溶液中析出1摩尔纯银需要库仑电量,而
电镀Zn时要沉积39g纯Zn膜则需要库仑电量(已知Zn的摩尔质量为65g/mol)。
6、CVD化学气相沉积反应主要有反应、反应、反应、反应、
反应和反应等几种主要类型。
7、PVD包括三个分别对应气相物质的产生、输运和沉积过程的阶段,这三个阶段分别是:
1)从发射粒子(气相原子、分子、离子);2)激发粒子输运到;3)气相
粒子在基片上。
蒸发与溅射相比,在第1阶段的主要区别在于:
是通过外加能量加热源材料使之克服逸出功而发生气态热逸出,而是通过高能粒子
轰击靶材,通过碰撞输入传递能量使具有更高动能的靶材粒子逸出。
8、蒸发镀膜装置主要包括、、、、
和等。
9、实现蒸发沉积薄膜的基本条件是小于其,可通
过以下三种途径实现:
1)提高待蒸发材料的;2)降低系统的;3)降低待蒸发材料的。
10、溅射装置按电极特性可分为、和,其中能实现绝缘
体和半导体靶材溅射沉积的是;根据溅射沉积物质与靶材是否同质进行分类,
可分为常规溅射和。
11、薄膜的初期生长主要有三种模式,分别为:
模式、模式和
模式,总体而言,模式形核功小,形核容易;模式生长时弹性错配能低,生长易进行。
12、蒸发沉积初期成膜过程的实验观察表明:
随着名义膜厚的不断增加,其过程一般可分
为、、、、
五个阶段。
13、为表征薄膜成分,可采用的入射粒子束主要有束、束和束等,
而携带薄膜成分信息的出射束可以和入射束类型一致,也可以不同,例如:
RBS分析的入
射束和出射束均为束;XPS分析的入射束为X射线束,而出射束为束。
14、可实时监测薄膜厚度及沉积速率的方法主要有法、
法、法和光学干涉法;而薄膜厚度的后效测量除光学干涉法外,还可以采
用原子力显微镜、仪和仪实现。
15、采用球痕(Ball-Crater)法测量多层超硬薄膜厚度时,假设已知硬质合金磨球的直径为25mm,TiN、
TiCN、DLC层的横向延伸宽度分别为50心、100心
和50Jm(如右图所示),磨穿区域直径d约为
200^m,则该薄膜的总厚度约为,TiN层、
TiCN层及DLC层的厚度分别为、
三、简答题
1、真空如何定义(概念)?
如何表征?
有哪些单位制?
如何换算?
2、为什么要划分真空区域?
其依据是什么?
关键参数如何定义?
3、工程上如何划分真空区域?
各个真空区域的气体分子的物理运动特征如何?
4、什么是吸附和脱附?
为什么要关注?
其主要机制和影响因素有哪些?
5、真空泵可分为哪两大类?
简述各类包括的常用真空泵类型及其工作压强范围。
6、分析说明实用的真空抽气系统为什么往往需要多种真空泵组成复合抽气系统?
7、各举一例比较气体输运泵和气体捕获泵工作原理的不同。
&真空计如何分类?
图示说明至少2种常用真空计的工作原理、工作范围、适用场合以及优、缺点。
9、化学方法制备薄膜的主要特征是什么?
基本分类如何?
10、什么是化学气相沉积?
有哪些技术优势?
各举一例说明其主要化学反应类型。
11、填充完成CVD设备的基本构成示意图,简述CVD形成薄膜的一般过程。
去除副产品
―>f
i
12、分析对比激光辅助CVD、光化学气相沉积和PECVD的异同点。
13、图示说明阳极氧化生长薄膜的基本步骤,分析为什么阳极氧化需要高的极间电压且薄
膜生长厚度存在极限。
14、化学镀镍为什么又被称为NiP镀?
根据含P量高低可分为哪三类,各自性能如何?
总
体而言NiP镀有哪些优点和不足?
15、什么是溶胶-凝胶技术?
有哪些技术要求?
16、什么是物理气相沉积(PVD)?
举例说明PVD的主要过程。
17、真空蒸发装置一般包括哪三个组成部分?
何者为最关键的部分,主要需要完成哪些功
18、真空蒸发装置主要包括哪些类别?
选择三种典型蒸发装置,比较其原理、特点和适用领域。
19、画出直流辉光放电的伏安特性曲线,解释说明放电区域的划分、以及不同放电阶段的放电现象和伏安特性变化特征,最后解释溅射镀膜工作区域的选择及理由。
20、选择三种典型溅射装置,比较其镀膜原理、工艺特点和适用领域。
21、与蒸发法相比,溅射镀膜主要有哪些优点和缺点?
溅射装置可以按哪些特性分为哪些类别?
22、简述磁控溅射的出发点和实现方法,并图示说明磁控溅射实现电子磁约束的原理。
23、选择三种典型的离化PVD技术,比较其镀膜原理和特点。
24、分析说明离子束溅射和离子束辅助溅射沉积的区别。
25、试以表格形式比较蒸发、溅射和离子镀三种PVD技术的镀膜原理和特点。
26、图示说明薄膜的初期形成过程一般分为哪几个阶段、各阶段的主要现象如何?
27、简述薄膜的主要生长模式如何分类,以及每类生长模式各自的出现条件和特点。
28、根据新相自发形核理论,简述薄膜临界核心面密度n*的主要影响因素及各自的影响规律,并解释说明要获得均匀平整薄膜沉积的基本条件和实现途径。
29、根据薄膜非自发形核理论,简述非自发形核率(dN/dt)的主要影响因素,并解释说明
吸附气体原子的脱附激活能、扩散激活能和临界形核势垒对其影响规律和内在机制。
30、根据薄膜非自发形核理论,分析并图示说明沉积速率和基片温度如何影响所获薄膜的组织特征(为什么高温低速沉积往往获得粗大或单晶结构薄膜,而低温高速沉积有利于多晶或非晶薄膜产生?
)。
31、图示说明连续薄膜形成时三种可能的核心吞并互连机制及其驱动力的异同。
32、溅射薄膜主要有哪四种结构形态?
根据Thornton模型图示说明其形成条件、形成特点、组织、性能和表面形貌特征。
33、画出低温抑制型薄膜生长时,沉积原子入射方向角在0-89。
之间变化时,其纤维状
结构的生长角随的变化规律曲线,并依据该曲线分析在什么范围时,纤维结构的
生长方向与入射来流的方向出入较小、何时出入最大?
34、图示说明溅射气体压力、沉积温度及基片负偏压等工艺参数对溅射薄膜内应力状态及
水平的影响规律,分析怎样才能在获得较致密T型组织的同时,获得适度的膜内压应力状
^态。
35、图示说明薄膜-基体界面形态主要有哪四种?
各有何特点?
附着力如何?
36、薄膜材料的表征一般可分为哪几大类?
37、薄膜厚度和沉积率的实时监测主要有哪些方法?
已镀制薄膜厚度的测量方法主要有哪
些?
其中哪些可用于透明薄膜的厚度表征?
38、选择三种膜厚/沉积速率表征法,图示说明其测量原理、特点和适用场合。
39、列表比较常用薄膜成分表征方法的入射束、出射束、可探测元素范围、探测极限、空
间分辩率和深度分辨率等特性,并说明哪些方法可用来分析原子的化合态?
分析方法
元素范围
探测极限
空间分辩率
深度分辨率
入射束
岀射束
EDX
AES
XPS
RBS
SIMS
40、薄膜附着力目前是否有完善的定量表征方法?
图示说明其主要表征方法的实现原理。
41、图示说明薄膜截面TEM样品的基本制备步骤和TEM电子衍射花样特征与薄膜组织特
征的一般对应关系。
数据,确定图中各种金属在该设备上实现蒸发条件要求的蒸发温度,指出其中哪些材料不能在该设备上实现蒸发镀膜。
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