《薄膜材料与技术》复习资料总结.docx

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《薄膜材料与技术》复习资料总结

【讲义总结】

1．真空区域的划分:

①粗真空（１ｘ１0５~１x102Pa）。

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;②低真空（1x102~1x1０-1）。

低真空时气体分子的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;③高真空（1ｘ10-1~１ｘ10-6）。

当达到高真空时,气体分子的流动已经成为分子流状态,以气体分子与容器壁间的碰撞为主，且碰撞次数大大减小，蒸发材料的粒子沿直线飞行;④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，分子与器壁的碰撞机会更少。

2.获得真空的主要设备：

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输泵,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：

指使用标准容器做负载时，真空泵按规定的条件正常工作一段时间后，真空度不再变化而趋于稳定时的最低压强。

5．凡是利用机械运动来获得真空的泵称为机械泵，属于有油类真空泵。

6．旋片式真空泵泵体主要由锭子、转子、旋片、进气管和排气管等组成。

7.真空测量：

指用特定的仪器和装置,对某一特定空间内的真空度进行测定。

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：

是利用某种物理过程实现物质原子从源物质到薄膜的可控转移过程。

特点：

①需要使用固态或熔融态的物质作为沉积过程的源物质；②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应；③需要相对较低的气体压力环境，这样其他气体分子对于气相分子的散射作用较小,气相分子的运动路径近似直线；④气相分子在衬底上的沉积几率接近１00%。

在物理气相沉积技术中最基本的两种方法是蒸发法和溅射法。

9.蒸发沉积薄膜纯度取决于:

①蒸发源物质的纯度;②加热装置、坩埚等可能造成的污染；③真空系统中的残留气体。

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：

利用带有电荷的离子在电场中加速后具有一定动能的特点,将离子引向由欲溅射材料制成的靶材。

在离子能量适合的情况下,入射离子在与靶材表面原子碰撞过程中将其溅射出来。

这些被溅射出来的原子具有一定动能,并沿一定方向射向衬底，从而实现薄膜在衬底上的沉积。

１2.蒸发法的特点：

与溅射法相比显著特点之一是其较高的背底真空度。

在较高的真空度下，不仅蒸发出来的物质原子或分子具有较长的平均自由程，可以直接沉积到衬底表面上,而且还可以确保所制备的薄膜具有较高的纯度。

13.溅射镀膜的主要优点:

①镀膜质量好；②膜/基结合强度高；③均镀能力强。

14．溅射沉积的主要特点：

与蒸发法相比①沉积原子能力较高,因此薄膜的组织更致密，附着力也可以得到显著改造;②制备合金薄膜时，容易实现对薄膜成分的准确控制;③可方便地进行高熔点物质的溅射和薄膜制备，溅射靶材可以是极难熔的材料；④可利用反应溅射技术，用金属靶材制备化合物薄膜；⑤由于被沉积原子均携带有一定的能量，因而有助于改善薄膜对于复杂形状的衬底表面的覆盖能力,降低薄膜表面的粗糙度和孔隙率。

1５．溅射方法分类:

直流溅射、射频溅射、磁控溅射、反应溅射和离子束溅射。

16.磁控溅射离子束镀膜的主要特点:

①薄膜质量高;②膜/基结合强度高;③实现材料的表面合金化。

1７.非平衡磁控溅射离子镀技术。

特点:

①离子束流密度高;②衬底偏压低；③薄膜的结合强度高;④沉积速率低。

应用领域:

①制备薄膜磁头的耐磨损氧化薄膜;②制备硬质薄膜；③制备切削刀具和模具的超硬薄膜；④制备固体润滑膜；⑤制备光学薄膜。

18.引起衬底温度升高的能量来源:

①原子的凝聚能;②沉积原子额平均动能；③等离子体中的其他粒子,如电子、中性原子等的轰击带来的能量。

19.交流溅射:

使用交变电压进行薄膜溅射的方法。

分类：

采用正弦波电源的中频溅射法和采用矩形脉冲波电源的脉冲溅射法。

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的物理气相沉积方法。

２１．离子镀的主要优点：

它所制备的薄膜与衬底之间具有良好的结合力,且薄膜结构更为致密。

另一个优点是它可以提高薄膜对于复杂外形表面的覆盖能力,或称为薄膜沉积过程的绕射能力。

主要应用领域是制备钢铁工具和其他金属不见得硬质涂层。

22．离子团束沉积的特点:

①原子团对衬底的高速冲击将会造成衬底局部温度的升高;②原子在衬底表面的扩散迁移能力强;③能促进各个薄膜核心连成一片，成膜性能好;④高能量原子团的轰击具有清洁衬底表面和离子浅注入的作用；⑤能促进衬底表面各种化学反应的产生；⑥薄膜沉积速率高;⑦薄膜与衬底间有良好结合力,沉积过程具有高真空度和高洁净度,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，可控制薄膜结构。

23.等离子体浸没式离子沉积技术的特点：

优点:

①设备相对简单，适用于大型复杂外形零件的薄膜沉积；②可实现多组元的同时沉积,对薄膜成分的控制能力强;③沉积离子的能量较高，有利于提高薄膜的致密性和附着力;④薄膜沉积温度较低；⑤克服了普通物理气相沉积技术所具有的薄膜沉积的方向性限制问题,适用于对具有复杂外形的工件表面进行薄膜沉积。

缺点:

能够同时用于等离子体产生和薄膜沉积的气体种类较少，因此它能够沉积的薄膜种类有限。

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的一种薄膜沉积技术。

25．ＭBE装置:

主要由生长室、分子束喷射源和各类监测控制仪器组成。

①生长室由三部分组成：

喷射源及挡板、液氮冷阱、样品架。

②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.化学气相沉积是反应物在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面进而制得固体材料的工艺技术。

2.化学气相沉积特点：

①优点:

与物理气相沉积方法相比,尽管用化学方法制备薄膜的过程控制较为复杂也较为困难,但制备薄膜时使用的设备一般较为简单,价格也较为便宜,对薄膜的液相沉积方法尤其如此。

与其他薄膜制备方法相比,它可准确的控制薄膜的组分和掺杂水平,确保其组分具有理想的化学配比;可在复杂形状的集体上沉积成膜；可在大尺寸基体上进行沉积或在多个基体上同时沉积;其较高的沉积温度能大幅度改善晶体薄膜的结晶完整性;可利用某些材料在熔点或蒸发时发生分解的特性得到其他方法无法得到的薄膜;由于许多化学反应可以在大气压下进行，因此不少化学气相沉积装置可免去昂贵的抽真空系统。

②缺点：

大多数化学反应需要在高温下进行;反应气体可能会与基体或沉积设备发生反应；在化学气相沉积中有许多变量需要控制,所使用的装置可能比较复杂。

3.用于制备薄膜的化学气相沉积包括三个基本过程:

反应物的输运过程、化学反应过程和去除反应副产物的过程。

4.在化学气相沉积技术中典型的化学反应类型：

①利用热分解反应制备金属薄膜；②利用还原反应制备薄膜;③利用氧化反应制备氧化物薄膜；④利用氮化反应和碳化反应制备氮化物和碳化物薄膜;⑤利用有机金属化合物制备化合物薄膜。

5．光化学气相沉积优点：

①可获得高质量、无损伤的薄膜；②沉积在低温下进行;③沉积速率快,可生长亚稳相和形成突变结；④没有高能粒子轰击正在生长的薄膜表面，且引起反应物分子分解的光子没有足够能量引发电离,从而使得利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的等离子体自由团簇，使由薄膜组成的气态物质发生化学反应。

从而实现薄膜生长的一种新的制备技术。

优势在于可在比传统的化学气相沉积方法低得多的温度下获得上述单质和化合物薄膜。

其基本作用是促进化学反应。

７．等离子体增强化学气相沉积的原理：

利用低温等离子体（非平衡等离子体）做能源，工件置于低气压下辉光放电的阳极上，利用辉光放电使工件温度升到预定温度,然后通进适量的反应气体，气体经一系列化学反应和等离子反应,在工件表面形成固态薄膜,包括了化学气相沉积的一般技术,又有辉光放电的强化作用。

特点:

由于粒子间的碰撞产生剧烈的气体电离，使反应气体受到活化,同时发生阴极溅射反应，为沉积薄膜提供了清洁的活性高的表面,因而整个沉积过程与仅有热激活的过程中有明显不同。

８.等离子体增强化学气相沉积分类：

①交错立式电极~;②远~;③感应加热~；④微波激发～；⑤微波电子回旋共振（ECＲ）化学气相沉积；⑥直流~；⑦脉冲感应放电～；⑧射频~。

9.激光化学气相沉积：

是一种利用激光束实现化学气相沉积的方法。

机制：

①光致化学反应:

利用具有足够高能量的光子使气体分子分解并成膜，或使气体分子与反应气体中的其他化学物质发生反应，在基体上形成化合物膜;②热致化学反应:

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的温度升高控制着沉积反应的进行。

10.激光源重要特征：

①方向性:

可使光束射向尺寸很小的精确区域,有助于发生局域沉积;②单色性：

使人们可通过选择激光波长来选择光致反应沉积或热致反应沉积。

11．化学和电化学转化：

利用化学或电化学方法,使溶液中的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的方法,称为化学和电化学转化。

膜层的生成过程不需要外加电源的是化学转化，需要外加电源的是电化学转化。

12．化学镀：

是指在水溶液中，利用化学方法使溶液中的金属离子还原并沉积在你待镀基体表面,从而形成膜层的表面处理方法。

13.化学镀应用：

利用化学镀能制备的金属及合金薄膜很多，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。

所沉积的镀层具有良好的耐磨性、耐蚀性、焊接性及特殊的磁、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:

是指利用化学方法,使基体与一定氧化液接触，在一定条件下发生化学反应，在基体表面形成稳定氧化物膜层的方法。

所得到的氧化物膜层附着力好，可保护基体不受腐蚀介质的影响,并能提高基体耐磨、耐老化等性能或赋予基体表面其他性能。

１5.钢铁的化学氧化：

是化学氧化应用最为广泛的一种,这是一种钢铁在含氧化剂的溶液中，表面生成均匀的蓝黑色到黑色膜层的处理工艺,也称钢铁的发蓝或发黑。

16.钝化：

是铬酸盐化学处理的简称，是把金属（或金属镀层）放入含有各种添加剂的铬酸或铬酸盐溶液中，通过化学或电化学方法在其表面生成含三价铬或六价铬的铬酸盐膜层的方法，所得膜层一般称为钝化膜。

特点：

①钝化膜与基体结合良好，结构致密，有很好的化学稳定性和耐蚀性，对基体有很好的保护作用；②钝化膜颜色丰富，有一定的装饰效果。

应用:

钝化处理用途较多，可作为锌、镉等镀层的后处理，以提高其耐蚀性,也可用于其他金属如铝、铜、镁及其合金的表面防腐蚀处理。

17.钝化过程步骤:

①金属表面被氧化并以离子的形式进入溶液，同时有氢气析出；②所析出的氢气促使一定数量的六价铬还原为三价铬，并使得金属与溶液界面处的pＨ升高,使三价铬以胶体氢氧化铬的形式沉淀;③氢氧化铬胶体从溶液中吸附和结合一定数量的六价铬,在金属界面形成具有一定组成的铬酸盐膜，经干燥和脱水处理后,使其收缩并固定于金属表面上，才能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组成和性能的镀层,则可得到电化学转化膜，处理方法为电化学转化处理。

19．电镀：

是指用电化学方法在镀件表面沉积金属镀层的工艺,在含有欲镀金属盐的溶液中，以镀件为阴极，通过电解作用，使溶液中欲镀金属的阳离子在镀件表面沉积出来成为镀层。

20．电镀的目的在于改变材料外观,提高材料的各种物理、化学性能,赋予材料表面特殊的耐磨、耐蚀、装饰、焊接等性能以及光、声、电、磁、热等功能特性。

21．电镀溶液包含的组分:

①提供沉积金属离子的主盐;②与沉积金属离子能形成稳定的配合物,改变镀液的电化学性能和金属离子的电沉积过程的配合剂;③提高镀液导电能力,降低镀液槽压，图稿电镀电流密度的导电盐；④稳定镀液酸碱度的缓冲剂;⑤阳极活化剂；⑥特殊添加剂。

２2．金属电沉积过程:

是指在电流作用下，镀液中的金属离子在阴极表面还原并趁机形成金属镀层的过程。

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（电化学反应）→表面吸附原子（扩散、结晶）→晶格（镀层）内原子。

23.电镀前处理是为得到新鲜、干净的金属表面，以获得高质量镀层，包括去油、除锈、除灰等。

电镀后处理的目的在于进一步提高镀层的防护能力,包括钝化、封闭、除氢等。

24.钝化是指在一定溶液中对电镀后的镀件进行化学处理,在镀层上形成坚硬、致密、稳定的薄膜,进一步增强镀层的耐蚀性、光亮度和抗污能力。

为了消除氢渗入镀层中的不利影响，在一定温度下对镀层进行适当热处理的方法称为除氢处理。

25.　合金电镀:

在阴极上同时沉积出两种或两种以上的金属,形成结构和性能符合要求的合金镀层的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的条件外,还必须具备：

①两个金属中至少有异种金属能从其盐类的水溶液中沉积出来；②共沉积的两种金属的沉积电位必须十分接近。

27．合金电镀分类：

⑴常规共沉积。

①正则共沉积；②非正则共沉积;③平衡共沉积。

⑵非常规共沉积。

①异常共沉积；②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的方法称为铝的阳极氧化。

特点：

①膜层为多孔结构，有良好吸附性;②膜层具有很高的硬度和耐磨性能;③膜层在大气中比较稳定，具有很高的耐蚀性；④阳极氧化膜的电绝缘性能很好，有较高的绝缘电阻和击穿电压；⑤铝的阳极氧化膜有很好的绝热性能，在1500℃下可稳定使用;⑥阳极氧化膜与基体的结合强度较高，膜层不易剥落。

2９.铝阳极氧化膜的封闭处理方法:

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,利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的方法。

经微弧氧化所得到的的膜层具有耐腐蚀性强、耐磨性好、绝缘、美观以及与基体结合牢固等优点，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）、致密层和结合层组成。

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、装饰等领域有很大的应用。

1.根据膜厚测量原理将膜厚的测量方法分为:

机械法、光学法、物理法和化学法。

２.常见的膜厚测量方法：

轮廓仪器法、光的干涉法、断面直接观察法、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：

包括测定表面元素组成、元素化学状态及元素沿表面横向分布和沿纵向的深度分布等。

主要方法:

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的轻敲模式。

6.扫描探针显微镜的分类：

按扫描探针显微镜原理分：

⑴扫描隧道显微镜;⑵原子力～;⑶磁力扫描探针~；⑷静电力扫描探针~;⑸横向力扫描探针～；⑹力调制扫描探针~；⑺脉冲力扫描探针~；⑻热扫描探针~；⑼扫描电容~；⑽电流敏感扫描探针~；⑾相检测扫描探针~;⑿近场扫描光学~。

按样品测试环境分：

①超高真空型;②大气型;③液体型;④电化学型。

7.扫描探针显微镜的应用:

①样品表面的原子、分子形貌及电子结构研究和三维成像；②材料表面与薄膜的纳米硬度、微摩擦力、粘弹性、弹性等力学性能研究;③材料表面与薄膜的电性能研究；④材料表面与薄膜的磁性能研究;⑤材料表面与薄膜的热导性能研究;⑥材料与薄膜的粗糙度、表面缺陷、污染情况以及相组成的研究;⑦半导体掺杂、电容及芯片研究；⑧纳米尺度的刻蚀和操纵以及纳米器件研究;⑨电化学反应研究；⑩实时生物表面活性、生物结构与功能的关系研究等。

8.表面结构分析：

材料结构分析以衍射法为主,衍射方法主要有Ｘ射线衍射、电子衍射、中子衍射、穆斯堡谱、γ射线衍射等。

９.耐热性能测试包括：

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.绝缘性能测试方法：

传递式绝缘破坏试验法、芯轴式绝缘破坏试验法和压紧式绝缘破坏试验法。

1１．空隙测定方法：

物理法、化学法、电解显像法、显微镜观察法和绝缘测试法等。

1２.耐腐蚀性能测定:

大气暴露试验、盐雾试验和SO2工业气体腐蚀试验。

１3.薄膜材料的力学性能包括薄膜的强度、硬度、界面结合强度、残余应力和摩擦磨损性能等。

14.薄膜材料的力学性能测试方法:

超显微硬度测试、纳米压入法、界面结合强度测试、摩擦磨损试验、内应力测量。

1.Ｘ射线光电子能谱（XPS）主要用于表面化学成分和元素的化学状态分析。

利用XPＳ可对薄膜样品的成分以及组成元素的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的变化。

2.薄膜的表面形貌评价:

①用扫描电镜（SEM）观察和评价非晶碳膜的表面和断面形貌（SEM是利用聚焦电子束在试样表面扫描时激发的各种物理信号来调制成像的）;②用原子显微镜（AFM）观察非晶碳膜表面的三维形貌（AＦM利用固定在具有弹性的悬臂末端的尖针,通过杠杆或弹性元件把阵间轻轻压在待测表面上，从样品的一端到另一端进行扫描,通过检测样品表面和针尖之间相互作用力的变化来获得薄膜表面的三维形貌信息）。

３.薄膜的结晶状态与相组成分析:

⑴用X射线衍射仪（XRD）分析非晶碳膜的结晶状态和相组成。

①X射线衍射仪分析的基本原理：

发生衍射现象的条件是满足布拉格公式2dsiｎθ＝nλ;②掠入射XRD分析;③非晶材料的XRD分析。

⑵用选区电子衍射（SAD）对非晶碳膜进行微区结构分析。

4.薄膜的显微组织分析：

①用透射电镜（TEM）分析非晶碳膜的显微组织（ＴEＭ是以波长极短的单色电子束作为照明源,利用一系列电磁透镜将穿过试样的电子信号放大成高分辨率，高放大倍数的电子光学仪器普通TEM的明、暗唱像可直观地材料表面厚度，晶粒尺寸,界面结构等大量微结构信息,高分辨透射电镜可直接观察到材料的晶格排列、位错以及界面和晶界的原子排列情况）；②用高分辨透射电镜（ＨＲEM）观察非晶碳膜的显微组织。

５．薄膜的价键结构分析:

①利用激光拉曼光谱评价非晶碳膜的碳键结构；②利用X射线电子能谱（XPＳ）确定非晶碳膜的碳键结构。

6.薄膜厚度的测量：

用球面研磨法和扫描电镜断面法测量掺铬非晶碳膜的薄膜厚度,分别属于机械法（金相法）和光学法。

7.薄膜硬度的测量：

采用配备维氏压头的显微硬度计测量掺铬非晶碳膜的硬度,在加载５0kg,保载1５ｓ的条件下进行测试。

8．薄膜内应力:

是表征薄膜与基体接触界面间结合强度的附着力和反映薄膜单位截面上承受的来自基体的约束作用力。

薄膜内应力产生的原因：

①由薄膜与基体的热膨胀不同引起（热应力）；②由薄膜生长过程中的非平衡性或薄膜特有的微观结构引起（内禀应力）。

9.薄膜附着力评价:

①用压痕试验法评价非晶碳膜的结合强度；②用划痕试验法评价非晶碳膜的结合强度（两种检测模式：

声发射方法，切向力方法）。

1０．薄膜的摩擦磨损性能检测:

①非晶碳膜的摩擦性能测量：

使用销-盘摩擦试验来评价非晶碳膜的摩擦性能,并结合球面研磨法来评价非晶碳膜的耐磨性能;②非晶碳膜的磨损率测量:

用磨损率来评定非晶碳膜的耐磨性。

11.功能薄膜材料：

指具有电、磁、声、光、热、过滤、吸附等物理性能及催化、反应等化学性能的薄膜。

按性能不同主要分为:

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:

物质受到光照射以后,经常会发生某些电学性质的变化,即产生了光电效应。

光电效应主要有光电导效应,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，其电导率产生变化的现象,称为光电导效应;如果光照到半导体p-n结上，在ｐ-n结两侧就会出现电势差，ｐ区为正极,n区为负极，这一电势差可以用高内阻的电压表测量出来，称为光生伏特效应;当金属或半导体受到光照射作用时,其表面和体内的电子因吸收光子能量而被激发,如果被激发的电子有足够的能量,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，一般发生在半导体中;光电子发射效应发生在物体表面,称为外光电效应，主要发生在金属和半导体中。

1３.硅薄膜按结晶结构可分为单晶薄膜，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，非晶硅薄膜主要用于制造太阳能电池。

14.外延硅薄膜:

在半导体技术中,单晶硅薄膜通常采用外延法制备,有气相外延，固相外延和分子束外延等，这样的薄膜也常称为外延硅薄膜。

15.外延硅薄膜解决了原来半导体器件技术中难以解决的问题:

①在基片衬底上沉积一层电阻率较高的外延硅薄膜作为晶体管的集电区,级增大了晶体管的功率，又提高了其截止频率和反向击穿电压;②在半导体器件中采用外延硅薄膜后大大改进了晶体管的频率响应、脉冲性能和开关特性；③由于采用了外延工艺,同样使得双极型集成电路的制造工艺大大简化。

1６．外延硅单晶薄膜中的缺陷:

表面缺陷和体内缺陷。

表面缺陷有角锥体,云雾,小丘等，体内缺陷主要是堆垛层错和位错。

１7.在外延单晶硅薄膜中产生层错的主要原因:

①外延硅膜的生长温度过低;②外延硅膜的生长速率过快；③衬底表面结构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的原子排列畸变区，属于线缺陷。

在外延单晶硅薄膜中形成位错的原因：

①衬底原有的位错在外延生长过程中被延伸到外延膜中；②热应力引起衬底高温滑移;③掺杂应力引起滑移。

19.外延单晶硅薄膜中的缺陷对半导体器件性能的影响：

①角锥体和堆垛层错会使半导体器件表面出现热斑,导致器件反向特性变软,击穿电压降低;②正常温度下，堆垛层错和位错对半导体中的载流子浓度影响很小,但可以大大改变载流子的迁移率和寿命,使迁移率降低,正常温度下，堆垛层错和位错对这些参数的影响会增大，层错和位错密度较高时，能使p-n结电物理性能出现反常，破坏其反向特性,原因是缺陷处易发生杂质沉积,从而降低半导体的可靠性。

２0.对于外延方法制备的单晶硅薄膜而言，除了要求达到规定的厚度和厚度均匀性外，最重要的性能指标是缺陷程度，电阻率和杂质分布曲线，这些性能主要取决于外延膜的生长条件，未专门掺杂的外延膜的纯度通常用电阻率来评价。

2１.多晶硅薄膜的制备及应用：

通常用化学气相沉积法制备。

采用低压化学气相沉积法生长的多晶硅膜结构收到生长温度、掺杂剂、杂质及沉积后热处理工艺的强烈影响。

在沉积过程中,薄膜晶粒大小随生长温度升高而增大，对多晶硅薄膜的掺杂有促进其晶粒长大的作用，多晶硅薄膜的结构和择优取向与衬底种类有关。

适于制造大面积的p-n结,制造太阳能电池，且比单晶硅便宜,但多晶硅中存在的晶界会影响太阳能电池的能量转换效率。

22．多晶硅薄膜的性能:

①电学性能:

未掺杂的多晶硅膜具有很高的电阻率，但掺杂多晶硅膜的电阻率会随掺杂浓度的增加而迅速降低;②光学和光电性能:

在可见光区域未掺杂和掺杂多晶硅膜的折射率近似相等，掺杂薄膜的稍低，在红外光区域,随掺杂剂量的增加折射率降低，这归因于光辐射和载流子的相互作用。

多晶硅薄膜的平均光电导率与晶粒大小、光照强度、吸收系数、薄膜厚度、晶界态密度（陷阱密度）以及陷阱的俘获截面有关,电导率和晶界处的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加而减弱,陷阱密度越高俘获截面越大，势垒高度越高,光电导降低。

23．非晶硅薄膜：

原子排列可以看作构成一个连