2025年大學(xué)《化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——光敏化學(xué)氣相沉積反應(yīng)技術(shù)研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.光敏化學(xué)氣相沉積(PCVD)技術(shù)的核心特征是利用哪種能量來(lái)引發(fā)前驅(qū)體的化學(xué)反應(yīng)？A.熱能B.光能C.電磁場(chǎng)能D.機(jī)械能2.在PCVD過(guò)程中，選擇光敏劑的首要考慮因素通常是？A.成本最低B.沉積速率最快C.對(duì)特定波長(zhǎng)光的高吸收率D.溶解度最大3.下列哪種物質(zhì)通常不作為PCVD沉積金屬薄膜的前驅(qū)體？A.金屬烷基化合物B.金屬鹵化物C.金屬羧酸鹽D.金屬氧化物4.提高PCVD沉積溫度通常會(huì)導(dǎo)致？A.沉積速率減慢，薄膜應(yīng)力增加B.沉積速率加快，薄膜純度提高C.沉積速率減慢，薄膜純度提高D.沉積速率加快，薄膜應(yīng)力增加5.在PCVD過(guò)程中，反應(yīng)壓力的主要影響是？A.直接決定薄膜的晶格常數(shù)B.影響反應(yīng)氣體的平均自由程和沉積速率C.決定光敏劑的選擇D.不影響薄膜的任何性能6.下列哪種光源最常用于硅基板上的PCVD沉積？A.紅外燈B.紫外燈C.激光D.熱源7.PCVD沉積的薄膜通常需要后續(xù)進(jìn)行退火處理，其主要目的是？A.提高薄膜的導(dǎo)電性B.改善薄膜的結(jié)晶質(zhì)量和降低應(yīng)力C.增加薄膜的光學(xué)透明度D.去除薄膜中的有機(jī)殘留物8.與物理氣相沉積(PVD)相比，PCVD技術(shù)的顯著優(yōu)勢(shì)之一是？A.沉積速率更快B.所需設(shè)備更簡(jiǎn)單，成本更低C.薄膜與基板結(jié)合力更強(qiáng)D.能沉積更厚的薄膜9.光敏化學(xué)氣相沉積技術(shù)最難以控制的參數(shù)通常是？A.前驅(qū)體流量B.光照強(qiáng)度和均勻性C.沉積溫度D.反應(yīng)壓力10.PCVD技術(shù)制備的光致變色薄膜，其變色機(jī)理通常涉及？A.材料晶型的轉(zhuǎn)變B.材料化學(xué)組成的改變C.材料能帶結(jié)構(gòu)的調(diào)變D.材料表面形貌的改變二、填空題1.光敏化學(xué)氣相沉積(PCVD)是一種利用________能引發(fā)前驅(qū)體化學(xué)反應(yīng)，在基板上沉積薄膜的技術(shù)。2.常見(jiàn)的PCVD光敏劑包括有機(jī)光敏劑，如________和________等。3.前驅(qū)體是指參與PCVD反應(yīng)的________或________的化合物。4.PCVD沉積過(guò)程中，薄膜的厚度主要受________、________和沉積時(shí)間的影響。5.影響PCVD薄膜光學(xué)性能的關(guān)鍵因素包括薄膜的________和________。6.為了獲得高質(zhì)量的光敏化學(xué)氣相沉積薄膜，通常需要對(duì)薄膜進(jìn)行________處理。7.PCVD技術(shù)可以用于沉積各種材料，包括________、________和半導(dǎo)體薄膜等。8.光敏化學(xué)氣相沉積技術(shù)在制備________、________和新型功能材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述光敏化學(xué)氣相沉積(PCVD)技術(shù)的基本原理。2.比較光敏化學(xué)氣相沉積(PCVD)和等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)技術(shù)的異同點(diǎn)。3.影響光敏化學(xué)氣相沉積薄膜質(zhì)量的主要因素有哪些？4.簡(jiǎn)述光敏化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備光致變色薄膜的基本過(guò)程。四、計(jì)算題某科研小組采用PCVD技術(shù)沉積一層二氧化鈦(TiO2)薄膜，實(shí)驗(yàn)條件如下：前驅(qū)體為鈦異丙氧基酯(Ti(OiPr)4)，沉積溫度為500°C，反應(yīng)壓力為100Pa，光照波長(zhǎng)為254nm，光照強(qiáng)度為100mW/cm2，沉積時(shí)間為1小時(shí)。已知鈦異丙氧基酯的分子量為190.9g/mol，在沉積條件下其蒸氣壓為0.1Pa，薄膜的密度為4.2g/cm3。請(qǐng)估算該實(shí)驗(yàn)條件下TiO2薄膜的理論生長(zhǎng)速率(單位：nm/min)。假設(shè)沉積過(guò)程中鈦異丙氧基酯完全轉(zhuǎn)化為T(mén)iO2，且沉積氣體中只含有鈦異丙氧基酯和氧氣。五、論述題結(jié)合光敏化學(xué)氣相沉積技術(shù)的原理和特點(diǎn)，論述其在制備下一代太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用潛力和面臨的挑戰(zhàn)。請(qǐng)從材料選擇、沉積工藝、薄膜性能和成本控制等方面進(jìn)行討論。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.D4.B5.B6.B7.B8.C9.B10.C二、填空題1.光2.胺苯甲酸，二苯胺3.氣體，液體4.光照強(qiáng)度，前驅(qū)體流量5.折射率，透過(guò)率6.退火7.金屬，氧化物8.光電子器件，傳感器三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：PCVD利用特定波長(zhǎng)的光照射光敏劑，光敏劑吸收光能后發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)（如分解或引發(fā)聚合），生成活潑的自由基或活性物質(zhì)，這些活性物質(zhì)與基板表面的前驅(qū)體發(fā)生反應(yīng)，沉積形成薄膜。2.解析思路：PCVD和PECVD都屬于化學(xué)氣相沉積技術(shù)，都利用前驅(qū)體氣體在基板上沉積薄膜。區(qū)別在于PCVD利用光能引發(fā)反應(yīng)，而PECVD利用等離子體（通常由射頻或微波產(chǎn)生）引發(fā)反應(yīng)。PECVD的反應(yīng)溫度通常低于PCVD，沉積速率更快，能沉積含氫薄膜，但設(shè)備更復(fù)雜，可能引入等離子體損傷。3.解析思路：影響薄膜質(zhì)量的因素主要包括：光敏劑的選擇和均勻性、前驅(qū)體的性質(zhì)和流量控制、沉積參數(shù)（溫度、壓力、光照強(qiáng)度、時(shí)間）的優(yōu)化、反應(yīng)腔體的潔凈度、基板預(yù)處理等。4.解析思路：PCVD制備光致變色薄膜過(guò)程：首先在基板上通過(guò)PCVD沉積含有光致變色物質(zhì)的薄膜（如VOx，WOx，MoOx，TiO2等）；然后通過(guò)控制光照條件（如波長(zhǎng)、強(qiáng)度、時(shí)間）或施加電壓等外部刺激，使薄膜中的光敏中心發(fā)生可逆的氧化還原反應(yīng)，引起其吸收光譜發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)顏色的改變。四、計(jì)算題解析思路：首先根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)參與反應(yīng)的鈦異丙氧基酯的分子數(shù)（或摩爾數(shù)），再根據(jù)其分子量和密度關(guān)系轉(zhuǎn)換為質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算體積，最后根據(jù)沉積時(shí)間計(jì)算薄膜厚度得到生長(zhǎng)速率。具體步驟為：1.計(jì)算單位體積內(nèi)的鈦異丙氧基酯分子數(shù)：n=PV/RT2.計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)沉積的鈦原子數(shù)：N=nNA(NA為阿伏伽德羅常數(shù))3.計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)沉積的鈦質(zhì)量：m_Ti=N*(190.9g/mol)/(NA*6.022e23/mol)=n*190.9/6.022e234.計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)沉積的TiO2質(zhì)量：m_TiO2=m_Ti*(80/48)(根據(jù)TiO2和Ti的摩爾質(zhì)量比)5.計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)沉積的TiO2體積：V_TiO2=m_TiO2/(4.2g/cm3)6.計(jì)算TiO2薄膜生長(zhǎng)速率：速率=V_TiO2/(沉積面積*沉積時(shí)間)=m_TiO2/(4.2g/cm3*面積*時(shí)間)代入數(shù)值計(jì)算即可得到結(jié)果，注意單位換算（如面積單位cm2，時(shí)間單位min）。五、論述題解析思路：論述應(yīng)從以下幾個(gè)方面展開(kāi)：1.原理與潛力：PCVD能沉積多種功能材料（如金屬氧化物半導(dǎo)體），可通過(guò)選擇不同前驅(qū)體和光敏劑制備具有特定光電特性的薄膜。結(jié)合光敏劑，可實(shí)現(xiàn)對(duì)沉積過(guò)程的精確控制。利用PCVD制備的薄膜（如銳鈦礦相TiO2）具有優(yōu)異的光吸收特性和表面態(tài)，適合用作太陽(yáng)能電池的光陽(yáng)極或陰極材料，有助于提高光的利用率和電荷的分離與傳輸。2.材料選擇：論述中需列舉適合PCVD制備太陽(yáng)能電池的關(guān)鍵材料，如TiO2、ZnO、CdTe、Cu(In,Ga)Se2等，并說(shuō)明選擇這些材料的原因（如帶隙匹配、導(dǎo)電性、穩(wěn)定性等）。強(qiáng)調(diào)PCVD在制備這些材料（特別是多晶或納米結(jié)構(gòu)薄膜）方面的優(yōu)勢(shì)。3.沉積工藝：分析PCVD工藝參數(shù)（溫度、壓力、光強(qiáng)、前驅(qū)體流量、氣氛等）對(duì)薄膜微觀結(jié)構(gòu)（晶相、晶粒尺寸、缺陷）、形貌（顆粒、均勻性）和光電性能（帶隙、載流子濃度、遷移率、表面態(tài)）的影響。討論如何通過(guò)優(yōu)化工藝制備出性能優(yōu)異的薄膜，例如，通過(guò)控制光照和溫度制備出具有高比表面積和特定能帶結(jié)構(gòu)的納米結(jié)構(gòu)薄膜。4.性能與挑戰(zhàn)：分析PCVD薄膜在太陽(yáng)能電池應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)，如薄膜的晶相純度（如TiO2