2025年大學(xué)《資源化學(xué)》專業(yè)題庫——化學(xué)氣相沉積技術(shù)考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)）1.下列哪種化學(xué)氣相沉積技術(shù)通常在較低溫度下進行，并能實現(xiàn)原子級別的精確控制？A.熱化學(xué)氣相沉積(TCVD)B.等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)C.原子層沉積(ALD)D.化學(xué)氣相滲透(CVP)2.在化學(xué)氣相沉積過程中，反應(yīng)物從氣相到基板表面的主要傳質(zhì)方式是？A.對流輸運B.分子擴散C.庫侖力吸引D.熱泳3.提高化學(xué)氣相沉積體系的反應(yīng)溫度，通常會導(dǎo)致？A.沉積速率降低，薄膜應(yīng)力增大B.沉積速率增加，薄膜純度提高C.沉積速率降低，薄膜晶粒尺寸減小D.沉積速率增加，可能產(chǎn)生更多晶格缺陷4.等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)的主要優(yōu)勢在于？A.能在極高真空下進行B.沉積速率比TCVD快得多C.能沉積各種復(fù)雜成分的薄膜D.薄膜保形性最好5.下列哪項不是影響化學(xué)氣相沉積薄膜均勻性的重要因素？A.基板尺寸與形狀B.反應(yīng)腔體的幾何結(jié)構(gòu)C.前驅(qū)體蒸汽壓D.基板與反應(yīng)物氣流之間的角度6.在化學(xué)氣相沉積過程中，若使用的是固體前驅(qū)體，通常需要先將其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)形式，這一步驟稱為？A.氣相傳輸B.表面反應(yīng)C.原子化D.蒸發(fā)7.對于半導(dǎo)體外延生長，化學(xué)氣相沉積技術(shù)特別重視薄膜的？A.機械強度B.光學(xué)透明度C.電學(xué)性質(zhì)(如導(dǎo)電性、電阻率)D.熱穩(wěn)定性8.下列哪種物質(zhì)常被用作化學(xué)氣相沉積沉積硅(Si)的工業(yè)前驅(qū)體？A.氯化銨(NH4Cl)B.硅烷(SiH4)C.硅氧烷(如TEOS)D.碳化硅(SiC)9.在化學(xué)氣相沉積中，為了提高反應(yīng)物的活性和沉積速率，有時會引入等離子體，其作用主要是？A.降低反應(yīng)體系的溫度B.增加反應(yīng)物的輸運能力C.提高反應(yīng)物的化學(xué)鍵能D.改變薄膜的表面形貌10.下列哪項關(guān)于原子層沉積(ALD)的描述是錯誤的？A.ALD過程包含交替的脈沖注入和反應(yīng)步驟B.ALD的保形性非常好，能在復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)上沉積均勻薄膜C.ALD的沉積速率通常比TCVD快得多D.ALD對反應(yīng)條件（溫度、壓力）的穩(wěn)定性要求很高二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)的核心在于利用______相物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)，在基板上形成固態(tài)薄膜。2.根據(jù)反應(yīng)物供給方式的不同，CVD可分為______CVD和______CVD。3.影響化學(xué)氣相沉積薄膜附著力的主要因素包括基板溫度、界面反應(yīng)以及______。4.在低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)中，體系壓力通常控制在______乇范圍內(nèi)。5.等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)中，常用的等離子體產(chǎn)生方式有輝光放電和______。6.原子層沉積(ALD)技術(shù)的“自限制性”表面反應(yīng)特點，確保了每次沉積的厚度約為______原子層。7.為了分析化學(xué)氣相沉積薄膜的元素組成和化學(xué)狀態(tài)，常使用______技術(shù)。8.化學(xué)氣相沉積過程中，沉積速率通常與反應(yīng)物在基板表面的______成正比。9.氣相傳輸過程分為______傳輸（Knudsen流）和______傳輸（分子流）。10.化學(xué)氣相滲透(CVP)技術(shù)主要用于制備______材料。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)的基本過程。2.比較熱化學(xué)氣相沉積(TCVD)和等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)在沉積溫度、設(shè)備復(fù)雜度和薄膜特性方面的主要區(qū)別。3.簡述溫度和壓力這兩個關(guān)鍵工藝參數(shù)對化學(xué)氣相沉積過程和薄膜質(zhì)量的影響。四、計算題（共15分）某化學(xué)氣相沉積實驗，使用硅烷(SiH4)作為前驅(qū)體沉積硅(Si)薄膜。在特定條件下，測得沉積速率為10nm/min。假設(shè)硅的密度為2.33g/cm3，硅的摩爾質(zhì)量為28.09g/mol，阿伏伽德羅常數(shù)為6.022x1023mol?1。請計算：(1)每小時沉積1cm2面積的硅薄膜，需要消耗多少摩爾的硅烷(SiH4)？（假設(shè)轉(zhuǎn)化率為100%，且沉積過程中氣體體積不變）(2)若沉積層厚度均勻，其理論密度與塊狀硅相同，請估算該沉積層的晶粒尺寸大約是多少？（假設(shè)硅為密排六方結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)為a=0.543nm，每個晶胞含4個硅原子）五、論述題（10分）結(jié)合化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)的原理，論述選擇合適的沉積方法（如TCVD,PECVD,ALD等）對于獲得特定性能薄膜（例如，高純度、超薄、高均勻性、特定晶相）的重要性，并分析不同方法在滿足這些特定需求時各自的優(yōu)缺點。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.B4.B5.D6.D7.C8.B9.B10.C二、填空題1.氣相2.低壓力；等離子體增強3.沉積速率4.10-7105.等離子體輝光放電6.一個7.X射線光電子能譜(XPS)8.吸附9.Knudsen；分子10.多孔三、簡答題1.化學(xué)氣相沉積的基本過程包括：前驅(qū)體氣體在反應(yīng)器中混合；反應(yīng)物通過氣相傳輸?shù)竭_加熱的基板表面；在基板表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成固態(tài)薄膜，同時副產(chǎn)物氣化揮發(fā)掉；沉積過程持續(xù)進行，直至達到所需厚度。2.TCVD通常在較高溫度下（數(shù)百至上千攝氏度）進行，設(shè)備相對簡單，成本較低，但沉積速率可能較慢，且可能引入較多缺陷或雜質(zhì)。PECVD在較低溫度下（通常數(shù)百攝氏度）進行，沉積速率快，均勻性較好，尤其適用于柔性基板，但設(shè)備較復(fù)雜，成本較高，且可能存在等離子體損傷。ALD在較低溫度下進行，沉積速率極慢，但保形性極佳，厚度控制極其精確。3.溫度升高通常會增加反應(yīng)物在表面的吸附速率和化學(xué)反應(yīng)速率，從而提高沉積速率。但過高溫度可能導(dǎo)致沉積物晶粒粗大、出現(xiàn)缺陷、揮發(fā)物擴散加劇甚至分解，影響薄膜質(zhì)量和附著力。壓力影響反應(yīng)物的輸運方式，低壓下主要靠分子擴散，高壓下靠對流，也影響反應(yīng)物濃度和沉積速率。壓力降低通常有利于沉積速率和保形性，但可能需要更高的溫度或更長的沉積時間。四、計算題(1)解：沉積速率v=10nm/min=10x10??m/min=10??m/min1小時=60分鐘沉積面積A=1cm2=1x10??m2沉積時間t=60min沉積體積V=Axvxt=(1x10??m2)x(10??m/min)x(60min)=6x10??m3硅的密度ρ=2.33g/cm3=2.33x103kg/m3硅的摩爾質(zhì)量M=28.09g/mol=28.09x10?3kg/mol阿伏伽德羅常數(shù)N_A=6.022x1023mol?1沉積層質(zhì)量m=ρxV=2.33x103kg/m3x6x10??m3=1.398x10?2kg=13.98g摩爾數(shù)n=m/M=13.98g/(28.09x10?3kg/mol)≈0.499mol假設(shè)轉(zhuǎn)化率為100%，且氣體體積不變，則每小時沉積1cm2所需硅烷摩爾數(shù)為0.499mol。(2)解：硅為密排六方結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)a=0.543nm=0.543x10??m晶胞體積V_cell=a3=(0.543x10??m)3≈1.59x10?2?m3每個晶胞含4個硅原子晶粒尺寸d的估算方法為將沉積層體積除以晶胞體積，再乘以每個晶胞的硅原子數(shù)，最后開立方根。即d≈(V/(N_A*4*V_cell))^(1/3)V=6x10??m3(同上)N_A=6.022x1023mol?1V_cell=1.59x10?2?m3(同上)d≈((6x10??)/(6.022x1023*4*1.59x10?2?))^(1/3)d≈((6x10??)/(3.85x10??))^(1/3)d≈(1.56x10?3)^(1/3)d≈1.16x10?1m=0.116nm（注：此計算為理論最小尺寸估算，實際晶粒尺寸受生長條件影響更大。）五、論述題選擇合適的化學(xué)氣相沉積(CVD)方法對于獲得特定性能薄膜至關(guān)重要。不同CVD方法在溫度窗口、沉積速率、均勻性、保形性、薄膜純度、晶相控制以及設(shè)備成本等方面存在顯著差異，決定了其適用于不同需求。例如，高純度薄膜（如半導(dǎo)體硅）的制備常選用硅烷TCVD或等離子體增強硅烷PECVD，后者可在較低溫度下獲得高純度，并減少表面缺陷。超薄薄膜（如原子層沉積AlD）的制備則依賴ALD技術(shù)，其逐層沉積模式能精確控制厚度至原子級，并實現(xiàn)極佳的保形性，適用于復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)。特定晶相薄膜（如單晶外延層）的制備常選用MOCVD或MBE，這些方法能在精確控制的溫度和氣氛下生長高質(zhì)量單