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目录 1

第一章　薄膜工艺导论 1

1.1　“薄膜”的含义及薄膜的独特性质 1

1.2　薄膜生长过程 1

1.2.1　薄膜生长的主要阶段 1

1.2.2　薄膜的结构缺陷 2

1.2.3　镀膜参数对结构的影响 3

1.2.4　薄膜特有的结构和组成 7

1.3　气相淀积技术 8

1.3.1 物理气相淀积（PVD） 8

1.3.2　化学气相淀积（CVD） 18

1.4　溶液淀积技术 21

1.4.1　化学溶液淀积（CSD） 21

1.4.2 电化学淀积（ECD） 24

1.4.3　液相外延（LPE） 25

1.5　薄膜结构分析 25

1.5.1　衍射技术 25

1.5.2　显微镜观察 27

1.6 组成分析 28

1.7 LB（Langmuir-Blodgeet）技术 30

2.1.1　电阻的意义及其计算公式 32

2.1.2　电子与振动的晶格（声子）的碰撞；温度的影响 32

2.1　块状电阻的成因 32

第二章　金属薄膜的电特性 32

2.1.3　杂质原子与电子的碰撞（点缺陷的影响） 33

2.1.4　晶体结构不完整造成的电阻率 34

2.1.5　马德森定律 34

2.2　连续薄膜的电阻 35

2.2.1　薄膜电特性的测量 35

2.2.2　厚度对连续薄膜电阻率的影响 36

2.3　不连续薄膜 40

2.3.1　不连续薄膜的实验观察 40

2.3.2　不连续薄膜的导电理论 41

2.4　磁场电效应 43

2.5 温差电势 46

第三章　贯穿绝缘薄膜的电子导电 48

3.1 引言 48

3.1.1　绝缘薄膜与块状绝缘体的差别 48

3.1.2　绝缘薄膜的能带结构 49

3.2　金属-绝缘体接触 49

3.2.1　欧姆接触——（马特-葛尼）（Mott-Gurney） 50

3.2.2　中性接触 52

3.2.3　阻塞接触-肖特基接触 52

3.3 金属-绝缘体-金属系统（MIM系统）的能带图 53

3.3.1　双欧姆接触 53

3.3.2　双阻塞接触 54

3.3.3　本征绝缘体的阻塞接触 54

3.4.1　绝缘体的自由表面 55

3.4　表面态对接触的影响 55

3.4.2　有表面态时的金属-绝缘体接触 56

3.5 非常薄的绝缘膜的导电——隧道效应导电 57

3.5.1　等温隧道效应理论 57

3.5.2　隧道电流与温度的关系 59

3.5.3　金属-绝缘体-半导体的隧道电流 61

3.6 强场效应 63

3.6.1　界面限制的李查逊-肖特基效应 63

3.6.2　体限制导电中的普尔-弗兰克尔效应 66

3.6.3　从电极（界面）限制到体限制过程的转变 67

3.7　绝缘体的空间电荷限制电流 67

3.7.1　双欧姆接触绝缘体的电位分布和电荷分布 67

3.7.2　无阱绝缘体在良好欧姆接触下的导电性 68

3.7.3　缺陷绝缘体——含阱绝缘体 69

第四章　电介质膜的电特性 71

4.1　有关的电学理论 71

4.2　直流导电机理 72

4.2.1　强场导电 73

4.2.2　弱场导电 74

4.2.3　温度关系 75

4.3　交流导电机理 76

4.3.1　弛豫峰 76

4.3.2　不随频率而变的损耗 77

4.4　介电常数 78

4.4.2　介电常数与膜厚的关系 79

4.4.1　本征介电常数 79

4.5.1　非本征状态 80

4.5 电容及介电常数的温度系数 80

4.5.2　本征状态 81

4.5.3　实验数据 82

4.6 击穿强度 82

4.6.1　碰撞电离 84

4.6.2　焦耳热破坏 84

4.6.3　实验 85

5.1　压电薄膜导论 86

5.1.1 引言 86

第五章　薄膜的压电、压阻特性及其应用 86

5.1.2　立方和六方晶体的压电耦合 87

5.1.3　薄膜中的压电耦合 89

5.2　压电材料及薄膜的取向效应 89

5.2.1　纤维状结晶结构 89

5.2.2　非铁电无机压电膜 90

5.2.3　铁电无机压电膜 91

5.2.4　高分子压电膜 91

5.3　压电薄膜体波模的应用 92

5.3.1　体波模薄膜换能器的电特性 92

5.3.2　用于信号处理的超声波器件 95

5.3.3　音响器件 96

5.3.4　振子 97

5.4　声表面波（SAW）器件 98

5.3.5　传感器 98

5.4.1　声表面波的基础知识 99

5.4.2　声表面波器件的材料 104

5.4.3　声表面波器件 105

5.5　薄膜的压阻特性 110

5.5.1　块状材料的压阻特性 110

5.5.2　金属膜的压阻特性 111

5.5.3　半金属及半导体的压阻特性 112

5.5.4　应变计 113

6.2　薄膜无源元件 115

6.2.1 电阻 115

6.1 引言 115

第六章　薄膜在微电子学的应用 115

6.2.2 电容器 117

6.2.3 电感器 121

6.2.4　导体（互连和接触） 121

6.3　有源薄膜器件与全薄膜集成电路 122

6.3.1　有源薄膜器件 122

6.3.2　全薄膜集成电路 129

6.4 电荷耦合器件 130

6.4.1 MOS电容的物理性质 131

6.4.2　CCD的工作过程 138

6.4.3　CCD主要性能参数 139

7.1　薄膜光敏器件 141

7.1.1　光电导中的物理过程 141

第七章　薄膜光电器件 141

7.1.2　光子探测器 144

7.1.3　静电复印机的光感受器 146

7.2　薄膜太阳能电池 149

7.2.1　工作原理 150

7.2.2　非晶态硅薄膜太阳能电池 155

7.3　薄膜显示器件 161

7.3.1　电致发光显示（FL） 163

7.3.2　电致变色显示 167

7.4.2　全息存储 170

7.4　光（数据）存储器件 170

7.4.1　光孔存储器 170

第八章　光与热器件 175

8.1 薄膜光学 175

8.2　减反射膜（AR膜） 176

8.2.1 单层AR膜 177

8.2.2　双层AR膜 178

8.2.3　多层和非均匀AR膜系 180

8.3　薄膜热探测器 181

8.3.1　电阻式热探测器 182

8.3.2　热电偶和热电堆 184

8.3.3　热释电型热探测器 185

8.3.4　临界参数热探测器及其他 192

8.4　热摄象器件 193

8.4.1　半导体类热摄象器件 193

8.4.2　热释电型热摄象器件 195

8.4.3　其他类型的红外成象器件 196

第九章　磁性薄膜器件 198

9.1 引言 198

9.2　薄膜的磁学性质 199

9.2.1　单轴各向异性 199

9.2.2　磁畴和畴壁 202

9.2.3　磁化反转 204

9.2.4　磁阻效应 208

9.2.5　多层膜的性质 209

9.3　磁性薄膜的应用 212

9.3.1　存储器 212

9.3.2　磁传感器 228

第十章　薄膜超导器件 232

10.1　引言 232

10.2　超导现象和唯象理论 233

10.2.1　零电阻现象与超导转变温度 233

10.2.2　完全抗磁性 233

10.2.3　临界磁场与临界电流——西尔斯比定则 234

10.2.4　伦敦理论和穿透深度 234

10.2.5　超导体的自由能 235

10.3.1 电子-晶格相互作用与库柏对 236

10.3　超导电性的微观理论 236

10.3.2　超导基态与能隙 238

10.4　薄膜的超导特性 239

10.4.1　薄膜的临界温度 239

10.4.2　薄膜的临界磁场 241

10.4.3　薄膜的临界电流 242

10.5　S-N态变换器件 243

10.5.1　开关器件 244

10.5.2　冷子管放大器 246

10.5.3　计算机存储器 247

10.6　全磁通量子化 249

10.7　准粒子隧道效应 250

10.8　约瑟夫森隧道效应 252

10.9　超导量子干涉器件 256

10.9.1 dc SQUID 256

10.9.2 rf SQUID 258

10.9.3　SQUID的结构 261

10.10　超导电子学应用 262

10.11　超导薄膜的制备及其材料 262

10.11.1　第一、第二类超导材料 262

10.11.2　各种超导材料的化学组成及性质 263

10.11.3　高Tc超导薄膜的制备 265

10.11.4　高Tc超导薄膜在器件中的应用 267

各章参考文献 267