薄膜技术与薄膜材料PDF电子书下载

1 物理气相沉积 1

1.1 物理气相沉积 1

1.2 真空蒸发镀膜 2

1.2.1 真空蒸发的基本过程 2

1.2.2 蒸发热力学 3

1.2.3 蒸发速率 4

1.2.4 蒸发分子的平均自由程与碰撞概率 5

1.2.4.1 蒸发分子平均自由程 5

1.2.4.2 碰撞概率 6

1.2.5 蒸发源的蒸发特性及膜厚分布 7

1.2.5.1 点蒸发源 8

1.2.5.2 小平面蒸发源 8

1.2.6 蒸发源的类型 9

1.2.6.1 电阻加热蒸发源 10

1.2.6.2 电子束加热蒸发源 11

1.2.6.3 高频感应加热蒸发源 13

1.2.6.4 电弧加热蒸发源 13

1.2.6.5 激光加热蒸发源 14

1.2.7 合金及化合物蒸发 15

1.2.7.1 合金的蒸发 15

1.2.7.2 合金薄膜的制备方法 16

1.2.7.3 化合物蒸发法 16

1.3 溅射镀膜 17

1.3.1 辉光放电 17

1.3.1.1 直流辉光放电的过程与特性 18

1.3.1.2 帕邢定律 19

1.3.1.3 直流辉光放电的现象与其特性 20

1.3.1.4 高频辉光放电的特性 21

1.3.2 溅射原理 22

1.3.2.1 溅射现象 22

1.3.2.2 溅射机理 23

1.3.2.3 溅射率 23

1.3.2.4 溅射原子的能量和速度 28

1.3.3 溅射镀膜技术 30

1.3.3.1 二极溅射 30

1.3.3.2 三极或四极溅射 32

1.3.3.3 射频（RF）溅射 32

1.3.3.4 磁控溅射 34

1.3.3.5 反应溅射 35

1.4 离子镀膜 38

1.4.1 离子镀原理 39

1.4.2 离子镀膜条件 40

1.4.3 离子镀的特点 42

1.4.4 离化率与离子能量 43

1.4.5 离子的轰击作用 45

1.4.6 离子镀类型 46

1.4.6.1 直流二极离子镀 46

1.4.6.2 三极和多极型离子镀 47

1.4.6.3 射频离子镀 48

1.4.6.4 空心阴极离子镀 49

1.4.6.5 活性反应离子镀 52

2 化学气相沉积 54

2.1 化学气相沉积的特点和分类 54

2.1.1 化学气相沉积的特点 54

2.1.2 化学气相沉积技术的分类 55

2.2 CVD反应类型 55

2.3 CVD过程的热力学 57

2.3.1 化学反应的自由能变化 57

2.3.2 CVD中的化学平衡的计算 59

2.4 CVD中的气体输运 60

2.4.1 流动气体边界层及影响因素 60

2.4.2 扩散和对流 62

2.5 CVD中薄膜生长动力学 63

2.5.1 薄膜生长的均匀性 63

2.5.2 温度与沉积速率 65

2.6 CVD装置 68

2.7 低压化学气相沉积 69

2.8 等离子化学气相沉积 70

2.8.1 等离子体的性质 70

2.8.2 PCVD的特点 71

2.8.3 常用的PCVD装置 73

2.8.3.1 直流等离子化学气相沉积 73

2.8.3.2 脉冲等离子化学气相沉积 75

2.8.3.3 射频等离子化学气相沉积 78

2.8.3.4 微波等离子化学气相沉积 81

2.9 金属有机物化学气相沉积 84

2.10 激光化学气相沉积 87

2.11 分子束外延 89

3 硬膜材料 92

3.1 金刚石薄膜 92

3.1.1 金刚石的结构和特点 93

3.1.2 金刚石的性质及应用 95

3.1.2.1 金刚石的力学性能 95

3.1.2.2 金刚石电学性能 95

3.1.2.3 金刚石的热学性能 96

3.1.2.4 金刚石膜的光学性能 97

3.1.2.5 金刚石膜的其他性能 98

3.1.3 金刚石膜的表征 98

3.1.4 低压合成金刚石的机理 100

3.1.4.1 金刚石膜生长的基本原理 100

3.1.4.2 低压气相生长金刚石的驱动力 101

3.1.4.3 金刚石膜生成的基本条件 103

3.1.5 低压沉积金刚石的方法与装置 103

3.1.5.1 概述 103

3.1.5.2 热丝化学气相沉积 104

3.1.5.3 微波等离子体化学气相沉积金刚石膜 107

3.1.5.4 等离子射流法 111

3.1.6 金刚石涂层刀具 114

3.1.6.1 金刚石涂层刀具的特点 114

3.1.6.2 金刚石涂层刀具的技术性能 116

3.2 类金刚石薄膜 118

3.2.1 类金刚石的相结构与表征 119

3.2.1.1 类金刚石的相结构 119

3.2.1.2 类金刚石膜的表征 120

3.2.2 类金刚石膜的性能 121

3.2.2.1 DLC膜的力学性能 122

3.2.2.2 DLC膜的电学性能 123

3.2.2.3 DLC膜的光学性能 124

3.2.2.4 DLC膜的其他性能 126

3.2.3 DLC膜的应用 126

3.2.3.1 DLC膜在机械领域的应用 127

3.2.3.2 DLC膜在声学领域的应用 128

3.2.3.3 DLC膜在电磁学领域的应用 129

3.2.3.4 DLC膜在光学领域的应用 129

3.2.3.5 DLC膜在医学领域的应用 130

3.2.4 DLC膜的制备方法 131

3.3 立方氮化硼薄膜 131

3.3.1 氮化硼的结构和性质 132

3.3.1.1 六角氮化硼的结构和性质 133

3.3.1.2 菱形氮化硼的结构和性质 134

3.3.1.3 纤锌矿氮化硼的结构和性质 134

3.3.1.4 立方氮化硼的结构和性质 135

3.3.2 氮化硼的相图 135

3.3.3 立方氮化硼的表征 136

3.3.3.1 傅立叶变换红外谱（FTIR）分析 136

3.3.3.2 X射线光电子谱（XPS）分析 137

3.3.3.3 氮化硼膜中化学配比的确定 137

3.3.3.4 薄膜的形貌观测 138

3.3.4 立方氮化硼的性质和应用 138

3.3.5 立方氮化硼的制备方法 141

3.3.5.1 物理气相沉积法 141

3.3.5.2 化学气相沉积法 143

3.3.5.3 物理法与化学法制备c-BN膜的比较 144

3.4 CNx膜 144

3.4.1 β-C3N4的晶体结构 146

3.4.2 CNx膜的性能 148

3.4.2.1 硬度 148

3.4.2.2 耐磨损性能 149

3.4.2.3 电学性能 150

3.4.2.4 光学性质 150

3.4.3 CNx膜的结构分析与表征 151

3.4.3.1 CNx晶体结构的分析 151

3.4.3.2 CNx薄膜的成分分析 151

3.4.3.3 CNx薄膜的FTIR分析 152

3.4.3.4 CNx薄膜的Raman光谱测试 152

3.4.4 CNx的制备方法 153

3.4.5 CNx薄膜的应用 155

3.4.5.1 氮化碳涂层刀具干切削硅铝合金 155

3.4.5.2 氮化碳涂层刀具干切削淬火钢 156

3.5 氮化物、碳化物、氧化物薄膜及复合薄膜 157

3.5.1 概述 157

3.5.2 氮化物薄膜 161

3.5.2.1 TiN薄膜 161

3.5.2.2 其他氮化物薄膜 164

3.5.3 碳化物薄膜 165

3.5.3.1 TiC薄膜 165

3.5.3.2 其他碳化物薄膜 169

3.5.4 氧化物薄膜 170

3.5.4.1 氧化铝镀层 170

3.5.4.2 氧化锆薄膜 171

3.5.5 复合膜 172

3.5.5.1 TiCxNy薄膜 173

3.5.5.2 纳米超硬复合膜 176

4 薄膜在液相中的化学及电化学制备 182

4.1 薄膜在液相中的化学转化制备 182

4.1.1 化学镀 182

4.1.1.1 化学镀镍 183

4.1.1.2 化学镀铜 187

4.1.2 化学氧化 188

4.1.2.1 钢铁的化学氧化 188

4.1.2.2 有色金属化学氧化 192

4.1.3 钝化 193

4.1.3.1 钝化膜的形成过程 193

4.1.3.2 钝化膜的组成和结构 193

4.1.3.3 钝化工艺 194

4.1.3.4 影响钝化膜质量的因素 195

4.1.4 磷化 195

4.1.4.1 钢铁磷化处理 196

4.1.4.2 有色金属的磷化 199

4.2 薄膜在液相中的电化学转化制备 199

4.2.1 电镀 200

4.2.1.1 基础知识 200

4.2.1.2 电镀金属 204

4.2.1.3 电镀合金 205

4.2.1.4 电刷镀 209

4.2.1.5 非金属材料电镀 212

4.2.2 阳极氧化 214

4.2.2.1 铝阳极氧化膜 215

4.2.2.2 铝阳极氧化机理 216

4.2.2.3 铝阳极氧化工艺 217

4.2.2.4 铝阳极氧化膜的着色和封闭 219

4.2.2.5 阳极氧化法制备氧化铝模板 223

4.2.2.6 其他有色金属阳极氧化 223

4.2.3 微弧氧化 225

4.2.3.1 铝及铝合金的微弧氧化 227

4.2.3.2 钛及钛合金的微弧氧化 230

4.2.3.3 微弧氧化技术的应用现状及前景 231