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绪论 1

1 薄膜研究的历史 1

2 薄膜的制备技术 3

3 薄膜的理论研究 5

4 几种主要薄膜 8

5 内容说明 14

参考文献 18

第一章 薄膜生长过程中的微观结构研究 19

1.1 引言 19

1.2 薄膜的形成过程 20

1.2.1 临界核的形成 21

1.2.2 岛的长大与接合 24

1.2.3 迷津结构的形成 27

1.2.4 连续膜的形成 27

1.3 生长中缺陷的掺合 28

1.4 透射电子显微镜(TEM) 29

1.5 扫描电子显微镜(SEM) 32

1.6 反射电镜(REM)研究表面台阶和重构 35

1.7 场离子显微镜(FIM)研究表面原子的扩散、徙动和脱附 37

1.7.1 空位和填隙原子 38

1.7.2 晶粒间界的结构和形貌 39

1.7.3 由于成核和生长产生的相分离(偏析) 39

1.7.4 无序-有序的变换 41

1.8 扫描隧道显微镜(STM) 42

1.9 原子力显微镜(AFM) 47

参考文献 48

第二章 薄膜的沉积、成核和生长 50

2.1 引言 50

2.2 凝结过程 51

2.3 成核的毛细作用理论 55

2.4 核形成的统计理论 59

2.5 薄膜内杂质成核和生长的理论 73

2.5.1 具有填隙原子和杂质粒子的离子晶体的自由能 74

2.5.2 具有缺位原子和杂质粒子的离子晶体的自由能 79

2.5.3 出现固溶微粒的临界条件 82

2.5.4 核的临界值和施主原子临界浓度与激活条件的关系 85

2.5.5 临界点的特性和自由能曲面 89

2.5.6 出现固溶微粒后的施主原子浓度 91

2.5.7 原子扩散和微粒生长 93

2.5.8 微粒有一定分布时的自由能 95

2.5.9 某些碱金属卤化物的F中心浓度和临界条件 98

2.5.10 热凝聚、光凝聚及其他 100

2.5.11 原子晶体和合金中固溶微粒的形成和生长 105

2.6 在基底表面的成核与生长 105

2.7 影响成核和生长的各种因素 109

2.7.1 蒸积速率 110

2.7.2 沉积原子的动能 111

2.7.3 斜入射蒸积 113

2.7.4 外加电场 114

2.7.5 基底温度 116

2.7.6 基底结构 117

2.7.7 环境污染 118

2.7.8 化学分解 118

2.7.9 离子团束 118

参考文献 121

第三章 薄膜结构和成分的实验研究方法 124

3.1 引言 124

3.2 电子衍射原理 124

3.2.1 高能电子衍射(HEED) 125

3.2.2 反射高能电子衍射(RHEED) 129

3.2.3 低能电子衍射(LEED) 130

3.3 单晶和多晶薄膜的电子衍射图 135

3.3.1 单晶薄膜 135

3.3.2 多晶薄膜 136

3.4 用电子能谱仪分析薄膜的成分 137

3.4.1 光电子能谱(PES) 138

3.4.2 俄歇电子谱(AES) 141

3.4.3 能量损失谱(ELS) 143

3.4.4 阈能谱 145

3.4.5 特征X射线谱 147

3.5 成分的深层分析 149

3.6 其他分析方法 151

3.6.1 次级原子质谱(SIMS) 151

3.6.2 离子散射谱(ISS) 152

3.6.3 卢瑟福背散射谱(RBS) 153

3.7 离子与薄膜的作用 154

3.7.1 离子束动能的影响 154

3.7.2 离子电荷的影响 161

参考文献 161

第四章 薄膜的非理想情况、缺陷和改性 162

4.1 引言 162

4.2 薄膜的非理想情况 163

4.2.1 成分的偏析 164

4.2.2 薄膜的密度 165

4.2.3 薄膜的晶格常数 166

4.2.4 表面粗糙度 168

4.3 薄膜的缺陷 171

4.3.1 点缺陷 171

4.3.2 线缺陷 172

4.4 温度、原子振动与缺陷的关系 177

4.5 晶态与非晶态的转化 183

4.5.1 晶态向非晶态的转化 183

4.5.2 从非晶态转化为晶态 185

4.6 离子掺杂和表面改性 188

参考文献 194

第五章 薄膜界面和薄膜间的相互扩散 195

5.1 引言 195

5.2 薄膜的界面结构 195

5.2.1 单晶薄膜的界面 196

5.2.2 金属与半导体的界面 197

5.2.3 Si-SiO2界面的结构、杂质和缺陷 197

5.3 界面特性与其对薄膜性质的影响 201

5.4 超晶格薄膜结构及其特性 207

5.4.1 超晶格薄膜结格的制备 208

5.4.2 超晶格薄膜的特性 208

5.4.3 超晶格薄膜结构分析 210

5.4.4 超晶格薄膜示例 212

5.5 金属--金属膜间的相互扩散 215

5.5.1 可相互溶混的单晶薄膜 216

5.5.2 多晶薄膜间的相互扩散 216

5.6 金属-半导体之间的相互扩散 218

5.7 相互扩散对电子特性的影响 223

5.8 扩散对器件性能的影响 225

5.8.1 金属硅化物的形成 226

5.8.2 肖特基势垒的不稳定性 226

5.8.3 金属间化合物 226

5.8.4 扩散阻挡层 227

参考文献 228

第六章 薄膜的能带结构和界面对能带的影响 231

6.1 引言 231

6.2 单晶膜的能带结构 231

6.3 多晶的能带结构和界面对能带的影响 235

6.4 无定形膜的能带结构 238

6.5 多层膜的能带结构 241

6.6 界面位垒 246

6.6.1 金属-金属接触 247

6.6.2 半导体-半导体接触 247

6.6.3 金属-半导体接触 250

6.6.4 金属-绝缘体接触 251

参考文献 252

第七章 薄膜的表面原子结构和电子结构 254

7.1 引言 254

7.2 单晶表面的原子结构 254

7.3 单晶表面的电子结构 257

7.4 表面态和表面空间电荷层 261

7.4.1 表面态 261

7.4.2 表面空间电荷层 263

7.4.3 表面电势分布 265

7.5 表面位垒和电子亲和势 268

7.5.1 表面位垒 269

7.5.2 逸出功 271

7.5.3 电子亲和势EA 273

7.6 表面吸附对电子结构的影响 273

7.6.1 吸附对表面逸出功的影响 273

7.6.2 表面能带弯曲 274

7.6.3 表面态对能带结构的影响 276

参考文献 277

第八章 薄膜的尺寸效应 279

8.1 Boltzmann 输运方程 279

8.1.1 Boltzmann方程 279

8.1.2 块体金属电导率 280

8.1.3 薄金属膜的电导率 281

8.2 金属薄膜的尺寸效应模型 282

8.2.1 Fuchs模型 282

8.2.2 Cottey模型 286

8.3 尺寸效应的实验研究 289

参考文献 291

第九章 薄膜的导电特性 292

9.1 非连续金属薄膜的导电机理 292

9.2 绝缘体薄膜的电导率 296

9.3 杂质导电 299

参考文献 302

第十章 非晶薄膜的结构 303

10.1 引言 303

10.2 非晶薄膜形成的条件和制备方法 305

10.1.1 迅速冷却制备非晶薄膜 306

10.2.2 用等离子体制备非晶薄膜 309

10.2.3 离子轰击制备非晶薄膜 310

10.3 非晶薄膜的可能结构 312

10.3.1 微晶模型 313

10.3.2 硬球无规密埋模型 313

10.3.3 无规网络模型 314

10.4 键长和键角的分布几率 315

10.5 X射线和电子衍射分析非晶薄膜 317

10.6 非晶薄膜结构随温度的变化 320

10.7 非晶薄膜的导电 323

参考文献 326

第十一章 多晶薄膜 328

11.1 引言 328

11.2 多晶薄膜的形成 329

11.3 多晶膜的晶粒间界 335

11.4 晶粒间界中的分凝和扩散 340

11.5 多晶膜中的微观和宏观缺陷 349

11.6 多晶膜中杂质扩散的Monte Carlo处理 353

11.7 晶粒间界的复合速率 357

11.8 晶界结构对薄膜性能的影响 361

11.9 控制多晶Pb薄膜的晶粒尺寸 365

11.10 多晶薄膜的导电特性 370

参考文献 374

第十二章 金属微粒-绝缘体薄膜 376

12.1 引言 376

12.2 金属-绝缘体薄膜的结构和导电特性 377

12.3 金属微粒-绝缘体薄膜的制备 378

13.4 金属微粒微观结构的确定 381

12.5 体积分数X值的确定和电学测量 383

12.6 电导率与金属体积分数的关系 389

12.6.1 金属态和过渡态 390

12.6.2 介质状态 395

12.7 金属微粒-绝缘体薄膜的其它特性 411

12.7.1 磁学薄膜 411

12.7.2 薄膜电阻 413

参考文献 414

第十三章 金属微粒-半导体薄膜 416

13.1 引言 416

13.2 原子团的特性 417

13.3 制备方法 421

13.4 基质中原子团的尺寸分布 423

13.5 金属微粒-半导体基质之间的静电特性 425

13.5.1 金属微粒周围的空间电荷层 426

13.5.2 空间电荷区的电位分布 428

13.5.3 微粒表面电场强度和微粒内电荷 430

13.5.4 镜象力对微粒位垒的影响 431

13.6 金属微粒-半导体薄膜的导电特性 432

13.6.1 金属微粒-半导体薄膜的电导率简单分析 432

13.6.2 热激发隧道穿透导电 434

13.7 金属微粒-半导体薄膜的光学特性 436

13.7.1 球形微粒的光吸收和光散射 437

13.7.2 长球和扁球的光吸收和光散射 439

13.7.3 银-氧化铯薄膜中银微粒的光吸收 440

13.7.4 银-氧化铯薄膜中银微粒的光散射 443

13.8 金属Ag-Cs2O半导体薄膜的光电发射特性 445

参考文献 449

第十四章 单晶薄膜 451

14.1 引言 451

14.2 单晶膜生长过程 452

14.3 单晶膜生长的现场监测 457

14.4 外延生长单晶薄膜的不完整性 458

14.5 外延生长单晶薄膜 461

14.5.1 晶格匹配 461

14.5.2 核的取向 464

14.5.3 流体原子团 468

14.5.4 生长期间核的再取向 471

14.5.5 生长形态 472

14.5.6 接合 473

14.5.7 连续膜的生长 476

14.6 单晶薄膜 477

14.6.1 金属单晶薄膜 477

14.6.2 外延硅化物单晶薄膜 482

参考文献 485