真空镀膜技术PDF电子书下载

1 薄膜与表面技术基础理论 1

1.1 概述 1

1.2 固体表面介绍 1

1.2.1 固体材料 1

1.2.2 固体表面与界面的基本概念 3

1.2.3 固体表面与界面的区别 4

1.3 表面晶体学 4

1.3.1 金属薄膜的晶体结构 4

1.3.2 理想的表面结构 6

1.3.3 表面与体内的差异 7

1.3.4 清洁表面结构 13

1.3.5 实际表面结构 13

1.4 表面特征（热）力学 18

1.4.1 表面力 18

1.4.2 表面张力与表面自由能 21

1.4.3 表面扩散 24

1.5 表面电子学 25

1.5.1 金属薄膜中的电迁移现象 25

1.5.2 增强薄膜抗电迁移能力的措施 26

1.6 界面与薄膜附着 27

1.6.1 界面层 27

1.6.2 附着及附着力 28

1.6.3 固体材料表面能对附着的影响 31

1.6.4 表面、界面和薄膜的应力 32

1.6.5 增强薄膜附着力的方法 39

1.7 金属表面的腐蚀 41

1.7.1 电化学腐蚀 41

1.7.2 金属的钝化 43

1.7.3 全面腐蚀 43

1.7.4 局部腐蚀 44

2 真空蒸发镀膜 51

2.1 概述 51

2.2 真空蒸发镀膜原理 51

2.2.1 真空蒸发镀膜的物理过程 51

2.2.2 蒸发过程中的真空条件 52

2.2.3 镀膜过程中的蒸发条件 54

2.2.4 残余气体对膜层的影响 62

2.2.5 蒸气粒子在基片上的沉积 63

2.3 蒸发源 65

2.3.1 电阻加热式蒸发源 65

2.3.2 电子枪加热蒸发源 70

2.3.3 感应加热式蒸发源 75

2.3.4 空心热阴极电子束蒸发源 77

2.3.5 激光加热蒸发源 78

2.3.6 电弧加热蒸发源 79

2.4 特殊蒸镀技术 79

2.4.1 闪蒸蒸镀法 79

2.4.2 多蒸发源蒸镀法 80

2.4.3 反应蒸镀法 80

2.4.4 三温度蒸镀法 81

3 真空溅射镀膜 82

3.1 溅射镀膜原理 82

3.1.1 溅射现象 82

3.1.2 溅射机理 83

3.2 溅射沉积成膜 84

3.2.1 溅射源 84

3.2.2 溅射原子的能量与角分布 87

3.2.3 溅射产额与溅射速率 89

3.2.4 合金和化合物的溅射 95

3.2.5 溅射沉积成膜 96

3.2.6 薄膜的成分与结构 97

3.2.7 各种粒子轰击效应 100

3.2.8 溅射沉积速率 101

3.2.9 薄膜厚度均匀性和纯度 104

3.3 溅射技术概述 106

3.4 直流二极溅射 108

3.5 直流三极或四极溅射 111

3.6 磁控溅射 114

3.6.1 磁控溅射工作原理 114

3.6.2 磁控溅射镀膜的特点 117

3.6.3 磁控溅射镀膜工艺特性 123

3.6.4 平面磁控溅射靶 128

3.6.5 圆柱形磁控溅射靶 140

3.6.6 传统平面磁控溅射靶存在的问题 145

3.7 射频（RF）溅射 147

3.7.1 射频溅射镀膜原理 147

3.7.2 射频辉光放电特性 150

3.7.3 射频溅射装置 152

3.8 非平衡磁控溅射 154

3.8.1 非平衡磁控溅射原理 155

3.8.2 非平衡磁控溅射与平衡磁控溅射比较 157

3.8.3 建立非平衡磁控系统的方法 159

3.8.4 非平衡磁控溅射系统结构形式 159

3.8.5 非平衡磁控溅射的应用 162

3.9 反应磁控溅射 167

3.9.1 反应磁控溅射的机理 168

3.9.2 反应磁控溅射的特性 169

3.9.3 反应磁控溅射工艺过程中的主要问题 170

3.9.4 解决反应磁控溅射工艺运行不稳定的措施 175

3.10 中频交流反应磁控溅射 181

3.10.1 中频交流反应磁控溅射原理 181

3.10.2 中频双靶反应磁控溅射的特点 185

3.10.3 中频磁控靶结构形式 186

3.10.4 中频磁控靶PEM控制 189

3.11 非对称脉冲溅射 190

3.12 合金膜的溅射沉积 191

3.13 铁磁性靶材的溅射沉积 192

3.13.1 磁控溅射铁磁性靶材存在的问题 193

3.13.2 磁控溅射铁磁性靶材的主要方法 194

3.14 离子束溅射 200

4 真空离子镀膜 203

4.1 离子镀的类型 203

4.2 真空离子镀原理及成膜条件 204

4.2.1 真空离子镀原理 204

4.2.2 真空离子镀的成膜条件 206

4.3 等离子体在离子镀膜过程中的作用 207

4.3.1 放电空间中的粒子行为 207

4.3.2 离子镀过程中的离子轰击效应 209

4.4 离子镀中基片负偏压的影响 212

4.5 等离子镀的离化率与离子能量 214

4.5.1 离化率 214

4.5.2 中性粒子和离子的能量 215

4.5.3 膜层表面的能量活化系数 215

4.6 离子镀膜工艺及其参数选择 217

4.6.1 镀膜室的气体压力 217

4.6.2反应气体的分压 218

4.6.3 蒸发源功率 219

4.6.4 蒸发速率 219

4.6.5 蒸发源和基片间的距离 219

4.6.6 沉积速率 220

4.6.7 基体的负偏压 221

4.6.8 基体温度 221

4.7 离子镀的特点及应用 224

4.7.1 离子镀的特点 224

4.7.2 离子镀技术的应用 225

4.8 直流二极型离子镀装置 227

4.9 多阴极型离子镀装置 228

4.10 活性反应离子镀（ARE）装置 230

4.11 射频放电离子镀装置 233

4.11.1 射频放电离子镀装置原理及特点 233

4.11.2 射频放电离子镀中若干问题的探讨 235

4.12 空心阴极离子镀 237

4.12.1 空心阴极辉光放电 237

4.12.2 空心阴极弧光放电 240

4.12.3 空心阴极放电离子镀设备 241

4.13 真空阴极电弧离子镀 245

4.13.1 概述 245

4.13.2 真空阴极电弧离子镀原理 246

4.13.3 真空多弧离子镀设备的组成 255

4.13.4 真空阴极电弧的控制 265

4.13.5 大颗粒的抑制与消除 269

4.13.6 负偏压对膜沉积过程的影响 273

4.14 热阴极强流电弧离子镀 275

4.15 磁控溅射离子镀 277

4.15.1 磁控溅射离子镀的工作原理 277

4.15.2 磁控溅射偏置基片的伏安特性 278

4.15.3 提高偏流密度的方法 280

5 真空卷绕镀膜 283

5.1 概述 283

5.2 蒸发卷绕镀膜 284

5.2.1 蒸发卷绕镀膜特性 284

5.2.2 电阻加热蒸发卷绕镀膜 287

5.2.3 电子束加热蒸发卷绕镀膜 296

5.2.4 感应加热蒸发卷绕镀膜 299

5.2.5 蒸发卷绕镀的应用 301

5.3 磁控溅射卷绕镀膜 308

5.3.1 工作原理与特点 308

5.3.2 设备结构与配置 311

5.3.3 直流磁控卷绕镀膜 315

5.3.4 中频磁控卷绕镀膜 316

5.3.5 磁控溅射卷绕镀膜的应用 317

5.4 高速EB-PVD卷绕镀膜 322

5.5 组合式的卷绕镀膜设备 325

5.5.1 电阻蒸发与磁控溅射组合式卷绕镀膜设备 325

5.5.2 电弧蒸发与磁控溅射组合式卷绕镀膜设备 325

5.6 卷绕镀膜设备的主要部件 326

5.6.1 卷绕系统 326

5.6.2 速度控制和张力控制 334

5.6.3 蒸发系统 337

5.6.4 真空室开启机构 345

5.6.5 屏蔽组件 346

5.6.6 真空系统 348

6 化学气相沉积CVD技术 351

6.1 概述 351

6.1.1 CVD技术的基本原理 351

6.1.2 CVD的组成及工艺 353

6.1.3 CVD装置 355

6.1.4 CVD技术的类型、应用及特点 359

6.2 等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术 363

6.2.1 PECVD的原理及特征 363

6.2.2 PECVD技术中等离子体的性质 367

6.2.3 PECVD的特点 368

6.2.4 PECVD的应用 371

6.3 直流等离子体化学气相沉积（DC-PCVD）技术 372

6.3.1 DC-PCVD原理及反应装置 372

6.3.2 DC-PCVD法沉积TiN、TiC 375

6.4 射频等离子体化学气相沉积（RF-PCVD）技术 378

6.4.1 RF-PCVD装置 378

6.4.2 RF-PCVD的工业应用 386

6.5 微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）技术 392

6.5.1 MPCVD装置 393

6.5.2 MPCVD的应用与工艺示例 397

6.6 激光化学气相沉积（LCVD）技术 401

6.6.1 基本原理 402

6.6.2 LCVD沉积设备 404

6.6.3 LCVD的应用 407

6.7 金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）技术 408

6.7.1 MOCVD沉积设备 409

6.7.2 MOCVD工艺优化 412

6.7.3 MO源 413

6.7.4 MOCVD沉积的特点 415

6.7.5 MOCVD的应用 416

7 离子注入与离子辅助沉积技术 418

7.1 离子注入的理论基础 418

7.1.1 离子与固体表面作用现象 418

7.1.2 注入离子与固体的相互作用 419

7.2 离子注入设备 427

7.3 强束流离子源 430

7.3.1 强束流离子源主要设计参数 430

7.3.2 强束流离子源的分类 431

7.3.3 双等离子体离子源 433

7.3.4 潘宁离子源 435

7.3.5 高频放电离子源 437

7.3.6 金属蒸气真空弧放电（NEVVA）离子源 438

7.4 离子注入表面改性机理 439

7.5 离子注入技术的特点 441

7.6 离子束辅助沉积技术 443

7.6.1 概述 443

7.6.2 离子束辅助沉积技术机理 444

7.6.3 离子束辅助沉积方式 445

7.6.4 离子束辅助沉积装置 448

8 ITO导电玻璃镀膜工艺 461

8.1 ITO透明导电薄膜的基本性能与应用 461

8.1.1 ITO薄膜的基本性能 461

8.1.2 影响ITO薄膜导电性能的因素 462

8.2 各种用途ITO透明导电玻璃简介 463

8.2.1 液晶显示（TNSTN-LCD）用ITO导电玻璃 463

8.2.2 彩色滤光片（CF） 463

8.2.3 有机电致发光显示器（OLED）用ITO导电玻璃 465

8.2.4 触摸屏用ITO导电玻璃 466

8.3 ITO透明导电玻璃镀膜设备 466

8.3.1 典型ITO透明导电玻璃生产线简介 466

8.3.2 ITO靶材 468

8.4 ITO透明导电膜的制备工艺 471

8.4.1 SiO2膜层的制备方法 471

8.4.2 ITO膜的制备方法 473

8.4.3 LCD用ITO透明导电玻璃制备工艺 473

8.5 LCD用ITO透明导电玻璃膜层检验标准和方法 480

8.6 ITO导电玻璃生产时对原辅材料及生产环境的要求 482

8.6.1 ITO玻璃原材料 482

8.6.2 车间环境 482

8.6.3 主要原辅材料的管理 483

9 薄膜厚度的测量与监控 485

9.1 光学测量方法 485

9.1.1 光学干涉法 485

9.1.2 椭偏仪法 487

9.1.3 极值法 488

9.1.4 波长调制法（振动狭缝法） 490

9.1.5 原子吸收光谱法 491

9.2 机械测量方法 492

9.2.1 轮廓仪法 492

9.2.2 显微镜观察断口 493

9.2.3 称重法测量薄膜的厚度 494

9.3 电学测量方法 494

9.3.1 石英晶体振荡法 494

9.3.2 电离式监控计法 496

9.3.3 面电阻法 497

10 表面与薄膜分析检测技术 501

10.1 概述 501

10.2 表面与薄膜分析方法分类 503

10.2.1 表面形貌分析 503

10.2.2 表面成分分析 504

10.2.3 表面结构分析 505

10.2.4 表面电子态分析 506

10.2.5 表面原子态分析 506

10.3 表面与薄膜的力学性能表征 507

10.3.1 硬度和弹性模量测试 507

10.3.2 薄膜与基体的结合力测试 512

10.3.3 表面与薄膜的摩擦系数及耐磨性检测 515

10.4 表面与薄膜的组织形貌及晶体结构分析 518

10.4.1 光学显微分析 518

10.4.2 扫描电子显微分析 518

10.4.3 透射电子显微分析 523

10.4.4 扫描探针显微分析 525

10.4.5 X射线衍射分析 531

10.4.6 低能电子衍射与反射式高能电子衍射 535

10.4.7 激光喇曼光谱分析 537

10.5 表面与薄膜的成分表征方法 539

10.5.1 X射线能量色散谱和X射线波长色散谱 540

10.5.2 俄歇电子能谱 543

10.5.3 X射线光电子能谱 545

10.5.4 二次离子质谱 547

10.5.5 辉光放电光谱 549

10.5.6 卢瑟福背散射技术 551

参考文献 554