第一篇 薄膜基础 1
第一章 薄膜及其特征 1
第一节 薄膜的定义 1
第二节 尺寸效应 2
一、熔点降低 2
二、干涉效应 2
三、表面散射 3
四、平面磁化单轴磁各向异性 4
五、表面能级 4
六、量子尺寸效应 4
第三节 结构和缺陷 4
一、单晶的生长 5
二、结构缺陷 5
三、异常结构和非理想化学计量比特性 5
四、扩散现象 6
五、表面形貌 7
第四节 薄膜和基片 7
一、附着和附着力 7
二、内应力 8
参考文献 9
第二章 薄膜的电学和磁学性质 10
第一节 导电薄膜 10
一、基本概念 10
二、连续均匀的导电厚膜 10
三、膜厚与电子平均自由程接近的均匀薄膜 11
四、岛状结构薄膜的形成过程 12
五、岛状结构薄膜的电导 15
六、岛状结构薄膜的外延生长 18
七、单原子层薄膜的形成 19
八、薄膜的层状生长模型和 Stranski-Krastanov 生长模型 20
九、特殊的导电薄膜 25
第二节 电介质薄膜 25
一、绝缘性质及其应用 26
二、介电性质及其应用 28
三、压电性质及其应用 30
四、热电性质及其应用 30
第三节 半导体薄膜——非晶态薄膜 31
一、非晶态半导体 31
二、非晶态半导体的结构与电子状态 32
三、非晶态半导体的结构缺陷与杂质 33
四、非晶态半导体的电学性质 37
第四节 半导体薄膜——多晶薄膜 40
一、多晶半导体 40
二、化合物半导体薄膜的制备方法 40
三、化合物半导体薄膜的热处理效果 42
四、半导体薄膜的物性测量方法 44
五、化合物半导体薄膜的应用实例——霍耳元件 45
第五节 超导薄膜 48
一、概述 48
二、超导薄膜的制备方法 50
三、单质及合金超导薄膜 53
四、A15超导薄膜 59
五、B1型化合物超导薄膜 67
六、三元系化合物超导薄膜 70
第六节 磁性薄膜 72
一、薄膜的自发磁化 72
二、磁各向异性 73
三、磁畴和磁壁 76
四、薄膜的磁化过程 82
第七节 压电晶体薄膜 86
一、压电材料物理基础 86
二、压电薄膜的制备技术 88
参考文献 96
第三章 薄膜的光学性质 104
第一节 薄膜光学常数的测量方法 104
一、薄膜的光学量测量方法 105
二、透明薄膜的测量 106
三、吸收薄膜的测量 108
四、确定光学常数的方法 112
五、各向异性、不均匀性和表面粗糙度对薄膜光学性质的影响 114
第二节 电介质薄膜的光学性质 115
一、吸收、反射和透射 115
二、发光 117
三、外电场效应 117
四、电致光学效应 118
五、高次谐波的发生 119
六、喇曼效应 120
第三节 金属薄膜的光学性质 121
一、连续金属薄膜的光学性质 124
二、岛状金属薄膜和金属陶瓷(胶质)的光吸收 129
第四节 半导体薄膜的光学性质 133
一、基本特征 133
二、光吸收与光反射 133
三、发光 136
四、量子阱结构半导体的光学性质 139
参考文献 140
第四章 薄膜的力学性质 143
第一节 薄膜的应力 143
一、内应力与热应力 143
二、应力测量方法 143
三、热应力计算 148
四、内应力的检测 151
第二节 薄膜的弹性系数和内耗的测量 159
一、振动片法 160
二、超声波脉冲法 162
三、其它测量方法 165
第三节 薄膜的弹性、强度和硬度 165
一、薄膜弹性和强度的测定方法 165
二、薄膜的弹性 167
三、薄膜的强度 168
四、薄膜的硬度 170
五、硬度测量方法 171
第四节 薄膜的附着力 174
一、薄膜的附着力 174
二、附着力的测量方法 175
三、附着力测量中的有关问题 180
第五节 薄膜的摩擦、磨损和磨蚀 183
一、薄膜的磨损、磨蚀 183
二、薄膜的摩擦学概念 183
三、影响薄膜摩擦学特性的因素 184
四、滑动性能的测量方法 187
五、应用 188
参考文献 191
第五章 薄膜的化学性质 196
第一节 表面化学反应 196
一、界面现象的热力学描述 196
二、物理吸附和化学吸附 198
三、等温吸附线 198
四、氧化和氮化反应 199
五、表面覆膜的生长速率方程式 201
六、阳极氧化 201
第二节 电子器件用镀膜的耐蚀性 202
一、腐蚀原因和防腐原理 203
二、防腐方法 203
三、电镀层的耐蚀性 204
四、腐蚀试验条件 206
参考文献 207
第二篇 薄膜制备工艺 209
第一章 基片 209
第一节 各种基片的性质 209
一、玻璃 209
二、陶瓷 213
三、单晶体基片 216
四、塑料 217
五、金属 228
第二节 基片的清洗方法 228
一、原理 228
二、实验室所用的清洗方法 228
三、工业清洗方法 229
四、清洁度检验 230
五、超清洁表面的制作 237
第三节 基片的表面处理 248
一、离子体辐照、等离子体辐照和电子辐照 248
二、研磨、刻蚀 250
三、表面粗糙度及其检测 253
四、塑料的底膜涂覆 257
参考文献 258
第二章 真空蒸镀法 263
第一节 蒸发过程 263
一、蒸发理论 263
二、蒸发热力学 267
三、蒸发系数与蒸发机制 269
四、合金的蒸发 272
五、化合物的蒸发 276
第二节 凝结、生长过程 278
一、形核过程 278
二、生长过程 291
第三节 蒸发源 307
一、发射分布 307
二、实验室用蒸发源 311
三、工业用蒸发源 317
四、蒸发物质和蒸发源 321
第四节 特殊蒸镀技术 332
一、同时蒸发法 332
二、瞬间蒸发法 333
三、多层膜扩散合金化 334
四、三温度法 335
五、分子束蒸镀法 336
六、热壁法 339
七、电弧放电法 339
八、离子镀 340
九、离子束沉积 345
十、激光沉积 347
十一、离子束混合 348
十二、反应性蒸镀法 350
十三、气体中的蒸镀法 351
十四、沿基片表面的电场效应 352
第五节 蒸镀的监控 352
一、流量法 353
二、石英晶体振动子 358
三、光学法 361
四、电磁法 366
五、微天平法 368
第六节 蒸镀装置 369
一、抽气系统 369
二、蒸镀系统 373
参考文献 380
第三章 分子束外延生长法 391
第一节 分子束外延生长的特点 391
第二节 装置 391
第三节 分子束外延生长的原理和方法 392
第四节 Ⅲ—Ⅴ 族以外半导体的 MBE 396
一、si 分子束外延生长法 396
二、Ⅱ—Ⅵ 族半导体 MBE 397
三、绝缘体、硅化物 MBE 397
参考文献 399
第四章 溅射镀膜 400
第一节 离子溅射原理 400
一、溅射现象 400
二、溅射产额及其影响因素 402
三、选择溅射现象 408
四、溅射原子的能量分布和角分布 412
五、反应溅射 415
六、膜层生长过程 418
第二节 溅射镀膜工艺及装置 420
一、溅射镀膜的原理、发展过程及分类 421
一、二极辉光放电型溅射 421
三、二极磁控溅射 430
四、三极或四极等离子体溅射 438
五、离子束溅射镀膜 439
六、连续溅射装置 441
第三节 溅射镀膜的应用实例 442
一、溅射薄膜的应用范围 442
二、集成电路金属镀层用 A？ 膜 443
三、Ta 和 TaN 薄膜 447
参考文献 453
第五章 离子束沉积和离子镀 455
第一节 离子束沉积的原理 455
第二节 各种离子束沉积技术 456
一、直接引出式离子束沉积 456
二、质量分离式离子束沉积 456
三、部分离化沉积 458
四、簇团离子束沉积 459
五、离子束溅射沉积 460
第三节 离子镀的原理 462
第四节 离子镀的特点 466
一、离子轰击在离子镀过程中的作用 466
二、离子镀过程中的离化率 468
三、离子镀中沉积成膜的条件 469
第五节 离子镀的类型 469
一、直流二极型离子镀 470
二、三极型和多阴极方式的离子镀 470
三、ARE 活性反应蒸镀法 471
四、电弧放电型高真空离子镀 475
五、空心阴极放电离子镀 478
六、射频放电离子镀 484
七、多弧离子镀技术 486
八、磁控溅射离子镀技术 492
参考文献 493
第六章 化学气相沉积法 498
第一节 化学气相沉积 498
一、原理 498
二、装置 504
三、CVD 生长法 509
第二节 等离子体强化 CVD 法 528
一、原理 528
二、等离子体 CVD 装置 532
三、等离子体 CVD 生长法 534
第三节 有机金属化学气相沉积法 557
一、原理及特征 557
二、用 MOCVD 法制作薄膜 560
三、在器件上的应用 566
四、存在的问题及今后待研究的课题 569
参考文献 570
第七章 其它化学成膜方法 576
第一节 电镀 576
一、电镀原理 576
二、电镀种类 576
三、电镀设备 576
四、电镀前处理 577
五、单一金属电镀层 577
六、合金电镀层 578
七、多层电镀 578
八、复合电镀 579
九、水溶液彩色电镀 580
十、用水溶液电镀法制作金属箔 580
十一、镀制水溶液电镀不能制取的镀层 580
第二节 电解 581
一、电解的原理 581
二、电解设备 581
三、单一金属镀层和合金镀层 582
四、硬镍镀层 582
五、电解复合镀层 583
六、非导体的电解镀层 583
第三节 阳极氧化 584
一、阳极氧化机理 584
二、阳极氧化膜的性质及用途 585
三、阳极氧化法 585
第四节 烧附法 588
一、有机金属化合物的合成 588
二、水金的制作方法 589
三、水金的成分 589
四、烧成 589
五、烧附膜的性质 589
第五节 朗缪尔法 590
一、膜层展开操作 590
二、叠积操作 591
三、各种朗缪尔膜的制作条件 592
参考文献 593
第八章 图形生长及再结晶技术 595
第一节 固相生长法 595
一、多晶晶粒长大 595
二、从非晶状态发生的晶体生长 596
第二节 液相生长法 597
一、激光退火 597
二、灯光退火 603
三、电子束退火 603
四、区熔法 604
参考文献 605
第九章 薄膜图形形成技术 607
第一节 超薄薄膜和超细结构 607
一、金属电子气理论 607
二、超薄薄膜 607
三、超细结构 607
第二节 光刻胶超细图形的加工 608
一、电子束制版 608
二、X 射线曝光制版 608
三、离子束曝光制版 608
第三节 掩模法-掩模的加工与保持 611
第四节 光刻制版技术 615
一、曝光掩模的制作 615
二、光刻胶一览表 620
三、光刻胶的制备工艺 624
四、湿法刻蚀 625
五、干法刻蚀 626
第五节 多层光刻工艺 633
一、三层工艺 633
二、无机光刻胶和双层工艺 634
三、用含硅光刻胶构成的双层工艺 635
四、由离子束构成的单层工艺 636
五、其它多层工艺 636
第六节 光刻胶的干式成像 640
一、光刻胶有掩模的等离子体刻蚀 640
二、光刻胶无掩模的等离子体刻蚀 641
三、由激态复合物激光促成的光致烧蚀分解 641
四、由电子束和紫外线促成的自显影 641
五、热显影 641
第七节 同步辐射——X 射线制版 642
第八节 微细加工技术 643
一、微细加工技术的现状 643
二、制版设备的比较 643
三、各种干法刻蚀的比较 648
四、预先成核法和复合加工法 651
五、在半导体器件中的应用 652
六、微细加工的限度 655
参考文献 659
第三篇 薄膜性能检测 663
第一章 膜厚检测 663
第一节 光学方法 663
一、多光束干涉法测定膜厚 663
二、位相差显微镜法 669
三、椭圆仪法 670
第二节 触针法 674
第三节 各种类型薄膜的膜厚测量 676
一、薄膜的厚度和结构 676
二、膜厚的测定方法 677
参考文献 686
第二章 薄膜的形貌及结构分析 688
第一节 组织和形貌 688
一、光学显微镜 688
二、电子显微镜 691
第二节 原子排布 696
一、衍射法概要 696
二、电子衍射 701
三、X 射线衍射 705
四、扩展 X 射线吸收精细结构分析 708
五、晶体学数据 710
第三节 薄膜晶体中的缺陷及杂质 735
一、电学评价法 735
二、光学评价法 738
三、X 射线、粒子束评价法 740
参考文献 743
第三章 薄膜成分分析 748
第一节 非破坏性分析 748
一、荧光 X 射线分析 748
二、电子探针 X 射线微区分析 749
三、带电粒子激发 X 射线分析 751
四、俄歇电子能谱分析 753
五、背散射分析 756
六、放射化学分析 759
七、电子谱化学分析 761
八、红外吸收，喇曼光谱分析 763
第二节 破坏性分析 765
一、二次离子质谱分析 765
二、低能离子散射分析 769
参考文献 771
第四章 薄膜的稳定性和可靠性 776
第一节 劣化过程 776
一、由结晶状态等细微结构变化而引起的劣化 776
二、由膜界面的变化引起的劣化 778
三、和周围气氛反应引起的劣化 779
四、电迁移造成的破坏 780
五、杂质离子的影响 781
六、概率破坏 782
第二节 可靠性试验 782
一、电介质薄膜的可靠性 782
二、电阻薄膜的可靠性 785
参考文献 786