目录 1
1 薄膜制备的真空技术基础 1
1.1 气体分子运动论的基本概念 1
1.1.1 气体分子的运动速度及其分布 1
1.1.2 气体的压力和气体分子的平均自由程 3
1.1.3 气体分子的通量 4
1.2 气体的流动状态和真空抽速 5
1.2.1 气体的流动状态 5
1.2.2 气体管路的流导 8
1.2.3 真空泵的抽速 9
1.3 真空泵简介 11
1.3.1 旋片式机械真空泵 12
1.3.2 罗茨真空泵 13
1.3.3 油扩散泵 13
1.3.4 涡轮分子泵 15
1.3.5 低温吸附泵 16
1.3.6 溅射离子泵 18
1.4 真空的测量 19
1.4.1 热偶真空规和皮拉尼真空规 20
1.4.2 电离真空规 22
1.4.3 薄膜真空规 23
参考文献 25
2 薄膜的物理气相沉积（Ⅰ）——蒸发法 26
2.1 物质的热蒸发 27
2.1.1 元素的蒸发速率 27
2.1.2 元素的平衡蒸气压 28
2.1.3 化合物与合金的热蒸发 30
2.2 薄膜沉积的厚度均匀性和纯度 32
2.2.1 薄膜沉积的方向性和阴影效应 32
2.2.2 蒸发沉积薄膜的纯度 37
2.3 真空蒸发装置 39
2.3.1 电阻式蒸发装置 39
2.3.2 电子束蒸发装置 40
2.3.3 电弧蒸发装置 43
2.3.4 激光蒸发装置 43
2.3.5 空心阴极蒸发装置 44
参考文献 46
3 薄膜的物理气相沉积（Ⅱ）——溅射法及其他PVD方法 47
3.1 气体放电现象与等离子体 47
3.1.1 气体放电现象描述 48
3.1.2 辉光放电现象及等离子体鞘层 51
3.1.3 辉光放电过程中电子的碰撞 55
3.2 物质的溅射现象 57
3.2.1 溅射产额 59
3.2.2 合金的溅射和沉积 64
3.3 溅射沉积装置 67
3.3.1 直流溅射 67
3.3.2 射频溅射 70
3.3.3 磁控溅射 74
3.3.4 反应溅射 79
3.3.5 中频溅射与脉冲溅射 82
3.3.6 偏压溅射 86
3.3.7 离子束溅射 87
3.4 其他物理气相沉积方法 88
3.4.1 离子镀 88
3.4.2 反应蒸发沉积 94
3.4.3 离子束辅助沉积 95
3.4.4 离化团束沉积 99
3.4.5 等离子体浸没式离子沉积 101
参考文献 103
4 薄膜的化学气相沉积 105
4.1 化学气相沉积反应的类型 106
4.1.1 热解反应 106
4.1.2 还原反应 106
4.1.3 氧化反应 107
4.1.4 置换反应 107
4.1.5 歧化反应 108
4.1.6 气相输运 109
4.2 化学气相沉积过程的热力学 110
4.2.1 化学反应的自由能变化 111
4.2.2 化学反应路线的选择 113
4.2.3 化学反应平衡的计算 115
4.3 化学气相沉积过程的动力学 118
4.3.1 气体的输运 119
4.3.2 气相化学反应 122
4.3.3 气体组分的扩散 126
4.3.4 表面吸附及表面化学反应 127
4.3.5 表面扩散 131
4.3.6 温度对CVD过程中薄膜沉积速率的影响 133
4.3.7 CVD薄膜沉积速率的均匀性 136
4.4 CVD薄膜沉积过程的数值模拟 140
4.5 化学气相沉积装置 144
4.5.1 高温和低温CVD装置 145
4.5.2 低压CVD装置 147
4.5.3 激光辅助CVD装置 148
4.5.4 金属有机化合物CVD装置 149
4.6 等离子体辅助化学气相沉积技术 150
4.6.1 PECVD过程的动力学 151
4.6.2 PECVD装置 154
参考文献 160
5 薄膜的生长过程和薄膜结构 162
5.1 薄膜生长过程概述 162
5.2 新相的自发形核理论 165
5.3 薄膜的非自发形核理论 169
5.3.1 非自发形核过程的热力学 169
5.3.2 薄膜的形核率 171
5.3.3 衬底温度和沉积速率对形核过程的影响 173
5.4 连续薄膜的形成 175
5.4.1 奥斯瓦尔多吞并过程 175
5.4.2 熔结过程 176
5.4.3 原子团的迁移 177
5.5 薄膜生长过程与薄膜结构 178
5.5.1 薄膜的四种典型组织形态 178
5.5.2 低温抑制型薄膜生长 181
5.5.3 高温热激活型薄膜生长 188
5.6 非晶薄膜 190
5.7 薄膜织构 193
5.8 薄膜的外延生长 198
5.8.1 点阵失配与外延缺陷 198
5.8.2 薄膜外延技术 204
5.8.3 外延薄膜的成分控制 205
5.9 薄膜中的应力和薄膜的附着力 213
5.9.1 薄膜中应力的测量 213
5.9.2 热应力和生长应力 217
5.9.3 薄膜界面形态和界面附着力 222
参考文献 226
6 薄膜材料的表征方法 227
6.1 薄膜厚度的测量 227
6.1.1 薄膜厚度的光学测量方法 228
6.1.2 薄膜厚度的机械测量方法 241
6.2 薄膜结构的表征方法 245
6.2.1 扫描电子显微镜 246
6.2.2 透射电子显微镜 249
6.2.3 X射线衍射方法 253
6.2.4 低能电子衍射和反射式高能电子衍射 255
6.2.5 扫描探针显微镜 258
6.3 薄膜成分的表征方法 262
6.3.1 原子内的电子激发及相应的能量过程 262
6.3.2 X射线能量色散谱 266
6.3.3 俄歇电子能谱 267
6.3.4 X射线光电子能谱 270
6.3.5 卢瑟福背散射技术 272
6.3.6 二次离子质谱 275
6.4 薄膜附着力的测量方法 277
6.4.1 刮剥法 277
6.4.2 拉伸法 278
6.4.3 薄膜附着力的其他测试方法 279
参考文献 279
7.1 耐磨及表面防护涂层 281
7 薄膜材料及其应用 281
7.1.1 硬质涂层 283
7.1.2 热防护涂层 288
7.1.3 防腐涂层 290
7.2 金刚石薄膜 291
7.2.1 金刚石薄膜的制备技术 293
7.2.2 金刚石薄膜的应用 297
7.3 集成电路中的薄膜材料 299
7.3.1 集成电路制造技术 299
7.3.2 发光二极管和异质结激光器 301
7.3.3 超晶格与量子阱结构 303
7.4 集成光学器件 307
7.4.1 集成光波导和光学器件 308
7.4.2 集成光学器件材料 309
7.5 磁记录薄膜和光存储薄膜 311
7.5.1 复合磁头和薄膜磁头 312
7.5.2 磁记录介质薄膜及其制造技术 316
7.5.3 光存储介质概况 318
7.5.4 磁光存储 320
7.5.5 相变光存储 321
参考文献 323