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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 单位面积上气体分子的碰撞频率4

1.2 气体的流动状态和真空的获得5

1.2.1 气体的流动状态5

1.2.2 气体管路的疏导7

1.2.3 真空抽速8

1.3 真空泵简介10

1.3.1 旋转式机械泵11

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14

1.3.5 低温吸附泵15

1.3.6 溅射离子泵17

1.4 真空的测量18

1.4.1 热偶真空规和皮拉尼真空规19

1.4.2 电离真空规20

1.4.3 薄膜真空规21

2 薄膜的物理气相沉积(Ⅰ)--蒸发法23

2.1 物质的热蒸发24

2.1.1 物质的蒸发速度24

2.1.2 元素的蒸气压24

2.1.3 化合物和合金的蒸发27

2.2 薄膜沉积的厚度均匀性和纯度29

2.2.1 薄膜沉积的方向性和阴影效应29

2.2.2 蒸发沉积薄膜的纯度33

2.3 真空蒸发装置34

2.3.1 电阻式加热装置35

2.3.2 电子束加热装置36

2.3.3 电弧加热装置37

2.3.4 激光加热装置38

3 薄膜的物理气相沉积(Ⅱ)--溅射法及其他PVD方法41

3.1 辉光放电与等离子体41

3.1.1 气体辉光放电的物理基础42

3.1.2 辉光放电中的碰撞过程47

3.2 物质的溅射现象48

3.2.1 溅射产额49

3.2.2 合金的溅射和沉积53

3.3 溅射沉积装置55

3.3.1 直流溅射55

3.3.2 射频溅射56

3.3.3 磁控溅射59

3.3.4 反应溅射61

3.3.5 偏压溅射62

3.4 其他物理气相沉积方法64

3.4.1 离子镀65

3.4.2 反应蒸发沉积66

3.4.3 离子束辅助沉积67

3.4.4 离化原子团束沉积69

4 薄膜的化学气相沉积73

4.1 化学气相沉积所涉及的化学反应类型73

4.1.1 热解反应73

4.1.2 还原反应74

4.1.3 氧化反应74

4.1.4 化合反应74

4.1.5 岐化反应75

4.1.6 可逆反应75

4.1.7 气相输运76

4.2 化学气相沉积过程的热力学76

4.2.1 化学反应的自由能变化77

4.2.2 化学反应的速度79

4.2.3 化学反应路线与由能变化84

4.2.4 化学反应平衡的计算85

4.3 气体的输运特性88

4.3.1 流动气体的边界层及影响因素88

4.3.2 扩散与对流90

4.4 薄膜生长动力学91

4.4.1 生长速度的一致性91

4.4.2 温度对沉积速度的影响93

4.5 化学气相沉积装置96

4.5.1 高温和低温CVD装置97

4.5.2 低压CVD装置98

4.5.3 等离子体增强CVD装置99

4.5.4 激光辅助CVD装置102

4.5.5 金属有机化合物CVD装置103

5 薄膜的生长过程和薄膜结构105

5.1 薄膜生长过程概述105

5.2 新相的自发形核理论107

5.3 薄膜的非自发形核模型110

5.3.1 非自发形核过程的热力学110

5.3.2 薄膜的形核率112

5.3.3 衬底温度和沉积速率对形核过程的影响114

5.4 连续薄膜的形成116

5.4.1 奥斯瓦尔多吞并过程117

5.4.2 溶结过程118

5.4.3 原子团的迁移119

5.5 薄膜生长过程与薄膜结构119

5.5.1 薄膜生长的晶带模型119

5.5.2 纤维状生长模型123

5.6 非晶薄膜126

5.7 薄膜的外延生长129

5.7.1 点阵失配与外延缺陷129

5.7.2 半导体的外延生长方法132

5.8 薄膜生长过程的实际模拟134

5.9 薄膜中的应力和薄膜的附着力136

5.9.1 薄膜中应力的测量137

5.9.2 热应力和生长应力140

5.9.3 薄膜界面形态和界面附着力143

6 薄膜材料的表征方法147

6.1 薄膜厚度测量技术148

6.1.1 薄膜厚度的光学测量方法148

6.1.2 薄膜厚度的机械测量方法155

6.2 薄膜结构的表征方法159

6.2.1 扫描电子显微镜159

6.2.2 透射电子显微镜162

6.2.3 X射线衍射方法167

6.2.4 低能电子衍射和反射式高能电子衍射169

6.3 薄膜成分的表征方法172

6.3.1 原子内的电子激发及相应的能量过程173

6.3.2 X射线能量色散谱177

6.3.3 俄歇电子能谱178

6.3.4 X射线光电子能谱181

6.3.5 卢瑟福背散射技术183

6.3.6 二次离子质谱185

7 薄膜材料及其应用189

7.1 耐磨及表面防护涂层189

7.1.1 硬质涂层191

7.1.2 热防护涂层196

7.1.3 防腐涂层198

7.2 金刚石薄膜199

7.2.1 金刚石薄膜的制备技术201

7.2.2 金刚石薄膜的应用205

7.3 集成电路及能带工程207

7.3.1 集成电路制造技术208

7.3.2 发光二极管和异质结激光器209

7.3.3 超晶格、量子阱和能带工程212

7.4 集成光学器件216

7.4.1 集成光波导和光学器件216

7.4.2 集成光学器件材料218

7.5 磁记录薄膜和光存储薄膜219

7.5.1 复合磁头和薄膜磁头221

7.5.2 磁记录介质薄膜及其制造技术224

7.5.3 光存储介质概况226

7.5.4 磁光存储228

7.5.5 相变光存储230

参考文献232