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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