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1绪论1

1.1薄膜的含义及特征1

1.1.1薄膜的含义1

1.1.2薄膜学的主要研究内容2

1.1.3功能薄膜的分类2

1.1.4薄膜材料的特殊性4

1.1.5薄膜材料的结构与缺陷8

1.1.6薄膜材料的性质与应用9

1.2功能薄膜材料的选择与设计10

1.2.1装饰功能薄膜10

1.2.2机械功能薄膜12

1.2.3物理功能薄膜17

1.2.4特殊功能薄膜19

1.2.5微电子机械系统制备技术与所用的功能薄膜20

1.3功能薄膜材料的发展趋势20

1.3.1功能薄膜材料小型化、多功能化和高度集成化21

1.3.2各类功能薄膜材料的发展22

1.3.3功能薄膜沉积制备技术的发展24

1.3.4功能薄膜表征技术的发展25

参考文献26

2功能薄膜的沉积制备方法27

2.1概述27

2.1.1装饰功能薄膜的沉积制备方法27

2.1.2机械功能薄膜的沉积制备方法28

2.1.3物理功能薄膜的沉积制备方法28

2.1.4特殊功能薄膜的沉积制备方法29

2.2化学气相沉积技术30

2.2.1化学气相沉积的原理30

2.2.2热激发化学气相沉积32

2.2.3常压和低压化学气相沉积32

2.2.4等离子体增强化学气相沉积33

2.2.5激光化学气相沉积42

2.2.6微波等离子体化学气相沉积46

2.2.7金属有机化学气相沉积48

2.3分子束外延技术55

2.3.1分子束外延的特点55

2.3.2分子束外延的原理55

2.3.3分子束外延装置与分类56

2.3.4分子束外延的生长工艺58

2.3.5分子束外延的应用58

2.4现代材料表面改性技术58

2.4.1电子束与材料表面改性技术59

2.4.2激光束与材料表面改性技术67

2.4.3离子注入与材料表面改性技术90

2.4.4离子团束沉积技术111

2.5物理气相沉积技术116

2.5.1真空蒸发镀膜技术118

2.5.2溅射镀膜技术127

2.5.3离子镀膜技术141

2.6新型镀制功能薄膜的复合镀膜技术167

2.6.1磁控溅射与阴极多弧离子镀膜技术的复合167

2.6.2金属离子源与离子镀技术的复合168

2.6.3离子束辅助沉积技术169

2.6.4多种表面技术沉积制备多层复合膜层171

参考文献172

3装饰功能薄膜176

3.1概述176

3.2装饰功能膜的主要膜系176

3.3装饰功能膜系设计的主要原则177

3.3.1颜色177

3.3.2明度177

3.3.3耐蚀性178

3.3.4耐磨性178

3.4彩色装饰膜178

3.4.1颜色179

3.4.2光亮度182

3.4.3耐蚀性182

3.4.4耐磨性183

3.4.5典型的镀制工艺183

3.5玻璃装饰功能膜186

3.5.1幕墙玻璃装饰膜的基本功能186

3.5.2玻璃镀膜的材料与颜色188

3.5.3镀膜玻璃的硬度和耐磨性190

3.5.4智能窗玻璃191

3.5.5防雾防露和自清洁镀膜玻璃194

3.6塑料金属化装饰膜和七彩膜194

3.6.1塑料金属化装饰膜194

3.6.2七彩装饰膜196

3.7包装装潢用装饰膜196

3.7.1仿金属装潢的包装膜196

3.7.2服饰用金银线196

3.7.3电化铝箔197

3.7.4高档食品用真空镀铝复合包装材料197

3.7.5 SiOx和Al2O3透明阻隔膜198

3.8彩虹薄膜与镀铝纸198

3.8.1彩虹薄膜198

3.8.2镀铝纸199

3.9大面积装饰镀膜生产中应注意的技术201

参考文献201

4机械功能薄膜203

4.1概述203

4.2机械功能薄膜的主要膜系与设计膜层的原则204

4.2.1主要膜系204

4.2.2设计选择膜层的基本原则205

4.3氮化物系207

4.3.1 TiN208

4.3.2 ZrN212

4.3.3 CrN213

4.3.4（Ti，Al）N214

4.3.5（Cr，Ti，Al）N218

4.4碳化物系226

4.4.1 TiC226

4.4.2 Cr-C227

4.4.3W-C228

4.5硼化物与硅化物系229

4.5.1 硼化物（TiB2、ZrB2）系229

4.5.2硅化物（WSi2、MoSi2、TaSi2、TiSi2）系231

4.6金属与合金系232

4.6.1金属与合金薄膜232

4.6.2金属与合金膜用靶材235

4.6.3金属元素用作注入离子来提高材料表层的性能235

4.6.4金属与合金作薄膜材料的中间过渡层237

4.6.5其他作用238

4.7超硬薄膜238

4.7.1金刚石膜239

4.7.2类金刚石膜257

4.7.3 β-C3N4超硬膜270

4.7.4纳米晶Ti-Si-N薄膜274

4.7.5纳米多层膜276

4.7.6多层Ti/TiN/Zr/ZrN耐磨抗冲刷膜282

4.8机械功能薄膜的主要工业应用286

4.8.1机械功能薄膜的超硬耐磨性的主要工业应用286

4.8.2机械功能薄膜（涂层）的防护性能主要工业应用297

4.8.3在酸和熔融态金属及盐中的工业应用299

4.8.4机械功能膜在特殊环境中的应用300

4.9机械功能薄膜的发展302

4.9.1新型的金属陶瓷薄膜涂层302

4.9.2多元复合薄膜303

4.9.3多层复合薄膜304

4.9.4纳米薄膜306

4.9.5纳米晶-非晶复合薄膜306

4.9.6非金属超硬薄膜306

参考文献307

5物理功能薄膜310

5.1概述310

5.2微电子功能薄膜310

5.2.1半导体薄膜311

5.2.2介质薄膜316

5.2.3导电薄膜321

5.2.4电阻薄膜330

5.3电磁功能薄膜333

5.3.1高温超导薄膜333

5.3.2压电薄膜339

5.3.3铁电薄膜343

5.3.4磁性薄膜347

5.4光学功能薄膜356

5.4.1基本光学薄膜356

5.4.2控光薄膜361

5.4.3光学薄膜材料367

5.5光电子功能薄膜372

5.5.1薄膜光电探测器373

5.5.2光电池薄膜377

5.5.3光敏电阻薄膜379

5.5.4光电导摄像靶薄膜381

5.5.5透明导电氧化物薄膜384

5.6集成光学功能薄膜389

5.6.1光波导薄膜389

5.6.2光开关薄膜392

5.6.3光调制（光偏转）薄膜393

5.7物理功能薄膜的应用395

5.7.1物理功能薄膜在微电子器件和集成电路中的应用395

5.7.2物理功能薄膜在光学器件上的应用400

5.7.3物理功能薄膜在光电子器件上的应用408

5.7.4物理功能薄膜在太阳能电池上的应用422

5.7.5物理功能薄膜在传感器上的应用426

参考文献431

6特殊功能薄膜434

6.1导弹雷达整流罩用的高温耐磨与透光功能薄膜434

6.2超高真空中的润滑用的功能薄膜435

6.3超固体润滑功能薄膜436

6.4航空航天用关键材料表面改性的特殊功效功能薄膜438

6.5多功能用途的金刚石膜和类金刚石膜439

6.6耐高压天然气冲蚀的密封面材料441

6.6.1天然气田工况对部件的性能要求和国外设计采用的基材和密封面材质441

6.6.2钛合金表面生成10μm的化合物TiN层作高压天然气的冲蚀与密封材料441

6.6.3离子氮化后钛合金（材）表面生成的扩散层与TiN化合物层的性能与应用441

6.7热沉材料444

6.8高温条件下的耐磨功能薄膜446

6.9射线环境下的润滑与耐磨和核反应堆相关重要部件的涂层446

6.10超晶格特殊功能薄膜447

参考文献448

7材料表面微细加工技术及其在微机电系统中的应用449

7.1概述449

7.2表面微细加工技术449

7.2.1光刻加工449

7.2.2电子束微细加工453

7.2.3离子束微细加工455

7.2.4激光束微细加工459

7.2.5超声微细加工460

7.2.6电火花微细加工462

7.2.7电解微细加工463

7.2.8微电铸加工464

7.2.9 LIGA技术加工465

7.2.10准LIGA技术加工472

7.2.11扫描探针显微镜纳米精密加工472

7.3微细加工技术在微电子先进新技术中的应用475

7.3.1微电子微细加工技术475

7.3.2微电子微细加工技术的应用478

7.4微细加工在微机械器件、微机电系统部件制造加工中的应用478

7.4.1大规模成熟制造集成电路技术的引用479

7.4.2薄膜沉积制备技术481

7.4.3光刻工艺技术482

7.4.4 LIGA制造技术483

7.4.5牺牲层技术483

7.4.6基板键合技术485

7.5微机电系统的加工与典型器件488

7.5.1微机电系统加工技术特点488

7.5.2微机电系统加工的典型器件与系统489

7.5.3微机械与微机电系统常用材料511

7.5.4微机电系统加工的多样化与标准化512

7.6微机电系统研究开发概况与产业化前景513

7.6.1国外微机电系统研究开发概况及产业化前景513

7.6.2我国微机电系统研究开发概况和今后的发展方向514

参考文献515