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第1章　薄膜与高新技术22

第2章　真空技术基础22

2.1　真空的基本知识22

2.1.1　真空定义22

2.1.2　真空度量单位24

2.1.3　真空区域划分26

2.1.4　气体与蒸气28

2.2　真空的表征30

2.2.1　气体分子运动论30

2.2.2　分子运动的平均自由程32

2.2.3　气流与流导35

2.3.1　碰撞于表面的分子数37

2.3　气体分子与表面的相互作用37

2.3.2　分子从表面的反射38

2.3.3　蒸发速率40

2.3.4　真空在薄膜制备中的作用41

第3章　真空泵与真空规43

3.1 真空泵43

3.1.1　油封机械泵45

3.1.2　扩散泵50

3.1.3　吸附泵56

3.1.4　溅射离子泵57

3.1.5　升华泵60

3.1.6　低温冷凝泵61

3.1.7　涡轮分子泵和复合涡轮泵63

3.1.8　干式机械泵64

3.2　真空测量仪器——总压强计66

3.2.1　麦克劳真空规68

3.2.2　热传导真空规69

3.2.3　电离真空计——电离规71

3.2.4　盖斯勒管78

3.2.5　隔膜真空规79

3.2.6　真空规的安装方法79

3.3　真空测量仪器——分压强计80

3.3.1　磁偏转型质谱计80

3.3.2　四极滤质器（四极质谱计）81

第4章　真空装置的实际问题84

4.1　排气的基础知识84

4.2　材料的放气86

4.3　排气时间的估算89

4.4　实用的排气系统90

4.4.1　离子泵系统91

4.4.2　扩散泵系统92

4.4.3　低温冷凝泵－分子泵系统92

4.4.4　残留气体94

4.5　检漏95

4.5.1　检漏方法96

4.5.2　检漏的实际操作98

4.6　大气温度与湿度对装置的影响99

4.7　烘烤用的内部加热器100

4.8　化学活性气体的排气101

4.8.1 主要装置及存在的问题102

4.8.2　排气系统及其部件103

5.1.1　带电粒子在电场中的运动106

5.1　带电粒子在电磁场中的运动106

第5章　气体放电和低温等离子体106

5.1.2　带电粒子在磁场中的运动108

5.1.3　带电粒子在电磁场中的运动109

5.1.4　磁控管和电子回旋共振111

5.2　气体原子的电离和激发112

5.2.1　碰撞——能量传递过程113

5.2.2 电离——正离子的形成117

5.2.3　激发——亚稳原子的形成121

5.2.4　回复——退激发光123

5.2.5　解离——分解为单个原子或离子126

5.2.6　附着——负离子的产生126

5.2.7　复合——中性原子或原子团的形成127

5.2.8　离子化学——活性粒子间的化学反应129

5.3　气体放电发展过程132

5.3.1 由非自持放电过渡到自持放电的条件132

5.3.2 电离系数α和二次电子发射系数γ134

5.3.3　帕邢定律及点燃电压的确定136

5.3.4　气体放电伏安特性曲线138

5.4　低温等离子体概述140

5.4.1　等离子体的定义140

5.4.2　等离子体的温度141

5.4.3　带电粒子的迁移运动和扩散运动143

5.4.4　等离子体的导电性145

5.4.5　等离子体的集体特性146

5.4.6　等离子体电位148

5.4.7　离子鞘层149

5.5.1 辉光放电外貌及两极间各种特性的分布150

5.5 辉光放电150

5.5.2　阴极位降区153

5.5.3　正常辉光放电和异常辉光放电154

5.5.4　其他类型的辉光放电155

5.6 弧光放电157

5.6.1　弧光放电类型157

5.6.2　弧光放电的基本特性158

5.6.3 自持热阴极弧光放电160

5.6.4 自持冷阴极弧光放电164

5.7　高频放电166

5.7.1　高频功率的输入方法166

5.7.2　离子捕集和电子捕集167

5.7.3 自偏压168

5.9　低压力、高密度等离子体放电170

5.8　磁控放电170

5.9.1　微波的传输及微波放电171

5.9.2 微波ECR放电172

5.9.3　螺旋波等离子体放电173

5.9.4　感应耦合等离子体放电176

第6章　薄膜生长与薄膜结构177

6.1　薄膜生长概述177

6.2　吸附、表面扩散与凝结178

6.2.1 吸附178

6.2.2　表面扩散185

6.2.3　凝结187

6.3　薄膜的形核与生长189

6.3.1　形核与生长简介189

6.3.2　毛吸理论（热力学界面能理论）192

6.3.3　统计或原子聚集理论199

6.4　连续薄膜的形成202

6.4.1　奥斯瓦尔多（Ostwald）吞并过程203

6.4.2　熔结过程204

6.4.3　原子团的迁移204

6.4.4　决定表面取向的Wullf理论205

6.5　薄膜的生长过程与薄膜结构207

6.5.1　薄膜生长的晶带模型207

6.5.2　纤维状生长模型209

6.5.3　薄膜的缺陷211

6.5.4　薄膜形成过程的计算机模拟212

6.6　非晶态薄膜216

6.7　薄膜的基本性质218

6.7.1　导电性218

6.7.2 电阻温度系数（TCR）220

6.7.3　薄膜的密度221

6.7.4 经时变化221

6.7.5 电介质膜222

6.8　薄膜的粘附力和内应力223

6.8.1　薄膜的粘附力223

6.8.2　薄膜的内应力224

6.8.3　提高粘附力的途径226

6.9 电迁移227

第7章　表面结构与薄膜的外延生长231

7.1　理想表面结构231

7.1.1　二维结晶学基本概念231

7.1.2　二维倒易点阵235

7.2.1　表面结构的表述方法241

7.2　清洁表面结构241

7.2.2　再构表面及其倒易点阵的矩阵元素244

7.2.3　表面原子弛豫246

7.2.4　表面再构模型248

7.3　实际表面结构253

7.3.1　表面吸附类型254

7.3.2 吸附覆盖层255

7.3.3　吸附表面层结构255

7.3.4　半导体材料的表面吸附258

7.4　薄膜的外延生长260

7.4.1　液相外延261

7.4.2　气相外延261

7.4.3　分子束外延262

7.4.5　同质外延和异质外延263

7.4.4　有机金属化学气相沉积263

7.5　影响薄膜外延的因素266

7.5.1 外延温度266

7.5.2　基片晶体的解理267

7.5.3　压强的影响269

7.5.4　残留气体的影响269

7.5.5　蒸镀速率的影响269

7.5.6　基板表面的缺陷——电子束照射的影响270

7.5.7 电场的影响270

7.5.8　离子的影响270

7.5.9　膜厚的影响270

7.5.10　失配度的影响271

8.1.1　薄膜与厚膜272

8.1　成膜工艺与膜材料简介272

第8章　薄膜沉积的共性问题272

8.1.2　各种成膜方法的比较273

8.1.3　薄膜的气相沉积法276

8.1.4　薄膜的液相沉积法281

8.1.5　厚膜技术和电子浆料288

8.1.6　电路图形的形成方法295

8.1.7　膜材料简介299

8.2 源和膜的成分——如何得到所需要的膜成分299

8.2.1　真空蒸镀和离子镀299

8.2.2　溅射镀膜300

8.3 附着强度——如何提高膜层的附着强度301

8.3.1　预处理302

8.3.2　蒸镀工艺参数的影响304

8.3.3　蒸镀与溅射镀膜的比较——基板不加热的情况307

8.3.4 真空蒸镀、离子镀、溅射镀膜的比较——基板加热、离子轰击都可进行的情况308

8.4 台阶涂敷，绕射着膜率，孔底涂敷——如何在大凹凸表面沉积厚度均匀的膜层309

8.5 等离子体及其在薄膜沉积中的作用——膜质的改善、新技术的开发312

8.5.1　等离子体312

8.5.2　等离子体的形成方法315

8.5.3　等离子体基本形成方式的主要应用317

8.6　基板的传输机构319

8.7　膜层中的针孔和超净工作间322

8.7.1　关于人体沾污324

8.7.2　净化间标准的发展324

8.7.3　净化间级别的公制定义325

第9章　真空蒸镀327

9.1 概述327

9.2.1　饱和蒸气压329

9.2　镀料的蒸发329

9.2.2　蒸发粒子的速度和能量333

9.2.3　蒸发速率和沉积速率334

9.3　蒸发源336

9.3.1　电阻加热蒸发源336

9.3.2 电子束蒸发源343

9.3.3　高频感应蒸发源346

9.4　蒸发源的蒸气发射特性与基板配置348

9.4.1 点蒸发源348

9.4.2　小平面蒸发源349

9.4.3　实际蒸发源的发射特性及基板配置351

9.5　蒸镀装置及操作355

9.6.1　合金蒸发分馏现象357

9.6　合金膜的蒸镀357

9.6.2　瞬时蒸发（闪烁蒸发）法358

9.6.3　双源或多源蒸发法359

9.7　化合物膜的蒸镀359

9.7.1 透明导电膜（ITO）——In2O3-SnO2系薄膜359

9.7.2　反应蒸镀法360

9.7.3　三温度法363

9.7.4　热壁法363

9.8 脉冲激光熔射（PLA）364

9.8.1　脉冲激光熔射的原理364

9.8.2　脉冲激光熔射设备365

9.8.3　脉冲激光熔射制作氧化物超导膜367

9.9　分子束外延技术369

9.9.1　分子束外延的原理及特点369

9.9.2　分子束外延设备370

9.9.3　分子束外延技术的发展动向373

9.9.4　分子束外延的应用374

第10章　离子镀和离子束沉积377

10.1　离子镀的原理377

10.1.1　不同的离子镀方式377

10.1.2　离子轰击在离子镀过程中的作用382

10.1.3　离子镀过程中的离化率问题387

10.1.4　离子镀的蒸发源389

10.2 离子镀的类型及特点391

10.2.1　直流二极型391

10.2.2　三极型和多阴极方式的离子镀392

10.2.3 活性反应蒸镀（ARE）394

10.2.4 空心阴极放电离子镀（HCD）401

10.2.5　射频放电离子镀（RFIP）410

10.2.6　多弧离子镀413

10.2.7 电弧放电型高真空离子镀420

10.3　离子束沉积421

10.3.1　离子束沉积的原理421

10.3.2　直接引出式和质量分离式423

10.3.3　离化团束沉积427

10.3.4　离子束辅助沉积432

10.4　离子束混合436

10.4.1　离子束混合原理436

10.4.2　静态混合437

10.4.3　动态混合438

11.1 离子溅射442

11.1.1　荷能粒子与表面的相互作用442

第11章　溅射镀膜442

11.1.2　溅射产额及其影响因素445

11.1.3　选择溅射现象456

11.1.4　溅射原子的能量分布和角分布462

11.1.5　反应溅射467

11.2　溅射镀膜方式472

11.2.1　直流二极溅射476

11.2.2　三极和四极溅射480

11.2.3　射频溅射481

11.2.4　磁控溅射——低温高速溅射484

11.2.5　溅射气压接近零的零气压溅射498

11.2.6 自溅射——深且超微细孔中的埋入501

11.2.7　RF-DC结合型偏压溅射508

11.2.8　ECR溅射509

11.2.9　对向靶溅射510

11.2.10　离子束溅射沉积512

11.3　磁控溅射源516

11.3.1　磁控溅射源简介516

11.3.2 内圆柱状和外圆柱状磁控溅射源518

11.3.3　溅射枪（S－枪）磁控溅射源521

11.3.4　平面磁控溅射源523

11.3.5　合金靶、复合靶及多靶溅射524

11.4　溅射镀膜的实例528

11.4.1 Ta及其化合物膜的溅射沉积528

11.4.2　Al及Al合金膜的溅射沉积532

11.4.3 氧化物的溅射沉积：超导膜和ITO透明导电膜535

11.4.4　溅射镀膜的应用539

12.1　热氧化、氮化543

第12章 化学气相沉积（CVD）543

12.1.1　反应方式544

12.1.2　热氧化装置545

12.1.3　其他氧化装置547

12.1.4　氮化、碳化表面改性548

12.2 热CVD549

12.2.1　主要的生成反应550

12.2.2　热CVD的特征556

12.2.3 热CVD装置559

12.2.4　反应器560

12.2.5 常压CVD(NPCVD)560

12.2.6 减压CVD(LPCVD)562

12.3.1 PCVD的特征及应用564

12.3 等离子体CVD(PCVD)564

12.3.2 PCVD装置569

12.3.3 高密度等离子体（HDP）CVD575

12.4 光CVD(photo CVD)576

12.4.1　激光化学气相沉积577

12.4.2　光化学气相沉积578

12.5 有机金属CVD(MOCVD)581

12.6　金属CVD585

12.6.1　W-CVD585

12.6.2 Al-CVD586

12.6.3 Cu-CVD588

12.6.4 阻挡层——TiN-CVD589

12.7 半球形晶粒多晶Si-CVD(HSG-CVD)591

12.8 铁电体的CVD592

12.9　低介电常数薄膜的CVD594

第13章　干法刻蚀596

13.1 干法刻蚀与湿法刻蚀596

13.1.1　刻蚀技术简介596

13.1.2　湿法刻蚀600

13.1.3　干法刻蚀603

13.2　等离子体刻蚀——激发反应气体刻蚀607

13.2.1　原理607

13.2.2　装置609

13.3 反应离子刻蚀（RIE）610

13.3.1　原理及特征610

13.3.2　各种反应离子刻蚀方法613

13.3.3　装置619

13.3.4　软件620

13.3.5　Cu的刻蚀625

13.4　反应离子束刻蚀（RIBE）626

13.4.1 聚焦离子束（FIB）设备及刻蚀加工627

13.4.2 束径1mm左右的离子束设备及RIBE630

13.4.3　大束径离子束设备及RIBE632

13.5 气体离化团束（GCIB）加工技术635

13.5.1 GCIB加工原理635

13.5.2 GCIB设备636

13.5.3 GCIB加工的优点637

13.5.4 GCIB在微细加工中的应用638

13.6　微机械加工641

13.7 干法刻蚀用离子源的开发644

第14章　平坦化技术646

14.1 平坦化技术的必要性646

14.2　平坦化技术概要648

14.3　不发生凹凸的薄膜生长649

14.3.1　选择生长649

14.3.2　回流埋孔（溅射平坦化）650

14.3.3　通过埋入氧化物实现平坦化650

14.4 沉积同时进行加工防止凹凸发生的薄膜生长652

14.4.1　偏压溅射652

14.4.2　去除法（lift-off）653

14.5　薄膜生长后经再加工实现平坦化653

14.5.1　涂布平坦化653

14.5.2　激光平坦化654

14.5.3　回流平坦化654

14.5.4　蚀刻平坦化654

14.5.5　阳极氧化与离子注入654

14.6　埋入技术实例655

14.7 化学机械研磨（CMP）技术656

14.8 气体离化团束（GCIB）加工平坦化658

14.9　镶嵌法布线及平坦化659

14.10　平坦化技术与光刻制版术660

第15章　薄膜材料664

15.1　金属薄膜材料664

15.1.1　结构性金属薄膜材料664

15.1.2　功能性金属薄膜材料668

15.2　无机、陶瓷薄膜材料678

15.2.1　无机、陶瓷薄膜简介679

15.2.2　陶瓷薄膜的形成方法679

15.2.3　结构性陶瓷薄膜材料686

15.2.4　功能性陶瓷薄膜材料695

15.3.1　有机、聚合物薄膜材料的形成方法713

15.3　有机、聚合物薄膜材料713

15.3.2　有机、聚合物薄膜材料719

15.4　半导体薄膜材料727

15.4.1　半导体材料与薄膜727

15.4.2　各种功能的半导体薄膜材料734

15.4.3　大禁带宽度半导体薄膜材料：在“硬电子学”中的应用756

第16章　薄膜材料的应用763

16.1 表面改性763

16.1.1　何谓表面改性763

16.1.2　表面改性的手段765

16.1.3　表面改性的应用769

16.2　超硬膜用于切削刀具774

16.2.1　超硬膜的获得及应用774

16.2.2　如何选择镀层－基体系统779

16.2.3　超硬镀层改善刀具切削性能的机理783

16.2.4　TiN镀层对各种刀具切削性能的改善787

16.3 能量变换薄膜与器件792

16.3.1　光电变换薄膜材料794

16.3.2　光热变换薄膜材料797

16.3.3　热电变换薄膜材料799

16.3.4　热电子发射薄膜材料802

16.3.5　固体电解质薄膜材料803

16.3.6　超导薄膜器件804

16.4　传感器806

16.4.1　传感器的种类及材料806

16.4.2　薄膜传感器举例811

16.5.1　MOS器件及晶圆的大型化815

16.5　半导体器件815

16.5.2　化合物半导体器件820

16.6　记录与存储821

16.6.1　光盘823

16.6.2　磁盘826

16.6.3　磁头827

16.7　平板显示器831

16.7.1　液晶显示器832

16.7.2　等离子体平板显示器850

16.7.3　有机电致发光显示器859

16.8　金刚石薄膜的应用864

16.8.1　金刚石薄膜的开发现状865

16.8.2　三极管及二极管866

16.8.3　传感器867

16.8.4　声表面波器件868

16.8.5　场发射平板显示器869

16.9　太阳能电池873

16.9.1　太阳能电池的原理及材料873

16.9.2　硅系薄膜太阳能电池876

16.9.3 化合物薄膜太阳能电池（CIS和CIGS）880

16.10　发光器件884

16.10.1　发光器件的基础——发光过程884

16.10.2　发光二极管885

16.10.3　激光二极管887

第17章　薄膜材料的评价表征及物性测定890

17.1　薄膜材料评价表征的特殊性890

17.2.2　评价表征内容891

17.2.1　评价表征目的891

17.2　薄膜材料评价表征方法及其选择891

17.2.3　评价表征手段选择892

17.3　薄膜材料的评价表征900

17.3.1　表面形貌900

17.3.2　结晶状态和晶体结构901

17.3.3　微观组织和结构903

17.3.4　元素分析904

17.3.5　化学结合状态分析910

17.4　相关技术和装置910

17.4.1　输出信息及显示910

17.4.2　装置的复合化911

17.4.3　成膜后测试和在线测试912

17.4.4　关联技术要素913

17.5.1　TiN薄膜的评价表征915

17.5 薄膜材料评价表征举例915

17.5.2　磁性多层膜的评价表征920

17.6　薄膜材料的物性测定924

附录A　各种元素的温度—蒸气压特性929

附录B　元素的电离电位934

附录C　物理常数表936

附录D　（新旧）常用计量单位对照与换算937

附录E　能量换算表、压力换算表及气体的性质表940

附录F　半导体大规模集成电路的发展预测942

附录G　显示屏的图像分辨率等级、图像分辨率（像素数）和宽高比943

附录H　元素周期表944

附录I　薄膜技术与薄膜材料领域常用缩略语注释946

参考文献959