本书是一部关于薄膜技术的研究专著，内容包括真空技术基础、薄膜制备、微细加工、薄膜材料及应用、薄膜成分与结构分析等5大部分，涉及薄膜技术与薄膜材料的各个方面，知识全面，脉络清晰。全书共17章，文字通俗易懂，并配有大量图解，有利于对基本知识的理解、掌握与运用。对于从事相关行业的科技工作者与工程技术人员，本书具有极为难得的参考价值，同时也是其他感兴趣读者了解薄膜材料与技术在高新技术中应用的一本很好的入门书籍。

薄膜及微细加工技术的应用范围极为广泛，从大规模集成电路、电子元器件、平板显示器、信息记录与存储、MEMS、传感器、太阳能电池，到材料的表面改性等，涉及高新技术产业的各个领域。本书内容包括真空技术基础、薄膜制备、微细加工、薄膜材料及应用、薄膜成分与结构分析等5大部分，涉及薄膜技术与薄膜材料的各个方面，知识全面，脉络清晰。全书共17章，文字通俗易懂，并配有大量图解，有利于对基本知识的理解、掌握与运用。对于从事相关行业的科技工作者与工程技术人员，本书具有极为难得的参考价值，同时也是其他感兴趣读者了解薄膜材料与技术在高新技术中应用的一本很好的入门书籍。

第1章 薄膜与高新技术

第2章 真空技术基础

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气体分子与表面的相互作用37

 2.3.1碰撞于表面的分子数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

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

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

第5章 气体放电和低温等离子体

5.1带电粒子在电磁场中的运动106

 5.1.1带电粒子在电场中的运动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辉光放电150

 5.5.1辉光放电外貌及两极间各种特性的分布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

5.8磁控放电170

5.9低压力、高密度等离子体放电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

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

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清洁表面结构241

 7.2.1表面结构的表述方法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

 7.4.4有机金属化学气相沉积263

 7.4.5同质外延和异质外延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

第8章 薄膜沉积的共性问题

8.1成膜工艺与膜材料简介272

 8.1.1薄膜与厚膜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

9.1概述327

9.2镀料的蒸发329

 9.2.1饱和蒸气压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合金膜的蒸镀357

 9.6.1合金蒸发分馏现象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

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

第11章 溅射镀膜

11.1离子溅射442

 11.1.1荷能粒子与表面的相互作用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

 11.2.7RF-DC结合型偏压溅射508

 11.2.8ECR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

 11.4.1Ta及其化合物膜的溅射沉积528

 11.4.2Al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

第12章 化学气相沉积（CVD）

12.1热氧化、氮化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等离子体CVD（PCVD）564

 12.3.1PCVD的特征及应用564

 12.3.2PCVD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

 12.6.1W-CVD585

 12.6.2Al-CVD586

 12.6.3Cu-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

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

 13.3.5Cu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

 13.5.1GCIB加工原理635

 13.5.2GCIB设备636

 13.5.3GCIB加工的优点637

 13.5.4GCIB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

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

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有机、聚合物薄膜材料713

 15.3.1有机、聚合物薄膜材料的形成方法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

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

 16.2.4TiN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半导体器件815

 16.5.1MOS器件及晶圆的大型化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

17.1薄膜材料评价表征的特殊性890

17.2薄膜材料评价表征方法及其选择891

 17.2.1评价表征目的891

 17.2.2评价表征内容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薄膜材料评价表征举例915

 17.5.1TiN薄膜的评价表征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