内容简介
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、白光LED固体照明、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、薄膜材料及应用等4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，每章后面附有习题，有利于对基本概念和基础知识的理解、掌握与运用。本书可作为材料、机械、精密仪器、化工、能源、微电子、计算机、物理、化学、光学等学科本科生及研究生教材，对于从事相关行业的科技工作者与工程技术人员，也具有极为难得的参考价值。
前言
20世纪90年代初，作者与刘德令先生等共同编译了《薄膜科学与技术手册》（上、下册）。该书内容包括薄膜基础、薄膜制备工艺、薄膜性能检测、薄膜技术的应用等，涉及薄膜科学与技术的各个方面。该书内容广泛，取材新颖，论述全面，在国内（包括在国外的中文读者）广为流传。
目录
第1章 真空技术基础1
1.1 真空的基本知识1
1.1.1 真空定义1
1.1.2 真空度量单位2
1.1.3 真空区域划分4
1.1.4 气体与蒸气6
1.2 真空的表征7
1.2.1 气体分子运动论7
1.2.2 分子运动的平均自由程9
1.2.3 气流与流导12
1.3 气体分子与表面的相互作用13
1.3.1 碰撞于表面的分子数13
1.3.2 分子从表面的反射14
1.3.3 蒸发速率15
1.3.4 真空在薄膜制备中的作用16
习题17
第2章 真空泵与真空规19
2.1 真空泵19
2.1.1 油封机械泵20
2.1.2 扩散泵24
2.1.3 吸附泵29
2.1.4 溅射离子泵30
2.1.5 升华泵32
2.1.6 低温冷凝泵33
2.1.7 涡轮分子泵和复合涡轮泵34
2.1.8 干式机械泵36
2.2 真空测量仪器--总压强计37
2.2.1 麦克劳真空规39
2.2.2 热传导真空规40
2.2.3 电离真空计--电离规41
2.2.4 盖斯勒管46
2.2.5 隔膜真空规47
2.2.6 真空规的安装方法48
2.3 真空测量仪器--分压强计48
2.3.1 磁偏转型质谱计48
2.3.2 四极滤质器（四极质谱计）49
习题50
第3章 真空装置的实际问题52
3.1 排气的基础知识52
3.2 材料的放气53
3.3 排气时间的估算56
3.4 实用的排气系统57
3.4.1 离子泵系统57
3.4.2 扩散泵系统57
3.4.3 低温冷凝泵-分子泵系统57
3.4.4 残留气体59
3.5 检漏60
3.5.1 检漏方法60
3.5.2 检漏的实际操作62
3.6 大气温度与湿度对装置的影响63
3.7 烘烤用的内部加热器64
3.8 化学活性气体的排气65
3.8.1 主要装置及存在的问题66
3.8.2 排气系统及其部件66
习题68
第4章 气体放电和低温等离子体69
4.1 带电粒子在电磁场中的运动69
4.1.1 带电粒子在电场中的运动69
4.1.2 带电粒子在磁场中的运动70
4.1.3 带电粒子在电磁场中的运动71
4.1.4 磁控管和电子回旋共振73
4.2 气体原子的电离和激发73
4.2.1 碰撞--能量传递过程74
4.2.2 电离--正离子的形成77
4.2.3 激发--亚稳原子的形成80
4.2.4 回复--退激发光82
4.2.5 解离--分解为单个原子或离子84
4.2.6 附着--负离子的产生85
4.2.7 复合--中性原子或原子团的形成85
4.2.8 离子化学--活性粒子间的化学反应87
4.3 气体放电发展过程89
4.3.1 由非自持放电过渡到自持放电的条件90
4.3.2 电离系数?α?和二次电子发射系数?γ?91
4.3.3 帕邢定律及点燃电压的确定92
4.3.4 气体放电伏安特性曲线93
4.4 低温等离子体概述95
4.4.1 等离子体的定义95
4.4.2 等离子体的温度96
4.4.3 带电粒子的迁移运动和扩散运动97
4.4.4 等离子体的导电性99
4.4.5 等离子体的集体特性100
4.4.6 等离子体电位101
4.4.7 离子鞘层102
4.5 辉光放电103
4.6 弧光放电105
4.6.1 弧光放电类型105
4.6.2 弧光放电的基本特性106
4.7 高频放电107
4.7.1 高频功率的输入方法107
4.7.2 离子捕集和电子捕集108
4.7.3 自偏压109
4.8 低压力、高密度等离子体放电110
4.8.1 微波的传输及微波放电111
4.8.2 微波ECR放电111
4.8.3 螺旋波等离子体放电113
4.8.4 感应耦合等离子体放电114
习题115
第5章 薄膜生长与薄膜结构117
5.1 薄膜生长概述117
5.2 吸附、表面扩散与凝结118
5.2.1 吸附118
5.2.2 表面扩散123
5.2.3 凝结124
5.3 薄膜的形核与生长126
5.3.1 形核与生长简介126
5.3.2 毛吸理论（热力学界面能理论）129
5.3.3 统计或原子聚集理论134
5.4 连续薄膜的形成137
5.4.1 奥斯瓦尔多（Ostwald）吞并过程137
5.4.2 熔结过程138
5.4.3 原子团的迁移139
5.4.4 决定表面取向的Wullf理论139
5.5 薄膜的生长过程与薄膜结构140
5.5.1 薄膜生长的晶带模型140
5.5.2 纤维状生长模型142
5.5.3 薄膜的缺陷144
5.5.4 薄膜形成过程的计算机模拟145
5.6 非晶态薄膜148
5.7 薄膜的基本性质150
5.7.1 导电性150
5.7.2 电阻温度系数（TCR)151
5.7.3 薄膜的密度151
5.7.4 经时变化152
5.7.5 电介质膜152
5.8 薄膜的粘附力和内应力153
5.8.1 薄膜的粘附力153
5.8.2 薄膜的内应力154
5.8.3 提高粘附力的途径155
5.9 电迁移156
习题158
第6章 真空蒸镀159
6.1 概述159
6.2 镀料的蒸发160
6.2.1 饱和蒸气压160
6.2.2 蒸发粒子的速度和能量164
6.2.3 蒸发速率和沉积速率165
6.3 蒸发源166
6.3.1 电阻加热蒸发源166
6.3.2 电子束蒸发源170
6.4 蒸发源的蒸气发射特性与基板配置173
6.4.1 点蒸发源173
6.4.2 小平面蒸发源174
6.4.3 实际蒸发源的发射特性及基板配置175
6.5 蒸镀装置及操作178
6.6 合金膜的蒸镀179
6.6.1 合金蒸发分馏现象180
6.6.2 瞬时蒸发（闪烁蒸发）法181
6.6.3 双源或多源蒸发法181
6.7 化合物膜的蒸镀181
6.7.1 透明导电膜(ITO)--In?2O?3-SnO?2系薄膜181
6.7.2 反应蒸镀法182
6.7.3 三温度法183
6.7.4 热壁法183
6.8 脉冲激光熔射（PLA)184
6.8.1 脉冲激光熔射的原理184
6.8.2 脉冲激光熔射设备185
6.8.3 脉冲激光熔射制作氧化物超导膜186
6.9 分子束外延技术187
6.9.1 分子束外延的原理及特点187
6.9.2 分子束外延设备188
6.9.3 分子束外延技术的发展动向190
6.9.4 分子束外延的应用191
习题192
第7章 离子镀和离子束沉积193
7.1 离子镀原理及方式193
7.1.1 离子镀的原理193
7.1.2 不同的离子镀方式194
7.1.3 离子轰击在离子镀过程中的作用198
7.1.4 离子镀过程中的离化率问题202
7.1.5 离子镀的蒸发源203
7.2 几种典型的离子镀方式204
7.2.1 活性反应蒸镀（ARE)204
7.2.2 空心阴极放电离子镀206
7.2.3 多弧离子镀208
7.3 离子束沉积210
7.3.1 离子束沉积的原理210
7.3.2 直接引出式和质量分离式212
7.3.3 离化团束沉积215
7.3.4 离子束辅助沉积219
7.4 离子束混合222
7.4.1 离子束混合原理222
7.4.2 静态混合223
7.4.3 动态混合223
习题225
第8章 溅射镀膜227
8.1 离子溅射227
8.1.1 荷能粒子与表面的相互作用227
8.1.2 溅射产额及其影响因素229
8.1.3 溅射原子的能量分布和角分布238
8.2 溅射镀膜方式242
8.2.1 直流二极溅射246
8.2.2 三极和四极溅射247
8.2.3 射频溅射249
8.2.4 磁控溅射--低温高速溅射251
8.2.5 溅射气压接近零的零气压溅射259
8.2.6 自溅射--深且超微细孔中的埋入262
8.2.7 RF-DC结合型偏压溅射267
8.2.8 ECR溅射268
8.2.9 对向靶溅射269
8.2.10 离子束溅射沉积270
8.3 溅射镀膜的实例273
8.3.1 Ta及其化合物膜的溅射沉积273
8.3.2 Al及Al合金膜的溅射沉积277
8.3.3 氧化物的溅射沉积：超导膜和ITO透明导电膜278
习题282
第9章 化学气相沉积（CVD)284
9.1 化学气相沉积（CVD）概述284
9.1.1 定义284
9.1.2 CVD薄膜沉积过程285
9.1.3 主要的生成反应286
9.1.4 CVD的类型及装置289
9.1.5 CVD的应用290
9.2 热CVD292
9.2.1 热CVD的原理及特征292
9.2.2 热CVD装置和反应器294
9.2.3 常压CVD (NPCVD)296
9.2.4 减压CVD(LPCVD)296
9.3 等离子体CVD(PCVD)298
9.3.1 PCVD的特征及应用298
9.3.2 PCVD装置301
9.3.3 高密度等离子体（HDP)CVD305
9.4 光CVD(photo CVD)306
9.4.1 激光化学气相沉积306
9.4.2 光化学气相沉积307
9.5 有机金属CVD (MOCVD)309
9.6 金属CVD312
9.6.1 W-CVD312
9.6.2 Al-CVD313
9.6.3 Cu-CVD315
9.6.4 阻挡层--TiN-CVD316
9.7 半球形晶粒多晶Si-CVD(HSG-CVD)317
9.8 铁电体的CVD318
9.9 低介电常数薄膜的CVD321
习题321
第10章 干法刻蚀323
10.1 干法刻蚀与湿法刻蚀323
10.1.1 刻蚀技术简介323
10.1.2 湿法刻蚀326
10.1.3 干法刻蚀328
10.2 等离子体刻蚀--激发反应气体刻蚀333
10.2.1 原理333
10.2.2 装置334
10.3 反应离子刻蚀（RIE)335
10.3.1 原理及特征335
10.3.2 各种反应离子刻蚀方法337
10.3.3 装置343
10.3.4 软件343
10.3.5 Cu的刻蚀347
10.4 反应离子束刻蚀（RIBE)348
10.4.1 聚焦离子束（FIB）设备及刻蚀加工349
10.4.2 束径1?mm左右的离子束设备及RIBE351
10.4.3 大束径离子束设备及RIBE352
10.5 气体离化团束（GCIB）加工技术354
10.5.1 GCIB加工原理354
10.5.2 GCIB设备355
10.5.3 GCIB加工的优点356
10.5.4 GCIB在微细加工中的应用357
10.6 微机械加工359
10.7 干法刻蚀用离子源的开发361
习题362
第11章 平坦化技术363
11.1 平坦化技术的必要性363
11.2 平坦化技术概要364
11.3 不发生凹凸的薄膜生长366
11.3.1 选择生长366
11.3.2 回流埋孔（溅射平坦化）366
11.3.3 通过埋入氧化物实现平坦化367
11.4 沉积同时进行加工防止凹凸发生的薄膜生长368
11.4.1 偏压溅射368
11.4.2 去除法（lift-off)368
11.5 薄膜生长后经再加工实现平坦化369
11.5.1 涂布平坦化369
11.5.2 激光平坦化369
11.5.3 回流平坦化369
11.5.4 蚀刻平坦化370
11.5.5 阳极氧化与离子注入370
11.6 埋入技术实例370
11.7 化学机械研磨（CMP）技术372
11.8 气体离化团束（GCIB）加工平坦化373
11.9 大马士革法(Damascene)布线及平坦化374
11.10 平坦化技术与光刻制版术376
11.11 IC多层布线已进展到第四代378
习题382
第12章 表面改性及超硬膜383
12.1 表面改性383
12.1.1 何谓表面改性383
12.1.2 表面改性的手段384
12.1.3 表面改性的应用387
12.2 超硬膜用于切削刀具388
12.2.1 超硬膜的获得及应用388
12.2.2 如何选择镀层-基体系统390
12.2.3 超硬镀层改善刀具切削性能的机理393
习题396
第13章 能量及信号变换用薄膜与器件397
13.1 能量变换薄膜与器件397
13.1.1 光电变换薄膜材料397
13.1.2 光热变换薄膜材料401
13.1.3 热电变换薄膜材料403
13.1.4 热电子发射薄膜材料405
13.1.5 固体电解质薄膜材料405
13.1.6 超导薄膜器件407
13.2 传感器409
13.2.1 传感器的种类及材料409
13.2.2 薄膜传感器举例412
13.3 金刚石薄膜的应用415
13.3.1 金刚石薄膜的开发现状416
13.3.2 三极管及二极管417
13.3.3 传感器418
13.3.4 声表面波器件419
13.3.5 场发射平板显示器419
习题422
第14章 半导体器件、记录和存储用薄膜技术与薄膜材料424
14.1 半导体器件424
14.1.1 半导体集成电路元件中所用薄膜的种类和形成方法424
14.1.2 MOS器件及晶圆的大型化426
14.1.3 化合物半导体器件430
14.2 记录与存储431
14.2.1 光盘432
14.2.2 磁盘434
14.2.3 磁头435
习题438
第15章 平板显示器中的薄膜技术与薄膜材料442
15.1 平板显示器442
15.2 液晶显示器442
15.2.1 AM-LCD442
15.2.2 采用a-Si∶H TFT的AM-LCD448
15.2.3 TFT-LCD性能的改进和提高449
15.2.4 采用poly-Si TFT的AM-LCD以及低温poly-Si TFT制作技术451
15.2.5 LCD显示屏的封装技术455
15.3 等离子体平板显示器458
15.3.1 等离子体平板显示器的工作原理458
15.3.2 PDP的主要部件及材料459
15.3.3 MgO薄膜461
15.3.4 放电胞及障壁结构461
15.3.5 PDP显示器的产业化进展464
15.4 有机电致发光显示器(OLED)465
15.4.1 有机EL显示的工作原理465
15.4.2 有机EL显示器的特征467
15.4.3 小分子系和高分子系有机EL显示器468
15.4.4 有机EL显示器的结构及制作工艺469
15.4.5 有机EL显示器的产业化进展471
习题472
第16章 太阳电池中的薄膜技术与薄膜材料475
16.1 太阳电池的原理和薄膜太阳电池的优势475
16.1.1 太阳电池原理475
16.1.2 太阳电池的种类477
16.1.3 薄膜太阳电池的优势477
16.2 太阳电池和光伏发电的最新进展478
16.2.1 开发现状478
16.2.2 太阳电池开发路线图和促进开发、引入的对策480
16.2.3 对今后材料及技术开发的展望482
16.3 硅系薄膜太阳电池484
16.3.1 薄膜Si的材料特性484
16.3.2 薄膜Si太阳电池的制作工艺485
16.3.3 薄膜Si太阳电池的高效率化技术487
16.3.4 今后的课题489
16.4 CdTe太阳电池489
16.4.1 CdTe太阳电池的特征489
16.4.2 CdTe太阳电池的构造和制作方法490
16.4.3 今后的展望492
16.5 CIGS太阳电池492
16.5.1 CIGS太阳电池的结构及特长493
16.5.2 CIGS光吸收层的制膜法494
16.5.3 高效率化的措施495
16.5.4 集成型组件工程496
16.5.5 挠性CIGS太阳电池497
16.5.6 今后的课题499
16.6 超高效率多串结III-V族化合物半导体太阳电池499
16.6.1 多串结太阳电池实现高转换效率的可能性500
16.6.2 如何实现多串结太阳电池的高效率化501
16.6.3 多串结太阳电池高效率化的进展历程502
16.6.4 作为宇宙用太阳电池的实用化502
16.6.5 以低价格化为目标的集光型太阳电池503
16.6.6 多串结太阳电池的未来发展504
16.7 有机薄膜型太阳电池505
16.7.1 下一代太阳电池的希望505
16.7.2 有机系太阳电池的特征505
16.7.3 发电原理与元件结构505
16.7.4 高分子有机薄膜太阳电池506
16.7.5 小分子系有机薄膜太阳电池508
16.7.6 有机薄膜太阳电池的未来发展508
16.8 色素增感(染料敏化)太阳电池509
16.8.1 何谓色素增感（染料敏化）太阳电池509
16.8.2 电池构造及发电机制510
16.8.3 电池制作方法511
16.8.4 增感色素的结构512
16.8.5 太阳电池特性513
16.8.6 关于耐久性514
16.8.7 新的研究开发要素514
16.8.8 特长和可能的用途515
16.8.9 面向实用化的课题和今后展望515
习题516
第17章 白光LED固体照明与薄膜技术518
17.1 半导体固体发光器件的基础--发光过程518
17.2 发光二极管和蓝光LED519
17.2.1 III-V族化合物半导体LED519
17.2.2 蓝光LED芯片的结构及制作方法522
17.3 白光LED固体照明器件523
17.3.1 白光LED发光的几种实现方式523
17.3.2 白光LED的结构和构成要素525
17.3.3 白光LED的发光效率526
17.4 激光二极管526
习题527
参考文献529
作者书系532
