内容簡介
薄膜及微細加工技術的應用範圍極為廣泛，從大規模集成電路、電子元器件、平闆顯示器、信息記錄與存儲、MEMS、傳感器、白光LED固體照明、太陽能電池到材料的表面改性等，涉及高新技術産業的各個領域。本書内容包括真空技術基礎、薄膜制備、微細加工、薄膜材料及應用等4大部分，涉及薄膜技術與薄膜材料的各個方面，知識全面，脈絡清晰。
全書共17章，文字通俗易懂，并配有大量圖解，每章後面附有習題，有利于對基本概念和基礎知識的理解、掌握與運用。本書可作為材料、機械、精密儀器、化工、能源、微電子、計算機、物理、化學、光學等學科本科生及研究生教材，對于從事相關行業的科技工作者與工程技術人員，也具有極為難得的參考價值。
前言
20世紀90年代初，作者與劉德令先生等共同編譯了《薄膜科學與技術手冊》（上、下冊）。該書内容包括薄膜基礎、薄膜制備工藝、薄膜性能檢測、薄膜技術的應用等，涉及薄膜科學與技術的各個方面。該書内容廣泛，取材新穎，論述全面，在國内（包括在國外的中文讀者）廣為流傳。
目錄
第1章 真空技術基礎1
1.1 真空的基本知識1
1.1.1 真空定義1
1.1.2 真空度量單位2
1.1.3 真空區域劃分4
1.1.4 氣體與蒸氣6
1.2 真空的表征7
1.2.1 氣體分子運動論7
1.2.2 分子運動的平均自由程9
1.2.3 氣流與流導12
1.3 氣體分子與表面的相互作用13
1.3.1 碰撞于表面的分子數13
1.3.2 分子從表面的反射14
1.3.3 蒸發速率15
1.3.4 真空在薄膜制備中的作用16
習題17
第2章 真空泵與真空規19
2.1 真空泵19
2.1.1 油封機械泵20
2.1.2 擴散泵24
2.1.3 吸附泵29
2.1.4 濺射離子泵30
2.1.5 升華泵32
2.1.6 低溫冷凝泵33
2.1.7 渦輪分子泵和複合渦輪泵34
2.1.8 幹式機械泵36
2.2 真空測量儀器--總壓強計37
2.2.1 麥克勞真空規39
2.2.2 熱傳導真空規40
2.2.3 電離真空計--電離規41
2.2.4 蓋斯勒管46
2.2.5 隔膜真空規47
2.2.6 真空規的安裝方法48
2.3 真空測量儀器--分壓強計48
2.3.1 磁偏轉型質譜計48
2.3.2 四極濾質器（四極質譜計）49
習題50
第3章 真空裝置的實際問題52
3.1 排氣的基礎知識52
3.2 材料的放氣53
3.3 排氣時間的估算56
3.4 實用的排氣系統57
3.4.1 離子泵系統57
3.4.2 擴散泵系統57
3.4.3 低溫冷凝泵-分子泵系統57
3.4.4 殘留氣體59
3.5 檢漏60
3.5.1 檢漏方法60
3.5.2 檢漏的實際操作62
3.6 大氣溫度與濕度對裝置的影響63
3.7 烘烤用的内部加熱器64
3.8 化學活性氣體的排氣65
3.8.1 主要裝置及存在的問題66
3.8.2 排氣系統及其部件66
習題68
第4章 氣體放電和低溫等離子體69
4.1 帶電粒子在電磁場中的運動69
4.1.1 帶電粒子在電場中的運動69
4.1.2 帶電粒子在磁場中的運動70
4.1.3 帶電粒子在電磁場中的運動71
4.1.4 磁控管和電子回旋共振73
4.2 氣體原子的電離和激發73
4.2.1 碰撞--能量傳遞過程74
4.2.2 電離--正離子的形成77
4.2.3 激發--亞穩原子的形成80
4.2.4 回複--退激發光82
4.2.5 解離--分解為單個原子或離子84
4.2.6 附着--負離子的産生85
4.2.7 複合--中性原子或原子團的形成85
4.2.8 離子化學--活性粒子間的化學反應87
4.3 氣體放電發展過程89
4.3.1 由非自持放電過渡到自持放電的條件90
4.3.2 電離系數?α?和二次電子發射系數?γ?91
4.3.3 帕邢定律及點燃電壓的确定92
4.3.4 氣體放電伏安特性曲線93
4.4 低溫等離子體概述95
4.4.1 等離子體的定義95
4.4.2 等離子體的溫度96
4.4.3 帶電粒子的遷移運動和擴散運動97
4.4.4 等離子體的導電性99
4.4.5 等離子體的集體特性100
4.4.6 等離子體電位101
4.4.7 離子鞘層102
4.5 輝光放電103
4.6 弧光放電105
4.6.1 弧光放電類型105
4.6.2 弧光放電的基本特性106
4.7 高頻放電107
4.7.1 高頻功率的輸入方法107
4.7.2 離子捕集和電子捕集108
4.7.3 自偏壓109
4.8 低壓力、高密度等離子體放電110
4.8.1 微波的傳輸及微波放電111
4.8.2 微波ECR放電111
4.8.3 螺旋波等離子體放電113
4.8.4 感應耦合等離子體放電114
習題115
第5章 薄膜生長與薄膜結構117
5.1 薄膜生長概述117
5.2 吸附、表面擴散與凝結118
5.2.1 吸附118
5.2.2 表面擴散123
5.2.3 凝結124
5.3 薄膜的形核與生長126
5.3.1 形核與生長簡介126
5.3.2 毛吸理論（熱力學界面能理論）129
5.3.3 統計或原子聚集理論134
5.4 連續薄膜的形成137
5.4.1 奧斯瓦爾多（Ostwald）吞并過程137
5.4.2 熔結過程138
5.4.3 原子團的遷移139
5.4.4 決定表面取向的Wullf理論139
5.5 薄膜的生長過程與薄膜結構140
5.5.1 薄膜生長的晶帶模型140
5.5.2 纖維狀生長模型142
5.5.3 薄膜的缺陷144
5.5.4 薄膜形成過程的計算機模拟145
5.6 非晶态薄膜148
5.7 薄膜的基本性質150
5.7.1 導電性150
5.7.2 電阻溫度系數（TCR)151
5.7.3 薄膜的密度151
5.7.4 經時變化152
5.7.5 電介質膜152
5.8 薄膜的粘附力和内應力153
5.8.1 薄膜的粘附力153
5.8.2 薄膜的内應力154
5.8.3 提高粘附力的途徑155
5.9 電遷移156
習題158
第6章 真空蒸鍍159
6.1 概述159
6.2 鍍料的蒸發160
6.2.1 飽和蒸氣壓160
6.2.2 蒸發粒子的速度和能量164
6.2.3 蒸發速率和沉積速率165
6.3 蒸發源166
6.3.1 電阻加熱蒸發源166
6.3.2 電子束蒸發源170
6.4 蒸發源的蒸氣發射特性與基闆配置173
6.4.1 點蒸發源173
6.4.2 小平面蒸發源174
6.4.3 實際蒸發源的發射特性及基闆配置175
6.5 蒸鍍裝置及操作178
6.6 合金膜的蒸鍍179
6.6.1 合金蒸發分餾現象180
6.6.2 瞬時蒸發（閃爍蒸發）法181
6.6.3 雙源或多源蒸發法181
6.7 化合物膜的蒸鍍181
6.7.1 透明導電膜(ITO)--In?2O?3-SnO?2系薄膜181
6.7.2 反應蒸鍍法182
6.7.3 三溫度法183
6.7.4 熱壁法183
6.8 脈沖激光熔射（PLA)184
6.8.1 脈沖激光熔射的原理184
6.8.2 脈沖激光熔射設備185
6.8.3 脈沖激光熔射制作氧化物超導膜186
6.9 分子束外延技術187
6.9.1 分子束外延的原理及特點187
6.9.2 分子束外延設備188
6.9.3 分子束外延技術的發展動向190
6.9.4 分子束外延的應用191
習題192
第7章 離子鍍和離子束沉積193
7.1 離子鍍原理及方式193
7.1.1 離子鍍的原理193
7.1.2 不同的離子鍍方式194
7.1.3 離子轟擊在離子鍍過程中的作用198
7.1.4 離子鍍過程中的離化率問題202
7.1.5 離子鍍的蒸發源203
7.2 幾種典型的離子鍍方式204
7.2.1 活性反應蒸鍍（ARE)204
7.2.2 空心陰極放電離子鍍206
7.2.3 多弧離子鍍208
7.3 離子束沉積210
7.3.1 離子束沉積的原理210
7.3.2 直接引出式和質量分離式212
7.3.3 離化團束沉積215
7.3.4 離子束輔助沉積219
7.4 離子束混合222
7.4.1 離子束混合原理222
7.4.2 靜态混合223
7.4.3 動态混合223
習題225
第8章 濺射鍍膜227
8.1 離子濺射227
8.1.1 荷能粒子與表面的相互作用227
8.1.2 濺射産額及其影響因素229
8.1.3 濺射原子的能量分布和角分布238
8.2 濺射鍍膜方式242
8.2.1 直流二極濺射246
8.2.2 三極和四極濺射247
8.2.3 射頻濺射249
8.2.4 磁控濺射--低溫高速濺射251
8.2.5 濺射氣壓接近零的零氣壓濺射259
8.2.6 自濺射--深且超微細孔中的埋入262
8.2.7 RF-DC結合型偏壓濺射267
8.2.8 ECR濺射268
8.2.9 對向靶濺射269
8.2.10 離子束濺射沉積270
8.3 濺射鍍膜的實例273
8.3.1 Ta及其化合物膜的濺射沉積273
8.3.2 Al及Al合金膜的濺射沉積277
8.3.3 氧化物的濺射沉積：超導膜和ITO透明導電膜278
習題282
第9章 化學氣相沉積（CVD)284
9.1 化學氣相沉積（CVD）概述284
9.1.1 定義284
9.1.2 CVD薄膜沉積過程285
9.1.3 主要的生成反應286
9.1.4 CVD的類型及裝置289
9.1.5 CVD的應用290
9.2 熱CVD292
9.2.1 熱CVD的原理及特征292
9.2.2 熱CVD裝置和反應器294
9.2.3 常壓CVD (NPCVD)296
9.2.4 減壓CVD(LPCVD)296
9.3 等離子體CVD(PCVD)298
9.3.1 PCVD的特征及應用298
9.3.2 PCVD裝置301
9.3.3 高密度等離子體（HDP)CVD305
9.4 光CVD(photo CVD)306
9.4.1 激光化學氣相沉積306
9.4.2 光化學氣相沉積307
9.5 有機金屬CVD (MOCVD)309
9.6 金屬CVD312
9.6.1 W-CVD312
9.6.2 Al-CVD313
9.6.3 Cu-CVD315
9.6.4 阻擋層--TiN-CVD316
9.7 半球形晶粒多晶Si-CVD(HSG-CVD)317
9.8 鐵電體的CVD318
9.9 低介電常數薄膜的CVD321
習題321
第10章 幹法刻蝕323
10.1 幹法刻蝕與濕法刻蝕323
10.1.1 刻蝕技術簡介323
10.1.2 濕法刻蝕326
10.1.3 幹法刻蝕328
10.2 等離子體刻蝕--激發反應氣體刻蝕333
10.2.1 原理333
10.2.2 裝置334
10.3 反應離子刻蝕（RIE)335
10.3.1 原理及特征335
10.3.2 各種反應離子刻蝕方法337
10.3.3 裝置343
10.3.4 軟件343
10.3.5 Cu的刻蝕347
10.4 反應離子束刻蝕（RIBE)348
10.4.1 聚焦離子束（FIB）設備及刻蝕加工349
10.4.2 束徑1?mm左右的離子束設備及RIBE351
10.4.3 大束徑離子束設備及RIBE352
10.5 氣體離化團束（GCIB）加工技術354
10.5.1 GCIB加工原理354
10.5.2 GCIB設備355
10.5.3 GCIB加工的優點356
10.5.4 GCIB在微細加工中的應用357
10.6 微機械加工359
10.7 幹法刻蝕用離子源的開發361
習題362
第11章 平坦化技術363
11.1 平坦化技術的必要性363
11.2 平坦化技術概要364
11.3 不發生凹凸的薄膜生長366
11.3.1 選擇生長366
11.3.2 回流埋孔（濺射平坦化）366
11.3.3 通過埋入氧化物實現平坦化367
11.4 沉積同時進行加工防止凹凸發生的薄膜生長368
11.4.1 偏壓濺射368
11.4.2 去除法（lift-off)368
11.5 薄膜生長後經再加工實現平坦化369
11.5.1 塗布平坦化369
11.5.2 激光平坦化369
11.5.3 回流平坦化369
11.5.4 蝕刻平坦化370
11.5.5 陽極氧化與離子注入370
11.6 埋入技術實例370
11.7 化學機械研磨（CMP）技術372
11.8 氣體離化團束（GCIB）加工平坦化373
11.9 大馬士革法(Damascene)布線及平坦化374
11.10 平坦化技術與光刻制版術376
11.11 IC多層布線已進展到第四代378
習題382
第12章 表面改性及超硬膜383
12.1 表面改性383
12.1.1 何謂表面改性383
12.1.2 表面改性的手段384
12.1.3 表面改性的應用387
12.2 超硬膜用于切削刀具388
12.2.1 超硬膜的獲得及應用388
12.2.2 如何選擇鍍層-基體系統390
12.2.3 超硬鍍層改善刀具切削性能的機理393
習題396
第13章 能量及信号變換用薄膜與器件397
13.1 能量變換薄膜與器件397
13.1.1 光電變換薄膜材料397
13.1.2 光熱變換薄膜材料401
13.1.3 熱電變換薄膜材料403
13.1.4 熱電子發射薄膜材料405
13.1.5 固體電解質薄膜材料405
13.1.6 超導薄膜器件407
13.2 傳感器409
13.2.1 傳感器的種類及材料409
13.2.2 薄膜傳感器舉例412
13.3 金剛石薄膜的應用415
13.3.1 金剛石薄膜的開發現狀416
13.3.2 三極管及二極管417
13.3.3 傳感器418
13.3.4 聲表面波器件419
13.3.5 場發射平闆顯示器419
習題422
第14章 半導體器件、記錄和存儲用薄膜技術與薄膜材料424
14.1 半導體器件424
14.1.1 半導體集成電路元件中所用薄膜的種類和形成方法424
14.1.2 MOS器件及晶圓的大型化426
14.1.3 化合物半導體器件430
14.2 記錄與存儲431
14.2.1 光盤432
14.2.2 磁盤434
14.2.3 磁頭435
習題438
第15章 平闆顯示器中的薄膜技術與薄膜材料442
15.1 平闆顯示器442
15.2 液晶顯示器442
15.2.1 AM-LCD442
15.2.2 采用a-Si∶H TFT的AM-LCD448
15.2.3 TFT-LCD性能的改進和提高449
15.2.4 采用poly-Si TFT的AM-LCD以及低溫poly-Si TFT制作技術451
15.2.5 LCD顯示屏的封裝技術455
15.3 等離子體平闆顯示器458
15.3.1 等離子體平闆顯示器的工作原理458
15.3.2 PDP的主要部件及材料459
15.3.3 MgO薄膜461
15.3.4 放電胞及障壁結構461
15.3.5 PDP顯示器的産業化進展464
15.4 有機電緻發光顯示器(OLED)465
15.4.1 有機EL顯示的工作原理465
15.4.2 有機EL顯示器的特征467
15.4.3 小分子系和高分子系有機EL顯示器468
15.4.4 有機EL顯示器的結構及制作工藝469
15.4.5 有機EL顯示器的産業化進展471
習題472
第16章 太陽電池中的薄膜技術與薄膜材料475
16.1 太陽電池的原理和薄膜太陽電池的優勢475
16.1.1 太陽電池原理475
16.1.2 太陽電池的種類477
16.1.3 薄膜太陽電池的優勢477
16.2 太陽電池和光伏發電的最新進展478
16.2.1 開發現狀478
16.2.2 太陽電池開發路線圖和促進開發、引入的對策480
16.2.3 對今後材料及技術開發的展望482
16.3 矽系薄膜太陽電池484
16.3.1 薄膜Si的材料特性484
16.3.2 薄膜Si太陽電池的制作工藝485
16.3.3 薄膜Si太陽電池的高效率化技術487
16.3.4 今後的課題489
16.4 CdTe太陽電池489
16.4.1 CdTe太陽電池的特征489
16.4.2 CdTe太陽電池的構造和制作方法490
16.4.3 今後的展望492
16.5 CIGS太陽電池492
16.5.1 CIGS太陽電池的結構及特長493
16.5.2 CIGS光吸收層的制膜法494
16.5.3 高效率化的措施495
16.5.4 集成型組件工程496
16.5.5 撓性CIGS太陽電池497
16.5.6 今後的課題499
16.6 超高效率多串結III-V族化合物半導體太陽電池499
16.6.1 多串結太陽電池實現高轉換效率的可能性500
16.6.2 如何實現多串結太陽電池的高效率化501
16.6.3 多串結太陽電池高效率化的進展曆程502
16.6.4 作為宇宙用太陽電池的實用化502
16.6.5 以低價格化為目标的集光型太陽電池503
16.6.6 多串結太陽電池的未來發展504
16.7 有機薄膜型太陽電池505
16.7.1 下一代太陽電池的希望505
16.7.2 有機系太陽電池的特征505
16.7.3 發電原理與元件結構505
16.7.4 高分子有機薄膜太陽電池506
16.7.5 小分子系有機薄膜太陽電池508
16.7.6 有機薄膜太陽電池的未來發展508
16.8 色素增感(染料敏化)太陽電池509
16.8.1 何謂色素增感（染料敏化）太陽電池509
16.8.2 電池構造及發電機制510
16.8.3 電池制作方法511
16.8.4 增感色素的結構512
16.8.5 太陽電池特性513
16.8.6 關于耐久性514
16.8.7 新的研究開發要素514
16.8.8 特長和可能的用途515
16.8.9 面向實用化的課題和今後展望515
習題516
第17章 白光LED固體照明與薄膜技術518
17.1 半導體固體發光器件的基礎--發光過程518
17.2 發光二極管和藍光LED519
17.2.1 III-V族化合物半導體LED519
17.2.2 藍光LED芯片的結構及制作方法522
17.3 白光LED固體照明器件523
17.3.1 白光LED發光的幾種實現方式523
17.3.2 白光LED的結構和構成要素525
17.3.3 白光LED的發光效率526
17.4 激光二極管526
習題527
參考文獻529
作者書系532
