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绪论1

1 薄膜研究的历史1

2 薄膜的制备技术3

3 薄膜的理论研究5

4 几种主要薄膜8

5 内容说明14

参考文献18

第一章 薄膜生长过程中的微观结构研究19

1.1 引言19

1.2 薄膜的形成过程20

1.2.1 临界核的形成21

1.2.2 岛的长大与接合24

1.2.3 迷津结构的形成27

1.2.4 连续膜的形成27

1.3 生长中缺陷的掺合28

1.4 透射电子显微镜(TEM)29

1.5 扫描电子显微镜(SEM)32

1.6 反射电镜(REM)研究表面台阶和重构35

1.7 场离子显微镜(FIM)研究表面原子的扩散、徙动和脱附37

1.7.1 空位和填隙原子38

1.7.2 晶粒间界的结构和形貌39

1.7.3 由于成核和生长产生的相分离(偏析)39

1.7.4 无序-有序的变换41

1.8 扫描隧道显微镜(STM)42

1.9 原子力显微镜(AFM)47

参考文献48

第二章 薄膜的沉积、成核和生长50

2.1 引言50

2.2 凝结过程51

2.3 成核的毛细作用理论55

2.4 核形成的统计理论59

2.5 薄膜内杂质成核和生长的理论73

2.5.1 具有填隙原子和杂质粒子的离子晶体的自由能74

2.5.2 具有缺位原子和杂质粒子的离子晶体的自由能79

2.5.3 出现固溶微粒的临界条件82

2.5.4 核的临界值和施主原子临界浓度与激活条件的关系85

2.5.5 临界点的特性和自由能曲面89

2.5.6 出现固溶微粒后的施主原子浓度91

2.5.7 原子扩散和微粒生长93

2.5.8 微粒有一定分布时的自由能95

2.5.9 某些碱金属卤化物的F中心浓度和临界条件98

2.5.10 热凝聚、光凝聚及其他100

2.5.11 原子晶体和合金中固溶微粒的形成和生长105

2.6 在基底表面的成核与生长105

2.7 影响成核和生长的各种因素109

2.7.1 蒸积速率110

2.7.2 沉积原子的动能111

2.7.3 斜入射蒸积113

2.7.4 外加电场114

2.7.5 基底温度116

2.7.6 基底结构117

2.7.7 环境污染118

2.7.8 化学分解118

2.7.9 离子团束118

参考文献121

第三章 薄膜结构和成分的实验研究方法124

3.1 引言124

3.2 电子衍射原理124

3.2.1 高能电子衍射(HEED)125

3.2.2 反射高能电子衍射(RHEED)129

3.2.3 低能电子衍射(LEED)130

3.3 单晶和多晶薄膜的电子衍射图135

3.3.1 单晶薄膜135

3.3.2 多晶薄膜136

3.4 用电子能谱仪分析薄膜的成分137

3.4.1 光电子能谱(PES)138

3.4.2 俄歇电子谱(AES)141

3.4.3 能量损失谱(ELS)143

3.4.4 阈能谱145

3.4.5 特征X射线谱147

3.5 成分的深层分析149

3.6 其他分析方法151

3.6.1 次级原子质谱(SIMS)151

3.6.2 离子散射谱(ISS)152

3.6.3 卢瑟福背散射谱(RBS)153

3.7 离子与薄膜的作用154

3.7.1 离子束动能的影响154

3.7.2 离子电荷的影响161

参考文献161

第四章 薄膜的非理想情况、缺陷和改性162

4.1 引言162

4.2 薄膜的非理想情况163

4.2.1 成分的偏析164

4.2.2 薄膜的密度165

4.2.3 薄膜的晶格常数166

4.2.4 表面粗糙度168

4.3 薄膜的缺陷171

4.3.1 点缺陷171

4.3.2 线缺陷172

4.4 温度、原子振动与缺陷的关系177

4.5 晶态与非晶态的转化183

4.5.1 晶态向非晶态的转化183

4.5.2 从非晶态转化为晶态185

4.6 离子掺杂和表面改性188

参考文献194

第五章 薄膜界面和薄膜间的相互扩散195

5.1 引言195

5.2 薄膜的界面结构195

5.2.1 单晶薄膜的界面196

5.2.2 金属与半导体的界面197

5.2.3 Si-SiO2界面的结构、杂质和缺陷197

5.3 界面特性与其对薄膜性质的影响201

5.4 超晶格薄膜结构及其特性207

5.4.1 超晶格薄膜结格的制备208

5.4.2 超晶格薄膜的特性208

5.4.3 超晶格薄膜结构分析210

5.4.4 超晶格薄膜示例212

5.5 金属--金属膜间的相互扩散215

5.5.1 可相互溶混的单晶薄膜216

5.5.2 多晶薄膜间的相互扩散216

5.6 金属-半导体之间的相互扩散218

5.7 相互扩散对电子特性的影响223

5.8 扩散对器件性能的影响225

5.8.1 金属硅化物的形成226

5.8.2 肖特基势垒的不稳定性226

5.8.3 金属间化合物226

5.8.4 扩散阻挡层227

参考文献228

第六章 薄膜的能带结构和界面对能带的影响231

6.1 引言231

6.2 单晶膜的能带结构231

6.3 多晶的能带结构和界面对能带的影响235

6.4 无定形膜的能带结构238

6.5 多层膜的能带结构241

6.6 界面位垒246

6.6.1 金属-金属接触247

6.6.2 半导体-半导体接触247

6.6.3 金属-半导体接触250

6.6.4 金属-绝缘体接触251

参考文献252

第七章 薄膜的表面原子结构和电子结构254

7.1 引言254

7.2 单晶表面的原子结构254

7.3 单晶表面的电子结构257

7.4 表面态和表面空间电荷层261

7.4.1 表面态261

7.4.2 表面空间电荷层263

7.4.3 表面电势分布265

7.5 表面位垒和电子亲和势268

7.5.1 表面位垒269

7.5.2 逸出功271

7.5.3 电子亲和势EA273

7.6 表面吸附对电子结构的影响273

7.6.1 吸附对表面逸出功的影响273

7.6.2 表面能带弯曲274

7.6.3 表面态对能带结构的影响276

参考文献277

第八章 薄膜的尺寸效应279

8.1 Boltzmann 输运方程279

8.1.1 Boltzmann方程279

8.1.2 块体金属电导率280

8.1.3 薄金属膜的电导率281

8.2 金属薄膜的尺寸效应模型282

8.2.1 Fuchs模型282

8.2.2 Cottey模型286

8.3 尺寸效应的实验研究289

参考文献291

第九章 薄膜的导电特性292

9.1 非连续金属薄膜的导电机理292

9.2 绝缘体薄膜的电导率296

9.3 杂质导电299

参考文献302

第十章 非晶薄膜的结构303

10.1 引言303

10.2 非晶薄膜形成的条件和制备方法305

10.1.1 迅速冷却制备非晶薄膜306

10.2.2 用等离子体制备非晶薄膜309

10.2.3 离子轰击制备非晶薄膜310

10.3 非晶薄膜的可能结构312

10.3.1 微晶模型313

10.3.2 硬球无规密埋模型313

10.3.3 无规网络模型314

10.4 键长和键角的分布几率315

10.5 X射线和电子衍射分析非晶薄膜317

10.6 非晶薄膜结构随温度的变化320

10.7 非晶薄膜的导电323

参考文献326

第十一章 多晶薄膜328

11.1 引言328

11.2 多晶薄膜的形成329

11.3 多晶膜的晶粒间界335

11.4 晶粒间界中的分凝和扩散340

11.5 多晶膜中的微观和宏观缺陷349

11.6 多晶膜中杂质扩散的Monte Carlo处理353

11.7 晶粒间界的复合速率357

11.8 晶界结构对薄膜性能的影响361

11.9 控制多晶Pb薄膜的晶粒尺寸365

11.10 多晶薄膜的导电特性370

参考文献374

第十二章 金属微粒-绝缘体薄膜376

12.1 引言376

12.2 金属-绝缘体薄膜的结构和导电特性377

12.3 金属微粒-绝缘体薄膜的制备378

13.4 金属微粒微观结构的确定381

12.5 体积分数X值的确定和电学测量383

12.6 电导率与金属体积分数的关系389

12.6.1 金属态和过渡态390

12.6.2 介质状态395

12.7 金属微粒-绝缘体薄膜的其它特性411

12.7.1 磁学薄膜411

12.7.2 薄膜电阻413

参考文献414

第十三章 金属微粒-半导体薄膜416

13.1 引言416

13.2 原子团的特性417

13.3 制备方法421

13.4 基质中原子团的尺寸分布423

13.5 金属微粒-半导体基质之间的静电特性425

13.5.1 金属微粒周围的空间电荷层426

13.5.2 空间电荷区的电位分布428

13.5.3 微粒表面电场强度和微粒内电荷430

13.5.4 镜象力对微粒位垒的影响431

13.6 金属微粒-半导体薄膜的导电特性432

13.6.1 金属微粒-半导体薄膜的电导率简单分析432

13.6.2 热激发隧道穿透导电434

13.7 金属微粒-半导体薄膜的光学特性436

13.7.1 球形微粒的光吸收和光散射437

13.7.2 长球和扁球的光吸收和光散射439

13.7.3 银-氧化铯薄膜中银微粒的光吸收440

13.7.4 银-氧化铯薄膜中银微粒的光散射443

13.8 金属Ag-Cs2O半导体薄膜的光电发射特性445

参考文献449

第十四章 单晶薄膜451

14.1 引言451

14.2 单晶膜生长过程452

14.3 单晶膜生长的现场监测457

14.4 外延生长单晶薄膜的不完整性458

14.5 外延生长单晶薄膜461

14.5.1 晶格匹配461

14.5.2 核的取向464

14.5.3 流体原子团468

14.5.4 生长期间核的再取向471

14.5.5 生长形态472

14.5.6 接合473

14.5.7 连续膜的生长476

14.6 单晶薄膜477

14.6.1 金属单晶薄膜477

14.6.2 外延硅化物单晶薄膜482

参考文献485