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第一篇 薄膜基础1

第一章 薄膜及其特征1

第一节 薄膜的定义1

第二节 尺寸效应2

一、熔点降低2

二、干涉效应2

三、表面散射3

四、平面磁化单轴磁各向异性4

五、表面能级4

六、量子尺寸效应4

第三节 结构和缺陷4

一、单晶的生长5

二、结构缺陷5

三、异常结构和非理想化学计量比特性5

四、扩散现象6

五、表面形貌7

第四节 薄膜和基片7

一、附着和附着力7

二、内应力8

参考文献9

第二章 薄膜的电学和磁学性质10

第一节 导电薄膜10

一、基本概念10

二、连续均匀的导电厚膜10

三、膜厚与电子平均自由程接近的均匀薄膜11

四、岛状结构薄膜的形成过程12

五、岛状结构薄膜的电导15

六、岛状结构薄膜的外延生长18

七、单原子层薄膜的形成19

八、薄膜的层状生长模型和Stranski-Krastanov生长模型20

九、特殊的导电薄膜25

第二节 电介质薄膜25

一、绝缘性质及其应用26

二、介电性质及其应用28

三、压电性质及其应用30

四、热电性质及其应用30

第三节 半导体薄膜--非晶态薄膜31

一、非晶态半导体31

二、非晶态半导体的结构与电子状态32

三、非晶态半导体的结构缺陷与杂质33

四、非晶态半导体的电学性质37

第四节 半导体薄膜--多晶薄膜40

一、多晶半导体40

二、化合物半导体薄膜的制备方法40

三、化合物半导体薄膜的热处理效果42

四、半导体薄膜的物性测量方法44

五、化合物半导体薄膜的应用实例--霍耳元件45

第五节 超导薄膜48

一、概述48

二、超导薄膜的制备方法50

三、单质及合金超导薄膜53

四、A15超导薄膜59

五、B1型化合物超导薄膜67

六、三元系化合物超导薄膜70

第六节 磁性薄膜72

一、薄膜的自发磁化72

二、磁各向异性73

三、磁畴和磁壁76

四、薄膜的磁化过程82

第七节 压电晶体薄膜86

一、压电材料物理基础86

二、压电薄膜的制备技术88

参考文献96

第三章 薄膜的光学性质104

第一节 薄膜光学常数的测量方法104

一、薄膜的化学量测量方法105

二、透明薄膜的测量106

三、吸收薄膜的测量108

四、确定光学常数的方法112

五、各向异性、不均匀性和表面粗糙度对薄膜光学性质的影响114

第二节 电介质薄膜的光学性质115

一、吸收、反射和透射115

二、发光117

三、外电场效应117

四、电致光学效应118

五、高次谐波的发生119

六、喇曼效应120

第三节 金属薄膜的光学性质121

一、连续金属薄膜的光学性质124

二、岛状金属薄膜和金属陶瓷(胶质)的光吸收129

第四节 半导体薄膜的光学性质133

一、基本特征133

二、光吸收与光反射133

三、发光136

四、量子阱结构半导体的光学性质139

参考文献140

第四章 薄膜的力学性质143

第一节 薄膜的应力143

一、内应力与热应力143

二、应力测量方法143

三、热应力计算148

四、内应力的检测151

第二节 薄膜的弹性系数和内耗的测量159

一、振动片法160

二、超声波脉冲法162

三、其它测量方法165

第三节 薄膜的弹性、强度和硬度165

一、薄膜弹性和强度的测定方法165

二、薄膜的弹性167

三、薄膜的强度168

四、薄膜的硬度170

五、硬度测量方法171

第四节 薄膜的附着力174

一、薄膜的附着力174

二、附着力的测量方法175

三、附着力测量中的有关问题180

第五节 薄膜的摩擦、磨损和磨蚀183

一、薄膜的磨损、磨蚀183

二、薄膜的摩擦学概念183

三、影响薄膜摩擦学特性的因素184

四、滑动性能的测量方法187

五、应用188

参考文献191

第五章 薄膜的化学性质196

第一节 表面化学反应196

一、界面现象的热力学描述196

二、物理吸附和化学吸附198

三、等温吸附线198

四、氧化和氮化反应199

五、表面覆膜的生长速率方程式201

六、阳极氧化201

第二节 电子器件用镀膜的耐蚀性202

一、腐蚀原因和防腐原理203

二、防腐方法203

三、电镀层的耐蚀法204

四、腐蚀试验条件206

参考文献207

第二篇 薄膜制备工艺209

第一章 基片209

第一节 各种基片的性质209

一、玻璃209

二、陶瓷213

三、单晶体基片216

四、塑料217

五、金属228

第二节 基片的清洗方法228

一、原理228

二、实验室所用的清洗方法228

三、工业清洗方法229

四、清洁度检验230

五、超清洁表面的制作237

第三节 基片的表面处理248

一、离子体辐照、等离子体辐照和电子辐照248

二、研磨、刻蚀250

三、表面粗糙度及其检测253

四、塑料的底膜涂覆257

参考文献258

第二章 真空蒸镀法263

第一节 蒸发过程263

一、蒸发理论263

二、蒸发热力学267

三、蒸发系数与蒸发机制269

四、合金的蒸发272

五、化合物的蒸发276

第二节 凝结、生长过程278

一、形核过程278

二、生长过程291

第三节 蒸发源307

一、发射分布307

二、实验室用蒸发源311

三、工业用蒸发源317

四、蒸发物质和蒸发源321

第四节 特殊蒸镀技术332

一、同时蒸发法332

二、瞬间蒸发法333

三、多层膜扩散合金化334

四、三温度法335

五、分子束蒸镀法336

六、热壁法339

七、电弧放电法339

八、离子镀340

九、离子束沉积345

十、激光沉积347

十一、离子束混合348

十二、反应性蒸镀法350

十三、气体中的蒸镀法351

十四、沿基片表面的电场效应352

第五节 蒸镀的监控352

一、流量法353

二、石英晶体振动子358

三、光学法361

四、电磁法366

五、微天平法368

第六节 蒸镀装置369

一、抽气系统369

二、蒸镀系统373

参考文献380

第三章 分子束外延生长法391

第一节 分子束外延生长的特点391

第二节 装置391

第三节 分子束外延生长的原理和方法392

第四节 Ⅱ-Ⅴ族以外半导体的MBE396

一、Si分子束外延生长法396

二、Ⅰ-Ⅵ族半导体MBE397

三、绝缘体、硅化物MBE397

参考文献399

第四章 溅射镀膜400

第一节 离子溅射原理400

一、溅射现象400

二、溅射产额及其影响因素402

三、选择溅射现象408

四、溅射原子的能量分布和角分布412

五、反应溅射415

六、膜层生长过程418

第二节 溅射镀膜工艺及装置420

一、溅射镀膜的原理、发展过程及分类421

二、二极辉光放电型溅射421

三、二极磁控溅射430

四、三极或四极等离子体溅射438

五、离子束溅射镀膜439

六、连续溅射装置441

第三节 溅射镀膜的应用实例442

一、溅射薄膜的应用范围442

二、集成电路金属镀层用Al膜443

三、Ta和TaN薄膜447

参考文献453

第五章 离子束沉积和离子镀455

第一节 离子束沉积的原理455

第二节 各种离子束沉积技术456

一、直接引出式离子束沉积456

二、质量分离式离子束沉积456

三、部分离化沉积458

四、簇团离子束沉积459

五、离子束溅射沉积460

第三节 离子镀的原理462

第四节 离子镀的特点466

一、离子轰击在离子镀过程中的作用466

二、离子镀过程中的离化率468

三、离子镀中沉积成膜的条件469

第五节 离子镀的类型469

一、直流二极型离子镀470

二、三极型和多阴极方式的离子镀470

三、ARE活性反应蒸镀法471

四、电弧放电型高真空离子镀475

五、空心阴极放电离子镀478

六、射频放电离子镀484

七、多弧离子镀技术486

八、磁控溅射离子镀技术492

参考文献493

第六章 化学气相沉积法498

第一节 化学气相沉积498

一、原理498

二、装置504

三、CVD生长法509

第二节 等离子体强化CVD法528

一、原理528

二、等离子体CVD装置532

三、等离子体CVD生长法534

第三节 有机金属化学气相沉积法557

一、原理及特征557

二、用MOCVD法制作薄膜560

三、在器件上的应用566

四、存在的问题及今后待研究的课题569

参考文献570

第七章 其它化学成膜方法576

第一节 电镀576

一、电镀原理576

二、电镀种类576

三、电镀设备576

四、电镀前处理577

五、单一金属电镀层577

六、合金电镀层578

七、多层电镀578

八、复合电镀579

九、水溶液彩色电镀580

十、用水溶液电镀法制作金属箔580

十一、镀制水溶液电镀不能制取的镀层580

第二节 电解581

一、电解的原理581

二、电解设备581

三、单一金属镀层和合金镀层582

四、硬镍镀层582

五、电解复合镀层583

六、非导体的电解镀层583

第三节 阳极氧化584

一、阳极氧化机理584

二、阳极氧化膜的性质及用途585

三、阳极氧化法585

第四节 烧附法588

一、有机金属化合物的合成588

二、水金的制作方法589

三、水金的成分589

四、烧成589

五、烧附膜的性质589

第五节 朗缪尔法590

一、膜层展开操作590

二、叠积操作591

三、各种朗缪尔膜的制作条件592

参考文献593

第八章 图形生长及再结晶技术595

第一节 固相生长法595

一、多晶晶粒长大595

二、从非晶状态发生的晶体生长596

第二节 液相生长法597

一、激光退火597

二、灯光退火603

三、电子束退火603

四、区熔法604

参考文献605

第九章 薄膜图形形成技术607

第一节 超薄薄膜和超细结构607

一、金属电子气理论607

二、超薄薄膜607

三、超细结构607

第二节 光刻胶超细图形的加工608

一、电子束制版608

二、X射线曝光制版608

三、离子束曝光制版608

第三节 掩模法-掩模的加工与保持611

第四节 光刻制版技术615

一、曝光掩模的制作615

二、光刻胶一览表620

三、光刻胶的制备工艺624

四、湿法刻蚀625

五、干法刻蚀626

第五节 多层光刻工艺633

一、三层工艺633

二、无机光刻胶和双层工艺634

三、用含硅光刻胶构成的双层工艺635

四、由离子束构成的单层工艺636

五、其它多层工艺636

第六节 光刻胶的干式成像640

一、光刻胶有掩模的等离子体刻蚀640

二、光刻胶无掩模的等离子体刻蚀641

三、由激态复合物激光促成的光致烧蚀分解641

四、由电子束和紫外线促成的自显影641

五、热显影641

第七节 同步辐射--X射线制版642

第八节 微细加工技术643

一、微细加工技术的现状643

二、制版设备的比较643

三、各种干法刻蚀的比较648

四、预先成核法和复合加工法651

五、在半导体器件中的应用652

六、微细加工的限度655

参考文献659

第三篇 薄膜性能检测663

第一章 膜厚检测663

第一节 光学方法663

一、多光束干涉法测定膜厚663

二、位相差显微镜法669

三、椭圆仪法670

第二节 触针法674

第三节 各种类型薄膜的膜厚测量676

一、薄膜的厚度和结构676

二、膜厚的测定方法677

参考文献686

第二章 薄膜的形貌及结构分析688

第一节 组织和形貌688

一、光学显微镜688

二、电子显微镜691

第二节 原子排布696

一、衍射法概要696

二、电子衍射701

三、X射线衍射705

四、扩展X射线吸收精细结构分析708

五、晶体学数据710

第三节 薄膜晶体中的缺陷及杂质735

一、电学评价法735

二、光学评价法738

三、X射线、粒子束评价法740

参考文献743

第三章 薄膜成分分析748

第一节 非破坏性分析748

一、荧光X射线分析748

二、电子探针X射线微区分析749

三、带电粒子激发X射线分析751

四、俄歇电子能谱分析753

五、背散射分析756

六、放射化学分析759

七、电子谱化学分析761

八、红外吸收，喇曼光谱分析763

第二节 破坏性分析765

一、二次离子质谱分析765

二、低能离子散射分析769

参考文献771

第四章 薄膜的稳定性和可靠性776

第一节 劣化过程776

一、由结晶状态等细微结构变化而引起的劣化776

二、由膜界面的变化引起的劣化778

三、和周围气氛反应引起的劣化779

四、电迁移造成的破坏780

五、杂质离子的影响781

六、概率破坏782

第二节 可靠性试验782

一、电介质薄膜的可靠性782

二、电阻薄膜的可靠性785

参考文献786