《薄膜技术与应用》为研究生高水平课程教材。全书主要内容包括真空技术基础、真空蒸发镀膜、分子束外延生长、溅射镀膜、激光脉冲沉积、离子镀和离子束沉积、化学气相沉积、原子层沉积(ALD)镀膜、溶液镀膜法和自组装膜等。
《薄膜技术与应用》既可作为研究生的相关课程教材,也可供其他人员学习参考。
薄膜是一种一维线性尺度远小于其他二维尺度的物质形态,在厚度这一特定的方向上尺寸很小,一直可以延伸到单个分子层(或原子层)。正是基于薄膜的这种特殊的形态,在制备和研究薄膜的过程中,需要先进的技术手段作为支撑。随着电子工业和信息产业的高速发展,特别是在电子器件领域的发展,薄膜材料的研究和工业化得到了极大的推进。器件的微型化,使得用于器件的薄膜材料厚度不断减薄,达到了纳米级,甚至出现了单层材料,获得了许多全新的物理性能,这不仅保留了器件原来功能,并使这些功能得到了加强和拓展。薄膜技术作为器件微型化的关键技术,是制备这些新型器件的有效手段。在其他领域薄膜材料也得到了广泛的应用,诸如航天、医药、能源、交通等,薄膜材料与技术已经渗透到了现代科技的各个重要领域。正是由于薄膜材料及技术的飞速发展,要想更好地制备具有优异性能、符合某一领域应用要求的薄膜材料,必须掌握各种成膜技术和薄膜物理的基础知识。特别是近年来发展了一些新的薄膜制备技术,例如原子层沉积镀膜技术、自组装镀膜技术等,是从事薄膜制备和研究的人员需要学习和了解的。基于上述背景,本书系统地介绍了薄膜材料的制备方法及其应用实例。
薄膜的研究及制备技术源于17世纪,随后各种制备薄膜的方法相继诞生。薄膜制备技术也由最初简单的物理蒸发、化学反应发展到现如今以物理气相沉积和化学气相沉积为代表的先进成膜技术,其中包括真空蒸镀、溅射、激光脉冲沉积、分子束外延、化学气相沉积、原子层沉积、自组装等等。这些薄膜制备方法都有着各自的原理、设备、优缺点和应用背景。本书的重点在于介绍薄膜制备原理及设备、技术特点与不足、种类、应用实例等方面,使读者能够了解每一种薄膜制备工艺概况,并从一些应用实例上加以体会和分析。
在内容编排方面,第1章对真空技术的基础知识做了介绍。第2章到第10章重点介绍和讨论了薄膜的各种制备技术,包括真空蒸发镀膜、分子束外延、溅射镀膜、激光脉冲沉积、离子镀膜、化学气相沉积、原子层沉积、溶液镀膜以及自组装镀膜,并列举了典型的薄膜应用实例。
本书由西北工业大学冯丽萍、刘正堂编著。冯丽萍负责本书的编写立项和统稿,并编写了第2章、第3章、第6章、第7章、第9章和第10章。刘正堂教授编写了第1章、第4章、第5章和第8章,并审阅了全部书稿。博士研究生李宁、苏杰、曾为分别参与了第2章、第4章和第10章的撰写,硕士研究生李大鹏、孟勇强分别参与了第6章和第9章的撰写。
第1章 真空技术基础
1.1 真空的基本知识
1.2 稀薄气体的性质
1.3 真空的获得
1.4 真空的测量
习题
第2章 真空蒸发镀膜
2.1 真空蒸镀原理
2.2 蒸发加热方式及蒸发源
2.3 真空蒸镀工艺
2.4 真空蒸镀应用举例
习题
第3章 分子束外延生长
3.1 分子束外延的原理及特点
3.2 分子束外延设备
3.3 MBE生长
3.4 MBE方法制备的材料及其器件应用
习题
第4章 溅射镀膜
4.1 溅射镀膜的特点
4.2 溅射的基本原理
4.3 溅射特性
4.4 溅射原子的能量分布和角分布
4.5 溅射过程
4.6 溅射方法
4.7 溅射镀膜的实例
习题
第5章 激光脉冲沉积
5.1 激光脉冲沉积镀膜原理
5.2 工艺参数对PLD镀膜质量影响
5.3 脉冲激光沉积的优缺点
5.4 脉冲激光沉积的种类及应用
习题
第6章 离子镀和离子束沉积
6.1 离子镀
6.2 几种典型的离子镀方式
6.3 离子束沉积
6.4 应用实例
习题
第7章 化学气相沉积
7.1 CVD沉积基本原理
7.2 常用的化学气相沉积方法
7.3 CVD应用镀膜实例
习题
第8章 原子层沉积(ALD)镀膜
8.1 ALD的原理
8.2 ALD的技术特征及优点
8.3 ALD的种类
8.4 ALD的应用举例
习题
第9章 溶液镀膜法
9.1 电镀技术
9.2 化学镀
9.3 溶胶-凝胶(Sol-Gel)法
9.4 阳极氧化法
9.5 LB技术
9.6 溶液镀膜法应用举例
习题
第10章 自组装膜
10.1 自组装技术
10.2 自组装单分子膜
10.3 层层自组装多层膜
10.4 自组装膜制备的影响因素
10.5 自组装膜的表征
10.6 自组装膜应用
习题
参考文献