本书系统地介绍了各种现代离子镀膜技术的原理、特点、装备、工艺、发展历程和应用。其主要内容包括概述、真空物理和等离子体物理基础知识、真空蒸发镀膜技术、辉光放电离子镀膜技术、热弧光放电离子镀膜技术、阴极电弧离子镀膜技术、磁控溅射镀膜技术、带电粒子流在镀膜中的作用、等离子体增强化学气相沉积技术、等离子体聚合技术，以及离子镀膜技术在太阳能利用、信息显示薄膜、装饰性薄膜、光学薄膜、硬质涂层、碳基薄膜、热电薄膜等领域和低温离子化学热处理中的应用。本书内容全面、新颖，紧密联系实际，具有很强的系统性、科学性、先进性和实用性。
1）本书系统介绍了各种现代离子镀膜技术的原理、特点、装备、工艺和应用，重点分析了各种离子镀膜新技术的设计理念。本书内容全面、新颖，紧密联系实际，具有很强的系统性、科学性、先进性和实用性。
2）本书主要内容包括：概述、真空物理和等离子体物理基础知识、真空蒸发镀膜、辉光放电离子镀膜、热弧光放电离子镀膜、阴极电弧离子镀膜、磁控溅射镀膜、带电粒子流在镀膜中的作用、等离子体增强化学气相沉积、等离子体聚合，以及离子镀膜技术在太阳能利用、信息显示薄膜、装饰性薄膜、光学薄膜、硬质涂层、碳基薄膜、热电薄膜等领域和低温离子化学热处理中的应用。
现代前沿科技在向互联网、大数据、智能化、量子化方向发展，传统产业向高端、快速、节能、绿色环保方向加速前进。很多产品向智能化、集成化、自动化发展，要求零部件具有各种优异的性能，很多元器件要求轻、薄、细、小、微型化，因此，需要在零部件、元器件表面镀一层微米级或纳米级厚度并具有各种特殊功能的薄膜材料。制备薄膜材料的方法从开始利用热能，发展到利用气体放电产生的等离子体能量进行镀膜的离子镀膜技术。伴随现代科学技术发展的需求，离子镀膜技术取得了迅猛发展，各种增强等离子体作用的离子镀膜新技术层出不穷，产生气体放电的物质源从金属蒸气、惰性气体、无机气体发展到有机气体，应用范围扩展到国民经济的各个领域。
离子镀膜技术可以制备国防、通信、航天航空、能源领域的太阳能利用、信息存储、光磁存储薄膜，半导体器件中的PN结和导电、绝缘、屏蔽等功能薄膜，高端制造业中的工模具高硬耐磨涂层、耐腐蚀抗氧化涂层，以及人们生活中具有节能、节电、装饰、包装等各种优异性能的薄膜，推动了前沿科学的发展，美化了人们的生活，创造了巨大价值。离子镀膜技术为人类进步做出了巨大贡献。
近些年来，薄膜领域的科技工作者巧妙地利用等离子体能量研发出多种新型离子镀膜技术，本书将介绍各种离子镀膜技术的原理、特点、装备、工艺、发展历程和应用。
本书定义：凡是在气体放电中进行镀膜的技术都称为离子镀膜技术。离子镀膜技术主要分为等离子体增强物理气相沉积技术、等离子体增强化学气相沉积技术、等离子体增强聚合技术。
本书是一本有等离子体物理基础理论、能和当前国内外先进离子镀膜技术紧密联系的技术图书。希望本书的出版能够开阔离子镀膜技术在职人员的视野并帮助他们进行知识更新，给广大青年读者提供离子镀膜技术知识，以利于真空镀膜事业人才的培养，从而推动我国离子镀膜技术和薄膜事业的发展。
本书从第1章至第11章，在讲述真空物理和等离子体物理基本知识的基础上，全面系统地介绍了等离子体增强物理气相沉积技术、等离子体增强化学气相沉积技术和等离子体增强聚合技术等各种技术的原理、特点及其发展历程中的设计理念。这部分内容可帮助读者理解国内外科技工作者灵活巧妙地利用等离子体为镀膜全过程服务的思路，体会到学习和掌握离子镀膜技术相关基础知识的重要性。从第12章至第19章，介绍现代离子镀膜技术在国民经济各领域中的应用。这部分内容可帮助读者理解离子镀膜技术对现代前沿科技和社会经济发展的重要性。
参加编著本书的作者都是在利用离子镀膜技术制备各种特殊功能薄膜的有成就的专家、教授和企业家。编写分工如下：第1～10章由北京联合大学王福贞教授撰写，第11章由北京印刷学院陈强教授撰写，第12章由钧石能源有限公司罗骞博士撰写，第13章由华南理工大学宁洪龙教授和史沐杨博士撰写，第14章由哈尔滨工业大学（深圳）武俊伟教授和深圳创隆实业有限公司马楠博士撰写，第15章由光芯薄膜（深圳）有限公司郭杏元博士撰写，第16章由中国科学院沈阳金属研究所赵彦辉博士撰写，第17章由中国科学研究院兰州化学物理研究所张广安研究员撰写，第18章由哈尔滨工业大学（深圳）曹峰教授和侯帅航博士研究生撰写，第19章由深圳笙歌等离子体渗入有限公司马胜歌总经理撰写。
在此向给予作者支持和帮助的专家、教授、企业家致以诚挚的谢意。研究生张佳乐、何云鹏、杨杰、梁富源、伍世悠、杨嘉然、李伦特、李志远、唐开元等参与了部分章节内容的校对、整理工作，在此表示衷心的感谢。
由于编著者的水平有限，书中不足之处敬请赐教。
编著者
序1
序2
前言
第1章概述1
1.1离子镀膜技术的应用领域1
1.2科学技术现代化对薄膜产品的新要求1
1.3镀膜技术的类型3
1.3.1薄膜的初始制备技术3
1.3.2离子镀膜技术3
1.4本书的主要内容5
第2章真空物理基础知识6
2.1真空6
2.1.1真空的定义6
2.1.2真空的形成6
2.1.3真空度的意义7
2.2气体分子运动的基本规律7
2.2.1理想气体分子运动规律7
2.2.2理想气体的压强9
2.2.3气体分子的平均自由程10
2.2.4碰撞截面10
2.2.5分子运动速度11
2.3气体分子和固体表面的相互作用12
2.3.1碰撞12
2.3.2吸附和解吸或脱附12
2.3.3蒸发和升华13
2.4阴极表面的电子发射14
2.4.1固体表面的电子状态14
2.4.2金属的热电子发射16
2.4.3金属的冷场致发射18
2.4.4光电子发射18
2.4.5二次电子发射19
参考文献20
第3章等离子体物理基础知识21
3.1引言21
3.2等离子体22
3.2.1等离子体的定义22
3.2.2等离子体的分类23
3.2.3等离子体的获得方法24
3.3气体的激发和电离24
3.3.1带电粒子的运动状态24
3.3.2粒子间碰撞后能量的变化规律25
3.3.3由电子非弹性碰撞产生的激发与电离27
3.3.4第二类非弹性碰撞33
3.3.5附着和离脱34
3.3.6带电粒子的消失消电离35
3.3.7气体放电中的发光现象35
3.4气体放电36
3.4.1气体放电的过程36
3.4.2气体放电的伏安特性曲线38
3.5辉光放电39
3.5.1辉光放电的特点39
3.5.2正常辉光放电和异常辉光放电41
3.5.3辉光放电两极间各种特性的分布42
3.5.4辉光放电的空心阴极效应44
3.5.5射频放电46
3.5.6微波放电48
3.5.7大气压下的辉光放电49
3.6弧光放电53
3.6.1弧光放电的特性53
3.6.2弧光放电的类型54
3.6.3热弧光放电54
3.6.4冷阴极弧光放电56
3.7带电粒子的作用57
3.7.1离子的作用57
3.7.2电子的作用60
3.8带电粒子的运动60
3.8.1带电粒子在电场中的运动61
3.8.2带电粒子在磁场中的运动61
3.8.3带电粒子在电磁场中的运动64
3.9电磁场的运用64
3.9.1同轴电磁场型离子镀膜机65
3.9.2正交电磁场型离子镀膜机65
参考文献66
第4章真空蒸发镀膜技术67
4.1真空蒸发镀膜技术的分类67
4.2真空蒸发镀膜机67
4.2.1电阻蒸发镀膜机67
4.2.2电子枪蒸发镀膜机71
4.2.3激光蒸发镀膜机73
4.2.4高频感应加热蒸发镀膜机74
4.3真空蒸发镀膜层的组织74
4.3.1真空蒸发镀膜层的形成条件74
4.3.2真空蒸发镀膜层的生长规律77
4.3.3影响膜层生长的因素78
4.3.4膜层厚度的均匀性79
4.4真空蒸发镀膜机80
4.4.1立式蒸发镀膜机80
4.4.2卷绕式蒸发镀膜机81
参考文献84
第5章辉光放电离子镀膜技术85
5.1直流二极型离子镀膜技术85
5.1.1直流二极型离子镀膜的装置85
5.1.2直流二极型离子镀膜的工艺过程86
5.1.3直流二极型离子镀膜中的粒子能量86
5.1.4直流二极型离子镀膜的条件87
5.1.5直流二极型离子镀膜中高能离子的作用88
5.1.6离子镀膜层形成的影响因素92
5.1.7直流二极型离子镀膜技术的特点94
5.2辉光放电离子镀膜技术的发展94
5.2.1电子枪蒸发源直流二极型离子镀膜技术95
5.2.2活性反应离子镀膜技术96
5.2.3热阴极离子镀膜技术97
5.2.4射频离子镀膜技术98
5.2.5集团离子束离子镀膜技术98
5.3增强型辉光放电离子镀膜技术的共同特点99
参考文献100
第6章热弧光放电离子镀膜技术101
6.1空心阴极离子镀膜技术102
6.1.1空心阴极离子镀膜机102
6.1.2空心阴极离子镀膜的工艺过程102
6.1.3空心阴极离子镀膜的条件103
6.1.4空心阴极离子镀膜机的发展104
6.2热丝弧离子镀膜技术105
6.2.1热丝弧离子镀膜机105
6.2.2热丝弧离子镀膜的工艺过程106
6.3热弧光放电离子镀膜的技术特点107
6.4辉光放电离子镀膜与热弧光放电离子镀膜对比109
6.4.1电子枪对比109
6.4.2镀膜技术特点对比109
参考文献110
第7章阴极电弧离子镀膜技术111
7.1阴极电弧源112
7.2小弧源离子镀膜技术112
7.2.1小弧源离子镀膜机的结构112
7.2.2小弧源离子镀膜的工艺过程114
7.3阴极电弧离子镀膜的机理114
7.4阴极电弧离子镀膜技术的发展116
7.4.1小弧源离子镀膜机的发展116
7.4.2矩形平面大弧源离子镀膜机120
7.4.3柱状阴极电弧源离子镀膜机121
7.5对阴极电弧离子镀膜机配置的特殊要求128
7.5.1引弧装置的设置128
7.5.2磁场的设置128
7.5.3屏蔽结构的设置128
7.6阴极电弧离子镀膜技术的特点129
7.7清洗技术的发展130
7.7.1钛离子清洗工件的不足130
7.7.2弧光放电氩离子清洗技术131
7.7.3气态源弧光放电氩离子清洗技术131
7.7.4固态源弧光放电氩离子清洗技术132
7.8阴极电弧离子镀中脉冲偏压电源的作用134
参考文献137
第8章磁控溅射镀膜技术139
8.1磁控溅射镀膜的设备与工艺过程140
8.1.1平面靶磁控溅射镀膜机140
8.1.2磁控溅射镀膜的工艺过程140
8.2阴极溅射和磁控溅射142
8.2.1阴极溅射142
8.2.2磁控溅射144
8.3磁控溅射镀膜技术的特点147
8.3.1磁控溅射镀膜技术的优点147
8.3.2磁控溅射镀膜技术的不足148
8.4磁控溅射离子镀膜技术的发展149
8.4.1柱状磁控溅射靶149
8.4.2平衡磁控溅射靶与非平衡磁控溅射靶151
8.4.3磁控溅射镀介质薄膜技术的进步156
8.4.4热阴极增强磁控溅射162
8.4.5高功率脉冲磁控溅射162
8.5磁控溅射工件清洗新技术165
8.5.1ABS源165
8.5.2弧光放电氩离子清洗工件166
8.5.3用弧光放电源增强磁控溅射镀膜166
参考文献167
第9章带电粒子流在镀膜中的作用169
9.1带电粒子流的类型169
9.2离子束169
9.2.1离子束的能量及作用169
9.2.2离子注入170
9.2.3离子束溅射镀膜和离子束刻蚀173
9.2.4离子束辅助沉积及低能离子源174
9.3弧光电子流180
9.3.1弧光电子流的特点与产生方法180
9.3.2弧光电子流的应用180
参考文献182
第10章等离子体增强化学气相沉积技术183
10.1气态物质源镀膜技术分类183
10.2化学气相沉积技术184
10.2.1热化学气相沉积技术184
10.2.2金属有机化合物气相沉积技术188
10.2.3原子层沉积技术190
10.3等离子体增强化学气相沉积技术192
10.3.1等离子体增强化学气相沉积技术类型192
10.3.2直流辉光放电增强化学气相沉积技术193
10.4等离子体增强化学气相沉积原理196
10.4.1多原子气体的热运动196
10.4.2多原子气体的激发和电离198
10.4.3等离子体中固体表面的反应200
10.4.4等离子体增强化学气相沉积技术的优点200
10.5各种新型等离子体增强化学气相沉积技术201
10.5.1直流磁控电子回旋PECVD技术202
10.5.2网笼等离子体浸没离子沉积技术202
10.5.3电磁增强型卷绕镀膜机203
10.5.4射频增强等离子体化学气相沉积技术205
10.5.5微波增强等离子体化学气相沉积技术206
10.5.6电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积技术208
10.5.7热丝弧弧光增强等离子体化学气相沉积技术208
10.5.8直流等离子体喷射电弧增强化学气相沉积技术208
参考文献211
第11章等离子体聚合技术214
11.1概述214
11.1.1等离子体聚合的定义与特点214
11.1.2各种等离子体聚合技术简介217
11.2等离子体聚合原理218
11.2.1等离子体中的激励活化反应218
11.2.2等离子体聚合反应221
11.3等离子体聚合装置及工艺222
11.3.1等离子体聚合装置222
11.3.2等离子体聚合工艺226
11.3.3等离子体聚合工艺条件的选择和控制227
11.4等离子体聚合膜的应用领域230
11.4.1等离子体直接聚合膜的应用领域230
11.4.2等离子体引发聚合薄膜的应用领域233
11.5等离子体表面改性234
11.5.1等离子体表面改性的定义234
11.5.2等离子体表面改性的特点234
11.5.3等离子体表面改性用的气体235
11.5.4等离子体表面改性的应用领域235
参考文献236
第12章离子镀膜在太阳能利用领域的应用238
12.1概述238
12.2太阳能光伏薄膜领域的镀膜技术239
12.2.1晶硅太阳能电池中的镀膜技术240
12.2.2异质结太阳能电池中的镀膜技术242
12.2.3晶硅太阳能电池镀膜技术的发展244
12.2.4碲化镉、铜铟镓硒和钙钛矿太阳能电池中的镀膜技术245
12.3太阳能光热领域的镀膜技术248
12.3.1光热薄膜材料249
12.3.2低温光热薄膜250
12.3.3中温光热薄膜250
12.3.4高温光热薄膜250
12.4展望251
参考文献251
第13章离子镀膜在信息显示
薄膜领域的应用253
13.1信息显示技术的发展253
13.2现代信息显示原理254
13.3信息显示器件与信息显示薄膜255
13.3.1薄膜晶体管255
13.3.2有机发光二极管256
13.3.3信息显示薄膜与离子镀膜技术256
13.4信息显示薄膜的制备257
13.4.1有源层薄膜257
13.4.2OLED发光功能层薄膜260
13.4.3导电电极薄膜261
13.4.4绝缘层薄膜264
13.5信息显示薄膜器件的制备265
13.6展望268
参考文献268
第14章离子镀膜在装饰性薄膜领域的应用271
14.1概述271
14.2装饰性薄膜的颜色272
14.3装饰性薄膜的性能要求273
14.4装饰性薄膜材料的选择与优化275
14.4.1金色系装饰性薄膜275
14.4.2黑色系装饰性薄膜277
14.4.3银色系装饰性薄膜279
14.4.4干涉装饰性薄膜279
14.5装饰性薄膜的发展趋势280
14.5.1鲜艳的颜色280
14.5.2优异的耐蚀性281
14.5.3更高的力学性能281
参考文献282
第15章离子镀膜在光学薄膜领域的应用284
15.1光学薄膜的定义与基础285
15.1.1光学薄膜的定义285
15.1.2光学薄膜的理论基础285
15.1.3减反射光学薄膜289
15.1.4高反射光学薄膜290
15.1.5光学滤光片292
15.2光学薄膜的应用领域293
15.2.1光学薄膜在镀膜眼镜行业的应用293
15.2.2光学薄膜在仪器设备上的应用294
15.2.3光学薄膜在手机产品中的应用295
15.2.4光学薄膜在汽车行业中的应用296
15.2.5光学薄膜在光通信领域中的应用297
15.2.6光学薄膜在幕墙玻璃中的应用297
15.2.7光学薄膜在生物医疗领域中的应用299
15.2.8光学薄膜在红外波段产品中的应用299
15.2.9光学薄膜在投影显示产品中的应用299
15.3光学薄膜的制备技术300
15.3.1物理气相沉积301
15.3.2化学气相沉积303
15.3.3原子层沉积303
15.4光学薄膜的表征304
参考文献304
第16章离子镀膜在硬质涂层领域的应用306
16.1高端加工业对涂层刀具的新要求306
16.2硬质涂层的类型306
16.2.1普通硬质涂层307
16.2.2超硬涂层310
16.3沉积硬质涂层的离子镀膜技术及其新发展315
16.3.1沉积硬质涂层的常规技术315
16.3.2沉积硬质涂层技术的发展316
参考文献318
第17章离子镀膜在碳基薄膜领域的应用321
17.1概述321
17.1.1碳基薄膜的类型321
17.1.2碳基薄膜的三元相图321
17.2碳基薄膜的结构322
17.2.1金刚石薄膜的结构322
17.2.2类金刚石碳基薄膜的结构323
17.2.3类石墨碳基薄膜的结构323
17.2.4类聚合物碳基薄膜的结构324
17.3碳基薄膜的制备技术与性能324
17.3.1金刚石薄膜的制备技术与性能324
17.3.2类金刚石碳基薄膜的制备技术与性能327
17.3.3类石墨碳基薄膜的制备技术与性能332
17.3.4类聚合物碳基薄膜的制备技术与性能333
17.4非晶碳基薄膜的应用334
17.4.1类金刚石碳基薄膜的应用334
17.4.2类石墨碳基薄膜的应用337
17.4.3类聚合物碳基薄膜的应用338
参考文献339
第18章离子镀膜在热电薄膜领域的应用343
18.1热电技术及热电器件343
18.1.1塞贝克效应和帕尔贴效应343
18.1.2热电器件345
18.2热电薄膜材料346
18.2.1超晶格热电薄膜346
18.2.2柔性热电薄膜347
18.3热电薄膜制备中常用的离子镀膜技术348
18.3.1分子束外延348
18.3.2磁控溅射349
18.3.3脉冲激光沉积350
18.3.4其他常见热电薄膜制备技术351
18.4离子镀膜技术在热电器件中的应用351
18.4.1在微型热电器件研究中的应用351
18.4.2在热电器件电极制备中的应用352
18.5展望354
参考文献354
第19章离子镀膜在低温离子化学热处理中的应用357
19.1概述357
19.1.1离子化学热处理357
19.1.2低温离子化学热处理357
19.2低温离子化学热处理工艺358
19.2.1不锈钢低温离子化学热处理工艺358
19.2.2工模具钢低温离子化学热处理工艺360
19.3低温离子化学热处理温度的选择361
19.3.1常规离子渗氮温度361
19.3.2低温离子化学热处理温度362
19.4低温离子化学热处理新技术364
19.4.1增设活性屏技术364
19.4.2热丝增强低温离子渗技术366
19.4.3弧光放电增强低温离子渗技术367
参考文献370
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