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1 薄膜与表面技术基础理论1

1.1 概述1

1.2 固体表面介绍1

1.2.1 固体材料1

1.2.2 固体表面与界面的基本概念3

1.2.3 固体表面与界面的区别4

1.3 表面晶体学4

1.3.1 金属薄膜的晶体结构4

1.3.2 理想的表面结构6

1.3.3 表面与体内的差异7

1.3.4 清洁表面结构13

1.3.5 实际表面结构13

1.4 表面特征（热）力学18

1.4.1 表面力18

1.4.2 表面张力与表面自由能21

1.4.3 表面扩散24

1.5 表面电子学25

1.5.1 金属薄膜中的电迁移现象25

1.5.2 增强薄膜抗电迁移能力的措施26

1.6 界面与薄膜附着27

1.6.1 界面层27

1.6.2 附着及附着力28

1.6.3 固体材料表面能对附着的影响31

1.6.4 表面、界面和薄膜的应力32

1.6.5 增强薄膜附着力的方法39

1.7 金属表面的腐蚀41

1.7.1 电化学腐蚀41

1.7.2 金属的钝化43

1.7.3 全面腐蚀43

1.7.4 局部腐蚀44

2 真空蒸发镀膜51

2.1 概述51

2.2 真空蒸发镀膜原理51

2.2.1 真空蒸发镀膜的物理过程51

2.2.2 蒸发过程中的真空条件52

2.2.3 镀膜过程中的蒸发条件54

2.2.4 残余气体对膜层的影响62

2.2.5 蒸气粒子在基片上的沉积63

2.3 蒸发源65

2.3.1 电阻加热式蒸发源65

2.3.2 电子枪加热蒸发源70

2.3.3 感应加热式蒸发源75

2.3.4 空心热阴极电子束蒸发源77

2.3.5 激光加热蒸发源78

2.3.6 电弧加热蒸发源79

2.4 特殊蒸镀技术79

2.4.1 闪蒸蒸镀法79

2.4.2 多蒸发源蒸镀法80

2.4.3 反应蒸镀法80

2.4.4 三温度蒸镀法81

3 真空溅射镀膜82

3.1 溅射镀膜原理82

3.1.1 溅射现象82

3.1.2 溅射机理83

3.2 溅射沉积成膜84

3.2.1 溅射源84

3.2.2 溅射原子的能量与角分布87

3.2.3 溅射产额与溅射速率89

3.2.4 合金和化合物的溅射95

3.2.5 溅射沉积成膜96

3.2.6 薄膜的成分与结构97

3.2.7 各种粒子轰击效应100

3.2.8 溅射沉积速率101

3.2.9 薄膜厚度均匀性和纯度104

3.3 溅射技术概述106

3.4 直流二极溅射108

3.5 直流三极或四极溅射111

3.6 磁控溅射114

3.6.1 磁控溅射工作原理114

3.6.2 磁控溅射镀膜的特点117

3.6.3 磁控溅射镀膜工艺特性123

3.6.4 平面磁控溅射靶128

3.6.5 圆柱形磁控溅射靶140

3.6.6 传统平面磁控溅射靶存在的问题145

3.7 射频（RF）溅射147

3.7.1 射频溅射镀膜原理147

3.7.2 射频辉光放电特性150

3.7.3 射频溅射装置152

3.8 非平衡磁控溅射154

3.8.1 非平衡磁控溅射原理155

3.8.2 非平衡磁控溅射与平衡磁控溅射比较157

3.8.3 建立非平衡磁控系统的方法159

3.8.4 非平衡磁控溅射系统结构形式159

3.8.5 非平衡磁控溅射的应用162

3.9 反应磁控溅射167

3.9.1 反应磁控溅射的机理168

3.9.2 反应磁控溅射的特性169

3.9.3 反应磁控溅射工艺过程中的主要问题170

3.9.4 解决反应磁控溅射工艺运行不稳定的措施175

3.10 中频交流反应磁控溅射181

3.10.1 中频交流反应磁控溅射原理181

3.10.2 中频双靶反应磁控溅射的特点185

3.10.3 中频磁控靶结构形式186

3.10.4 中频磁控靶PEM控制189

3.11 非对称脉冲溅射190

3.12 合金膜的溅射沉积191

3.13 铁磁性靶材的溅射沉积192

3.13.1 磁控溅射铁磁性靶材存在的问题193

3.13.2 磁控溅射铁磁性靶材的主要方法194

3.14 离子束溅射200

4 真空离子镀膜203

4.1 离子镀的类型203

4.2 真空离子镀原理及成膜条件204

4.2.1 真空离子镀原理204

4.2.2 真空离子镀的成膜条件206

4.3 等离子体在离子镀膜过程中的作用207

4.3.1 放电空间中的粒子行为207

4.3.2 离子镀过程中的离子轰击效应209

4.4 离子镀中基片负偏压的影响212

4.5 等离子镀的离化率与离子能量214

4.5.1 离化率214

4.5.2 中性粒子和离子的能量215

4.5.3 膜层表面的能量活化系数215

4.6 离子镀膜工艺及其参数选择217

4.6.1 镀膜室的气体压力217

4.6.2反应气体的分压218

4.6.3 蒸发源功率219

4.6.4 蒸发速率219

4.6.5 蒸发源和基片间的距离219

4.6.6 沉积速率220

4.6.7 基体的负偏压221

4.6.8 基体温度221

4.7 离子镀的特点及应用224

4.7.1 离子镀的特点224

4.7.2 离子镀技术的应用225

4.8 直流二极型离子镀装置227

4.9 多阴极型离子镀装置228

4.10 活性反应离子镀（ARE）装置230

4.11 射频放电离子镀装置233

4.11.1 射频放电离子镀装置原理及特点233

4.11.2 射频放电离子镀中若干问题的探讨235

4.12 空心阴极离子镀237

4.12.1 空心阴极辉光放电237

4.12.2 空心阴极弧光放电240

4.12.3 空心阴极放电离子镀设备241

4.13 真空阴极电弧离子镀245

4.13.1 概述245

4.13.2 真空阴极电弧离子镀原理246

4.13.3 真空多弧离子镀设备的组成255

4.13.4 真空阴极电弧的控制265

4.13.5 大颗粒的抑制与消除269

4.13.6 负偏压对膜沉积过程的影响273

4.14 热阴极强流电弧离子镀275

4.15 磁控溅射离子镀277

4.15.1 磁控溅射离子镀的工作原理277

4.15.2 磁控溅射偏置基片的伏安特性278

4.15.3 提高偏流密度的方法280

5 真空卷绕镀膜283

5.1 概述283

5.2 蒸发卷绕镀膜284

5.2.1 蒸发卷绕镀膜特性284

5.2.2 电阻加热蒸发卷绕镀膜287

5.2.3 电子束加热蒸发卷绕镀膜296

5.2.4 感应加热蒸发卷绕镀膜299

5.2.5 蒸发卷绕镀的应用301

5.3 磁控溅射卷绕镀膜308

5.3.1 工作原理与特点308

5.3.2 设备结构与配置311

5.3.3 直流磁控卷绕镀膜315

5.3.4 中频磁控卷绕镀膜316

5.3.5 磁控溅射卷绕镀膜的应用317

5.4 高速EB-PVD卷绕镀膜322

5.5 组合式的卷绕镀膜设备325

5.5.1 电阻蒸发与磁控溅射组合式卷绕镀膜设备325

5.5.2 电弧蒸发与磁控溅射组合式卷绕镀膜设备325

5.6 卷绕镀膜设备的主要部件326

5.6.1 卷绕系统326

5.6.2 速度控制和张力控制334

5.6.3 蒸发系统337

5.6.4 真空室开启机构345

5.6.5 屏蔽组件346

5.6.6 真空系统348

6 化学气相沉积CVD技术351

6.1 概述351

6.1.1 CVD技术的基本原理351

6.1.2 CVD的组成及工艺353

6.1.3 CVD装置355

6.1.4 CVD技术的类型、应用及特点359

6.2 等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术363

6.2.1 PECVD的原理及特征363

6.2.2 PECVD技术中等离子体的性质367

6.2.3 PECVD的特点368

6.2.4 PECVD的应用371

6.3 直流等离子体化学气相沉积（DC-PCVD）技术372

6.3.1 DC-PCVD原理及反应装置372

6.3.2 DC-PCVD法沉积TiN、TiC375

6.4 射频等离子体化学气相沉积（RF-PCVD）技术378

6.4.1 RF-PCVD装置378

6.4.2 RF-PCVD的工业应用386

6.5 微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）技术392

6.5.1 MPCVD装置393

6.5.2 MPCVD的应用与工艺示例397

6.6 激光化学气相沉积（LCVD）技术401

6.6.1 基本原理402

6.6.2 LCVD沉积设备404

6.6.3 LCVD的应用407

6.7 金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）技术408

6.7.1 MOCVD沉积设备409

6.7.2 MOCVD工艺优化412

6.7.3 MO源413

6.7.4 MOCVD沉积的特点415

6.7.5 MOCVD的应用416

7 离子注入与离子辅助沉积技术418

7.1 离子注入的理论基础418

7.1.1 离子与固体表面作用现象418

7.1.2 注入离子与固体的相互作用419

7.2 离子注入设备427

7.3 强束流离子源430

7.3.1 强束流离子源主要设计参数430

7.3.2 强束流离子源的分类431

7.3.3 双等离子体离子源433

7.3.4 潘宁离子源435

7.3.5 高频放电离子源437

7.3.6 金属蒸气真空弧放电（NEVVA）离子源438

7.4 离子注入表面改性机理439

7.5 离子注入技术的特点441

7.6 离子束辅助沉积技术443

7.6.1 概述443

7.6.2 离子束辅助沉积技术机理444

7.6.3 离子束辅助沉积方式445

7.6.4 离子束辅助沉积装置448

8 ITO导电玻璃镀膜工艺461

8.1 ITO透明导电薄膜的基本性能与应用461

8.1.1 ITO薄膜的基本性能461

8.1.2 影响ITO薄膜导电性能的因素462

8.2 各种用途ITO透明导电玻璃简介463

8.2.1 液晶显示（TNSTN-LCD）用ITO导电玻璃463

8.2.2 彩色滤光片（CF）463

8.2.3 有机电致发光显示器（OLED）用ITO导电玻璃465

8.2.4 触摸屏用ITO导电玻璃466

8.3 ITO透明导电玻璃镀膜设备466

8.3.1 典型ITO透明导电玻璃生产线简介466

8.3.2 ITO靶材468

8.4 ITO透明导电膜的制备工艺471

8.4.1 SiO2膜层的制备方法471

8.4.2 ITO膜的制备方法473

8.4.3 LCD用ITO透明导电玻璃制备工艺473

8.5 LCD用ITO透明导电玻璃膜层检验标准和方法480

8.6 ITO导电玻璃生产时对原辅材料及生产环境的要求482

8.6.1 ITO玻璃原材料482

8.6.2 车间环境482

8.6.3 主要原辅材料的管理483

9 薄膜厚度的测量与监控485

9.1 光学测量方法485

9.1.1 光学干涉法485

9.1.2 椭偏仪法487

9.1.3 极值法488

9.1.4 波长调制法（振动狭缝法）490

9.1.5 原子吸收光谱法491

9.2 机械测量方法492

9.2.1 轮廓仪法492

9.2.2 显微镜观察断口493

9.2.3 称重法测量薄膜的厚度494

9.3 电学测量方法494

9.3.1 石英晶体振荡法494

9.3.2 电离式监控计法496

9.3.3 面电阻法497

10 表面与薄膜分析检测技术501

10.1 概述501

10.2 表面与薄膜分析方法分类503

10.2.1 表面形貌分析503

10.2.2 表面成分分析504

10.2.3 表面结构分析505

10.2.4 表面电子态分析506

10.2.5 表面原子态分析506

10.3 表面与薄膜的力学性能表征507

10.3.1 硬度和弹性模量测试507

10.3.2 薄膜与基体的结合力测试512

10.3.3 表面与薄膜的摩擦系数及耐磨性检测515

10.4 表面与薄膜的组织形貌及晶体结构分析518

10.4.1 光学显微分析518

10.4.2 扫描电子显微分析518

10.4.3 透射电子显微分析523

10.4.4 扫描探针显微分析525

10.4.5 X射线衍射分析531

10.4.6 低能电子衍射与反射式高能电子衍射535

10.4.7 激光喇曼光谱分析537

10.5 表面与薄膜的成分表征方法539

10.5.1 X射线能量色散谱和X射线波长色散谱540

10.5.2 俄歇电子能谱543

10.5.3 X射线光电子能谱545

10.5.4 二次离子质谱547

10.5.5 辉光放电光谱549

10.5.6 卢瑟福背散射技术551

参考文献554