薄膜制备技术基础(原著第4版)

第十二章薄膜制备技术第一节薄膜材料基础一、定义：由离子、原子或分子沉积过程形成的二维材料可以理解为采用一定方法使处于某种状态的一种或几种物质（原材料）的基团以物理或化学的方式附着于另一种物质（衬底材料）表面并在其表面形成一层新的薄层物质。

二、特征：1．具有二维延展性，其厚度方向的尺寸远小于其它方向的尺寸。

2．不管能否形成自持（自支撑）的薄膜，必须有衬底材料，即只有在衬底材料表面才能获得薄膜。

3．可以气态、液态、固体三形态存在于衬底表面上，其中固体薄膜又分为晶态与非晶态两种。

晶态膜又可分为单晶与多晶膜。

从化学角度又可分为有机膜与无机膜等。

4．薄膜厚度尺寸很小，小于几十纳米，通常在1um左右，显示明显的尺寸效应，表面出现块体材料不具备的力、声、热、电、光等物理性质。

三、制备方法：主要有气相成膜、液相成膜。

或分类为物理成膜、化学成膜及物理与化学方法复合的制膜技术。

制备中应考虑的主要问题：1. 制备方法的选择与技术的提高。

2. 工艺流程的优化及平面工艺的兼容性。

3. 降低制备成本与提高薄膜器件性能间平衡。

4. 制备过程的安全性及对环境影响等。

第二节物理成膜一、定义：利用蒸发、溅射沉积或复合的技术，不涉及到化学反应而完成薄膜生长过程的技术。

二、分类：真空蒸发镀膜、溅射镀膜、脉冲激光沉积、离子成膜、分子束外延。

三、真空蒸发镀膜。

一）定义：真空室内加热的固体材料被蒸发汽化或升华后，凝结沉积到一定温度的衬底材料表面。

形成薄膜经历三个过程：1、通过一定加热方式使被蒸发材料受热蒸发或升华，由固态或液态变成气态。

2、气态原子或分子在真空状态及一定蒸气压条件下由蒸发源输运到衬底。

3、通过粒子对衬底表面的碰撞，衬底表面对粒子的吸附以及在表面的迁移完成成核与生长过程。

是一个以能量转换为主的过程。

二）常见加热方式有：1、对于单质材料有电阻加热、电子束加热、高频感应加热、电弧加热和激光加热；1）电阻加热作为电阻的蒸发源，通过电流受热后蒸发成膜。

金刚石膜的应用以及制备方法——————微波等离子体ＣＶD制备金刚石膜前言:随着对金刚石的深入研究以及广泛应用，对硬质碳素材料有了进一步探索和需求，因此渴望找到一种可以代替金刚石的的材料。

自从1971年Aisｅnberｇ和Chaｂｏt第一次利用碳的离子束沉积技术制备出具有金刚石特征的非晶碳膜以后，全球范围内掀起了制备类金刚石薄膜的浪潮。

金刚石膜具有高硬度、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、高绝缘、高稳定性、宽能隙和载流子高迁移率等优异性质和这些优异特性的组合，是一种在传统工业、军事、航天航空和高科技领域具有广泛应用前景的新材料，被称为是继石器时代、青铜器时代、钢铁时代、硅时代以来的第五代新材料，亦被称为是继塑料发明以来在材料科学领域的最伟大的发明。

微波等离子体化学气相沉积金刚石膜（简称：ＣＶD金刚石膜），具有沉积速度快、纯度高、成膜均匀、面积大、结晶好、成本低等优点，是当今国际上制备金刚石膜的最先进方法,亦是金刚石膜制备技术的发展方向。

世界上各大金刚石膜制品公司皆主要采用微波等离子体化学气相法制备金刚石膜。

一、金刚石膜在当代社会中的重要作用。

(1）金刚石膜刀具应用金刚石膜硬度高、热导率高、摩擦系数低、生物相容性好以及这些优异性能的组合,可制成金刚石膜的切削刀具、机芯、密封件、人工关节等。

使用金刚石膜工具不仅可以极大提高工具的使用寿命与工效，还可以极大提高加工精度。

更重要的是解决了超硬合金、陶瓷材料、碳纤维、玻璃纤维等超难加工材料的切削加工难题，为高、新、精、尖技术和工艺的发展奠定了基础。

（２）金刚石膜光学应用使用微波等离子体化学气相法沉积金刚石膜于镜头、钟表、仪表等表面，可制造真正的永不磨损镜头和钟表等,并极大提高光学镜头的适用范围和成像质量,适应各种恶劣的环境。

美国哈勃望远镜的镜头使用了表面沉积金刚石薄膜技术，以适应外太空的恶劣环境和提高成像质量。

(３）金刚石膜航天应用金刚石膜具有良好的抗辐照性能，以金刚石膜为基底的电子器件在高空电离辐射、热辐射和宇宙射线的作用下仍能保持良好的工作性能，在航天器中具有重要的应用。

薄膜制备技术基础（原著第4版）作者：[日]麻蒔立男出版社：化学工业出版出版日期：2009年5月开本：16开册数：1册光盘数：0定价：39.8元优惠价：36元进入20世纪，书籍已成为传播知识、科学技术和保存文化的主要工具。

随着科学技术日新月异地发展，传播知识信息手段，除了书籍、报刊外，其他工具也逐渐产生和发展起来。

但书籍的作用，是其他传播工具或手段所不能代替的。

在当代, 无论是中国，还是其他国家，书籍仍然是促进社会政治、经济、文化发展必不可少的重要传播工具。

详细介绍：第1章薄膜技术11生物计算(bio computing)和薄膜技术12医用微型机械13人工脑的实现（μElectronics）14大型显示的实现15原子操控16薄膜技术概略参考文献第2章真空的基础21真空的定义22真空的单位23气体的性质231平均速率Va232分子直径δ233平均自由程L234碰撞频率Z24气体的流动和流导241孔的流导242长管的流导（L/a≥100）243短管的流导244流导的合成25蒸发速率参考文献第3章真空泵和真空测量31真空泵311油封式旋片机械泵312油扩散泵313吸附泵314溅射离子泵315升华泵316冷凝泵317涡轮泵（分子泵）和复合涡轮泵318干式机械泵32真空测量仪器——全压计321热导型真空计322电离真空计——电离规323磁控管真空计324盖斯勒（Geissler）规管325隔膜真空计326石英晶振真空计327组合式真空规328真空计的安装方法33真空测量仪器——分压计331磁偏转型质谱仪332四极质谱仪333有机物质质量分析IAMS法参考文献第4章真空系统41抽气的原理42材料的放气43抽气时间的推算44用于制备薄膜的真空系统441残留气体442用于制备薄膜的真空系统45真空检漏451检漏方法452检漏应用实例参考文献第5章薄膜基础51气体与固体511化学吸附和物理吸附512吸附几率和吸附（弛豫）时间52薄膜的生长521核生长522单层生长53外延基板晶体和生长晶体之间的晶向关系531外延生长的温度532基板晶体的解理533真空度的影响534残留气体的影响535蒸发速率的影响536基板表面的缺陷——电子束照射的影响537电场的影响538离子的影响539膜厚的影响5310晶格失配54非晶膜层541一般材料的非晶化（非薄膜）542非晶的定义543非晶薄膜544非晶Si膜的多晶化55薄膜的基本性质551电导552电阻率的温度系数（TCR）553薄膜的密度554时效变化555电解质膜56薄膜的内部应力57电致徙动本章小结参考文献第6章薄膜的制备方法61绪论62源和膜的组分——如何获得希望的膜的组分621蒸发和离子镀622溅射法63附着强度631前处理632蒸发时的条件633蒸发法和溅射法的比较(基板不加热情况）634蒸发、离子淀积、溅射的比较（加热、离子轰击等都进行情况）64台阶覆盖率、绕进率、底部覆盖率——具有陡峭台阶的凹凸表面的薄膜制备65高速热处理装置（Rapid Thermal Annealing，RTA）66等离子体及其在膜质的改善、新技术的开发方面的应用661等离子体662等离子体的产生方法663基本形式和主要用途67基板传送机构68针孔和净化房参考文献第7章基板71玻璃基板及其制造方法72日常生活中的单晶制造及溶液中的晶体生长73单晶提拉法——熔融液体中的晶体生长731坩埚中冷却法732区熔法（Zone Melting，Flot Zone,FZ法）733旋转提拉法（切克劳斯基Czochralski, CZ法）74气相生长法741闭管中的气相生长法742其他气相生长法75石英玻璃基板76柔性基板（Flexible）参考文献第8章蒸镀法81蒸发源811电阻加热蒸发源812热阴极电子束蒸镀源813中空阴极放电（HCD）的电子束蒸发源82蒸发源的物质蒸气分布特性和基板的安置83实际装置84蒸镀时的真空度85蒸镀实例851透明导电膜In2O3SnO2系列852分子束外延（MBE）853合金的蒸镀——闪蒸86离子镀861离子镀的方式862对薄膜的影响87离子束辅助蒸镀88离子渗，离子束表面改性法89激光烧蚀法（PLA）810有机电致发光，有机(粉体)材料的蒸镀参考文献第9章溅射91溅射现象911离子的能量和溅射率，出射角分布912溅射率913溅射原子的能量92溅射方式921磁控溅射922ECR溅射923射频溅射93大电极磁控溅射94“0”气压溅射的期待——超微细深孔的嵌埋941准直溅射942长距离溅射943高真空溅射944自溅射945离子化溅射9 5 溅射的实例951钽（Ta）的溅射952Al及其合金的溅射（超高真空溅射）953氧化物的溅射：超导电薄膜和ITO透明导电薄膜954磁性膜的溅射955光学膜的溅射（RAS法）参考文献第10章气相沉积CVD和热氧化氮化101热氧化1011处理方式1012热氧化装置1013其他氧化装置102热CVD1021主要的生成反应1022热CVD的特征1023热CVD装置1024反应炉1025常压CVD（Normal Pressure CVD, NPCVD）1026减压CVD（Low Pressure CVD, LPCVD）103等离子体增强CVD （Plasma Enhanced CVD, PCVD）1031等离子体和生成反应1032装置的基本结构和反应室的电极构造104光CVD（Photo CVD）10 5 MOCVD（Metalorganic CVD）106金属CVD1061钨CVD1062Al CVD1063Cu CVD1064金属阻挡层（TiN CVD）107半球状颗粒多晶硅CVD（HSG CVD）108高介电常数薄膜的CVD109低介电常数薄膜1010高清晰电视机的难关，低温多晶硅膜（Cat CVD）1011游离基喷淋CVD（Radical Shower CVD，RS CVD）参考文献第11章刻蚀111湿法刻蚀112等离子体刻蚀，激发气体刻蚀（圆筒型刻蚀）1121原理1122装置1123配套工艺113反应离子刻蚀、溅射刻蚀（平行平板型，ECR型，磁控型刻蚀）1131原理和特征1132装置1133配套工艺1134Cu和低介电材料（low K）的刻蚀114大型基板的刻蚀115反应离子束刻蚀，溅射离子束刻蚀（离子束型刻蚀）1151极细离子束设备（聚焦离子束：Focused Ion Beam, FIB）116微机械加工117刻蚀用等离子体源的开发1171等离子体源1172高密度等离子体（HDP）刻蚀参考文献第12章精密电镀121电镀122电镀膜的生长123用于制作电子元器件方面的若干方法124用于高技术的铜电镀125实用的电镀装置示例参考文献第13章平坦化技术131平坦化技术的必要性132平坦化技术概要133平坦薄膜生长1331选择性生长1332利用回填技术的孔内嵌埋（溅射）1333利用氧化物嵌埋技术的平坦化134薄膜生长过程中凹凸发生的防止1341偏压溅射法1342剥离法135薄膜生长后的平坦化加工1351涂覆1352激光平坦化1353回填法1354回蚀法1355阳极氧化和离子注入136嵌埋技术示例137化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing, CMP）技术138嵌刻法139平坦化新技术展望1391使用超临界流体的超微细孔的嵌埋技术1392用STP（Spin Coating Film Transfer and Pressing）法的嵌埋技术1310高密度微细连接参考文献薄膜制备技术基础（原著第4版）薄膜制备技术基础（原著第4版）薄膜制备技术基础（原著第4版）第1章薄膜技术11生物计算(bio computing)和薄膜技术12医用微型机械13人工脑的实现（μElectronics）14大型显示的实现15原子操控16薄膜技术概略参考文献第2章真空的基础21真空的定义22真空的单位23气体的性质231平均速率Va232分子直径δ233平均自由程L234碰撞频率Z24气体的流动和流导241孔的流导242长管的流导（L/a≥100）243短管的流导244流导的合成25蒸发速率参考文献第3章真空泵和真空测量31真空泵311油封式旋片机械泵312油扩散泵313吸附泵314溅射离子泵315升华泵316冷凝泵317涡轮泵（分子泵）和复合涡轮泵318干式机械泵32真空测量仪器——全压计321热导型真空计322电离真空计——电离规323磁控管真空计324盖斯勒（Geissler）规管325隔膜真空计326石英晶振真空计327组合式真空规328真空计的安装方法33真空测量仪器——分压计331磁偏转型质谱仪332四极质谱仪333有机物质质量分析IAMS法参考文献第4章真空系统41抽气的原理42材料的放气43抽气时间的推算44用于制备薄膜的真空系统441残留气体442用于制备薄膜的真空系统45真空检漏451检漏方法452检漏应用实例参考文献第5章薄膜基础51气体与固体511化学吸附和物理吸附512吸附几率和吸附（弛豫）时间52薄膜的生长521核生长522单层生长53外延基板晶体和生长晶体之间的晶向关系531外延生长的温度532基板晶体的解理533真空度的影响534残留气体的影响535蒸发速率的影响536基板表面的缺陷——电子束照射的影响537电场的影响538离子的影响539膜厚的影响5310晶格失配54非晶膜层541一般材料的非晶化（非薄膜）542非晶的定义543非晶薄膜544非晶Si膜的多晶化55薄膜的基本性质551电导552电阻率的温度系数（TCR）553薄膜的密度554时效变化555电解质膜56薄膜的内部应力57电致徙动本章小结参考文献第6章薄膜的制备方法61绪论62源和膜的组分——如何获得希望的膜的组分621蒸发和离子镀622溅射法63附着强度631前处理632蒸发时的条件633蒸发法和溅射法的比较(基板不加热情况）634蒸发、离子淀积、溅射的比较（加热、离子轰击等都进行情况）64台阶覆盖率、绕进率、底部覆盖率——具有陡峭台阶的凹凸表面的薄膜制备65高速热处理装置（Rapid Thermal Annealing，RTA）66等离子体及其在膜质的改善、新技术的开发方面的应用661等离子体662等离子体的产生方法663基本形式和主要用途67基板传送机构68针孔和净化房参考文献第7章基板71玻璃基板及其制造方法72日常生活中的单晶制造及溶液中的晶体生长73单晶提拉法——熔融液体中的晶体生长731坩埚中冷却法732区熔法（Zone Melting，Flot Zone,FZ法）733旋转提拉法（切克劳斯基Czochralski, CZ法）74气相生长法741闭管中的气相生长法742其他气相生长法75石英玻璃基板76柔性基板（Flexible）参考文献第8章蒸镀法81蒸发源811电阻加热蒸发源812热阴极电子束蒸镀源813中空阴极放电（HCD）的电子束蒸发源82蒸发源的物质蒸气分布特性和基板的安置83实际装置84蒸镀时的真空度85蒸镀实例851透明导电膜In2O3SnO2系列852分子束外延（MBE）853合金的蒸镀——闪蒸86离子镀861离子镀的方式862对薄膜的影响87离子束辅助蒸镀88离子渗，离子束表面改性法89激光烧蚀法（PLA）810有机电致发光，有机(粉体)材料的蒸镀参考文献第9章溅射91溅射现象911离子的能量和溅射率，出射角分布912溅射率913溅射原子的能量92溅射方式921磁控溅射922ECR溅射923射频溅射93大电极磁控溅射94“0”气压溅射的期待——超微细深孔的嵌埋941准直溅射942长距离溅射943高真空溅射944自溅射945离子化溅射9 5 溅射的实例951钽（Ta）的溅射952Al及其合金的溅射（超高真空溅射）953氧化物的溅射：超导电薄膜和ITO透明导电薄膜954磁性膜的溅射955光学膜的溅射（RAS法）参考文献第10章气相沉积CVD和热氧化氮化101热氧化1011处理方式1012热氧化装置1013其他氧化装置102热CVD1021主要的生成反应1022热CVD的特征1023热CVD装置1024反应炉1025常压CVD（Normal Pressure CVD, NPCVD）1026减压CVD（Low Pressure CVD, LPCVD）103等离子体增强CVD （Plasma Enhanced CVD, PCVD）1031等离子体和生成反应1032装置的基本结构和反应室的电极构造104光CVD（Photo CVD）10 5 MOCVD（Metalorganic CVD）106金属CVD1061钨CVD1062Al CVD1063Cu CVD1064金属阻挡层（TiN CVD）107半球状颗粒多晶硅CVD（HSG CVD）108高介电常数薄膜的CVD109低介电常数薄膜1010高清晰电视机的难关，低温多晶硅膜（Cat CVD）1011游离基喷淋CVD（Radical Shower CVD，RS CVD）参考文献第11章刻蚀111湿法刻蚀112等离子体刻蚀，激发气体刻蚀（圆筒型刻蚀）1121原理1122装置1123配套工艺113反应离子刻蚀、溅射刻蚀（平行平板型，ECR型，磁控型刻蚀）1131原理和特征1132装置1133配套工艺1134Cu和低介电材料（low K）的刻蚀114大型基板的刻蚀115反应离子束刻蚀，溅射离子束刻蚀（离子束型刻蚀）1151极细离子束设备（聚焦离子束：Focused Ion Beam, FIB）116微机械加工117刻蚀用等离子体源的开发1171等离子体源1172高密度等离子体（HDP）刻蚀参考文献第12章精密电镀121电镀122电镀膜的生长123用于制作电子元器件方面的若干方法124用于高技术的铜电镀125实用的电镀装置示例参考文献第13章平坦化技术131平坦化技术的必要性132平坦化技术概要133平坦薄膜生长1331选择性生长1332利用回填技术的孔内嵌埋（溅射）1333利用氧化物嵌埋技术的平坦化134薄膜生长过程中凹凸发生的防止1341偏压溅射法1342剥离法135薄膜生长后的平坦化加工1351涂覆1352激光平坦化1353回填法1354回蚀法1355阳极氧化和离子注入136嵌埋技术示例137化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing, CMP）技术138嵌刻法139平坦化新技术展望1391使用超临界流体的超微细孔的嵌埋技术1392用STP（Spin Coating Film Transfer and Pressing）法的嵌埋技术1310高密度微细连接参考文献作者：[日]麻蒔立男出版社：化学工业出版出版日期：2009年5月开本：16开册数：1册光盘数：0定价：39.8元优惠价：36元本店订购简单方便，可以选择货到付款、汇款发货、当地自取等方式全国货到付款，满200元免运费,更多请登陆文成图书。