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第1章 真空镀膜概论1

1.1概述1

1.2影响固体表面结构、形貌及其性能的因素2

1.2.1原子和分子构成固体物质2

1.2.2多晶体物质结构2

1.2.3材料受到的各种应力负荷2

1. 2.4材料加工所带来的缺陷2

1.2.5基片表面涂敷硬质薄膜的必要性2

1.3真空镀膜及其工艺特点和应赋予涂层的功能3

1.4薄膜的特征3

1. 4. 1薄膜的结构特征4

1.4.2金属薄膜的电导特征4

1.4.3金属薄膜电阻温度系数特征4

1.4.4薄膜的密度特征4

1.4.5薄膜的时效变化特征5

1.5薄膜的应用5

1.5.1电子工业用薄膜5

1. 5. 2光学工业中应用的各种光学薄膜6

1.5.3机械、化工、石油等工业中应用的硬质膜、耐蚀膜和润滑膜6

1. 5. 4有机分子薄膜6

1.5.5民用及食品工业中的装饰膜和包装膜6

1.6真空镀膜的发展历程及最新进展6

参考文献7

第2章 真空镀膜技术基础8

2.1真空镀膜物理基础8

2.1.1真空及真空状态的表征和测量8

2.1.2气体的基本性质9

2. 1. 3气体的流动与流导13

2. 1.4气体分子与固体表面的相互作用15

2.2真空镀膜低温等离子体基础18

2.2. 1等离子体及其分类与获得19

2.2.2低气压下气体的放电19

2.2.3低气压下气体放电的类型28

2.2.4低气压下冷阴极气体辉光放电28

2.2.5低气压非自持热阴极弧光放电36

2.2. 6低气压自持冷阴极弧光放电37

2. 2. 7磁控辉光放电38

2.2. 8空心冷阴极辉光放电40

2. 2. 9高频放电41

2.2. 10等离子体宏观中性特征及其中性空间强度的判别42

2.3薄膜的生长与膜结构44

2. 3. 1膜的生长过程及影响膜生长的因素44

2. 3. 2薄膜的结构及其结构缺陷47

2.4薄膜的性质及其影响因素51

2.4. 1薄膜的力学性质及其影响因素51

2. 4. 2薄膜的电学性质54

2.4.3薄膜的光学性质及其影响膜折射率的因素55

2.4.4薄膜的磁学性质55

参考文献56

第3章 蒸发源与溅射靶57

3.1蒸发源57

3.1.1蒸发源及其设计与使用中应考虑的问题57

3.1.2电阻加热式蒸发源57

3. 1. 3电子束加热式蒸发源62

3. 1.4空心热阴极等离子体电子束蒸发源71

3.1.5感应加热式蒸发源74

3.1.6激光加热式蒸发源76

3.1.7辐射加热式蒸发源77

3. 1. 8蒸发源材料77

3.1.9蒸发源的发射特性及膜层的厚度分布80

3.2溅射靶86

3.2. 1溅射靶的结构及其设计要求86

3. 2.2溅射靶材87

参考文献89

第4章 真空蒸发镀膜90

4.1真空蒸发镀膜技术90

4.1.1真空蒸发镀膜原理及蒸镀条件90

4.1. 2薄膜材料95

4.1.3合金膜的蒸镀102

4.1.4化合物膜的蒸镀103

4.1.5影响真空蒸镀性能的因素105

4.2分子束外延技术105

4.2.1分子束外延生长的基本原理与过程105

4.2.2分子束外延生长的条件、制备方法与特点106

4.2.3分子束外延生长参数选择106

4.2.4影响分子束外延的因素106

4. 2. 5分子束外延装置109

4.3真空蒸发镀膜设备111

4.3. 1真空蒸发镀膜机的类型及其结构111

4.3.2真空蒸发镀膜机中的主要构件125

4.4真空蒸发涂层的制备实例130

4.4. 1真空蒸镀铝涂层130

4.4.2真空蒸镀Cd （Se， S）涂层131

4.4.3真空蒸镀ZrO2涂层133

4.4.4分子束外延生长金单晶涂层134

参考文献136

第5章 真空溅射镀膜137

5.1真空溅射镀膜的复兴与发展137

5.2真空溅射镀膜技术137

5. 2. 1真空溅射镀膜的机理分析及其溅射过程137

5.2.2靶材粒子向基体上的迁移过程142

5.2.3靶材粒子在基体上的成膜过程143

5.2.4溅射薄膜的特点及溅射方式144

5.2.5直流溅射镀膜147

5.2. 6磁控溅射镀膜150

5.2. 7射频溅射镀膜166

5.2.8反应溅射镀膜169

5. 2. 9中频溅射与脉冲溅射镀膜170

5.2. 10对向靶等离子体溅射镀膜176

5. 2. 11偏压溅射镀膜177

5.3真空溅射镀膜设备177

5.3.1间歇式真空溅射镀膜机177

5. 3.2半连续磁控溅射镀膜机178

5.3.3大面积连续式磁控溅射镀膜设备180

参考文献195

第6章 真空离子镀膜196

6.1真空离子镀膜及其分类196

6.2离子镀膜原理及其成膜条件197

6.3离子镀膜过程中等离子体的作用及到达基体入射的粒子能量198

6.4离子轰击在离子镀过程中产生的物理化学效应198

6.5离化率与中性粒子和离子的能量及膜层表面上的活化系数200

6. 5. 1离化率200

6. 5. 2中性粒子所带的能量200

6. 5. 3离子能量200

6. 5.4膜层表面的能量活化系数201

6.6离子镀涂层的特点及其应用范围202

6.7离子镀膜的参数204

6. 7. 1镀膜室的气体压力204

6. 7.2反应气体的分压204

6. 7. 3蒸发源功率204

6. 7. 4蒸发速率205

6.7.5蒸发源和基体间的距离205

6. 7. 6沉积速率206

6.7.7基体的负偏压206

6. 7. 8基体温度206

6.8离子镀膜装置及常用的几种镀膜设备207

6.8.1直流二极、三极及多极型离子装置207

6.8. 2活性反应离子镀装置208

6.8.3空心阴极放电离子镀膜装置210

6.8.4射频放电离子镀装置212

6.8.5磁控溅射离子镀膜装置213

6.8.6真空阴极电弧离子镀膜装置215

6.8. 7冷电弧阴极离子镀膜装置222

6.8.8热阴极强流电弧离子镀装置224

参考文献225

第7章 离子束沉积与离子束辅助沉积226

7.1离子束沉积技术226

7.1.1离子束沉积原理及特点226

7.1.2直接引出式离子束沉积技术227

7.1.3质量分离式离子束沉积技术227

7. 1.4离化团束沉积技术228

7.1.5等离子体浸没式沉积技术229

7.1.6气固两用离子束沉积技术229

7.2离子束辅助沉积技术230

7.2.1离子束辅助沉积过程的机理230

7.2.2离子束辅助沉积的方式及其能量选择范围231

7.2.3离子束辅助沉积技术的特点231

7.2.4离子束辅助沉积装置232

7. 2. 5微波电子回旋等离子体增强溅射沉积装置236

7. 2. 6离子源236

参考文献239

第8章 化学气相沉积240

8. 1概述240

8. 2 CVD技术中的各类成膜方法及特点240

8. 3 CVD技术的成膜条件及其反应类型241

8.3. 1 CVD反应的条件241

8. 3. 2 CVD技术的反应类型241

8.4化学气相沉积用先驱反应物质的选择243

8.5影响CVD沉积薄膜质量的因素244

8.5.1沉积温度对膜质量的影响244

8. 5. 2反应气体浓度及相互间的比例对膜质量的影响245

8.5. 3基片对膜质量的影响245

8.6常压化学气相沉积技术与装置246

8.6.1常压CVD技术的一般原理246

8. 6.2常压的CVD装置247

8.7低压化学气相沉积（LPCVD）248

8. 7. 1 LPCVD的原理及特点248

8. 7. 2 LPCVD装置的组成249

8. 7. 3 LPCVD制备涂层的实例249

8.8等离子体增强化学气相沉积（PECVD）250

8. 8. 1 PECVD的成膜过程及特点250

8. 8. 2 PECVD装置252

8. 8. 3 PECVD薄膜的工艺实例254

8.9金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）256

8.10光辅助化学气相沉积（PHCVD）257

参考文献258

第9章 薄膜的测量与监控259

9.1概述259

9.2薄膜厚度的测量259

9.2.1薄膜厚度的光学测量法260

9.2.2薄膜厚度的电学测量法265

9.2. 3薄膜厚度的机械测量法270

9.3薄膜应力的测量271

9.3.1基片变形法271

9.3.2衍射法272

9.4薄膜的附着力测量273

9.4. 1胶带剥离法273

9. 4. 2拉倒法273

9. 4. 3拉张法274

9. 4. 4划痕法274

9.5薄膜的硬度测量275

9. 5. 1维氏硬度276

9.5.2努氏硬度276

9.6薄膜的光谱特性测量277

参考文献278

第10章 薄膜性能分析279

10. 1概述279

10.2电子作用于固体表面上所产生的各种效应280

10. 2. 1背散射电子280

10. 2. 2二次电子281

10. 2. 3吸收电子和透射电子281

10. 2. 4俄歇电子281

10. 2. 5特征X射线282

10. 2. 6阴极荧光282

10. 2. 7电子束感生电流282

10.3离子作用于固体表面所产生的效应283

10.3. 1一次离子的表面散射283

10. 3.2反向散射离子283

10. 3. 3正负二次电子283

10.4光子作用于固体表面所产生的效应283

10.4. 1波长较短的X射线283

10.4.2波长较长的X射线284

10.5薄膜形貌观察与结构分析284

10.5. 1光学显微镜284

10.5.2扫描电子显微镜284

10. 5.3透射电子显微镜286

10. 5. 4 X射线衍射仪287

10. 5. 5低能电子衍射和反射式高能电子衍射288

10. 5. 6扫描探针显微镜290

10.6薄膜组成分析291

10.6. 1俄歇电子能谱仪291

10.6.2二次离子质谱分析仪293

10.6.3卢瑟福背散射分析仪294

10. 6. 4 X射线光电子能谱仪295

参考文献297

第11章 真空镀膜技术中的清洁处理298

11. 1概述298

11.2真空镀膜设备的清洁处理298

11. 2. 1真空镀膜设备污染物的来源及清洁处理298

11. 2. 2真空镀膜设备真空系统的清洗处理299

11.3真空镀膜设备的环境要求300

11.4真空镀膜工艺对环境的要求301

11.4. 1真空镀膜工艺对环境的基本要求301

11. 4. 2基片表面污染物来源及清洁处理301

11.5镀件表面处理的基本方法303

11.6真空镀膜常用材料的清洗方法306

11.7真空镀膜设备型号编制方法、试验方法308

11. 7. 1真空设备型号编制方法（JB/T 7673—1995）308

11. 7. 2真空镀膜设备通用技术条件（摘自GB/T 11164—99）309

参考文献310