真空科學與技術叢書

前言

真空科學技術是現(xiàn)代科學技術中應用最為廣泛的高技術之一。制備超純材料需要超高真空技術，太陽能薄膜電池及芯片制作需要清潔真空技術，航天器空間環(huán)境地面模擬設備需要大型真空容器技術。真空科學技術已滲透到人們的教學、科研、生產過程、經(jīng)濟活動以及日常生活中的方方面面，人們普遍認識到了真空科學技術的重要性。 真空科學技術是一門涉及多學科、多專業(yè)的綜合性應用技術，它吸收了眾多科學技術領域的基礎理論和最新成果，使自己不斷地進步和發(fā)展。真空科學技術的應用標志著國家科學和工業(yè)現(xiàn)代化的水平，大力發(fā)展真空科學技術是振興民族工業(yè)，實現(xiàn)國家現(xiàn)代化的基本出發(fā)點。 多年來，黨和國家政府非常重視發(fā)展真空科學技術。大學設立了真空科學技術專業(yè)，培養(yǎng)高層次真空專業(yè)人才；興辦真空企業(yè)，設計、制造真空產品；成立真空科學技術研究所開發(fā)新技術，提高真空應用水平；建立了相當規(guī)模和水平的真空教學、科研和生產體系；獨立自主地生產出各種真空產品，滿足了各行業(yè)的需求，推動了社會主義經(jīng)濟的發(fā)展。 在取得豐碩的物質成果和經(jīng)濟效益的同時，真空科技人員積累了寶貴的理論認知和實踐經(jīng)驗。在和真空科學技術摸、爬、滾、打的漫長歲月中，一大批人以畢生的精力，辛勤的勞動親身經(jīng)歷了多少次失敗的痛苦和成功的喜悅。通過深刻的思考與精心的整理換得了大量的實踐經(jīng)驗，這些付出了昂貴代價得來的知識是書本上難以學到的。經(jīng)歷了半個世紀滄桑歲月，當年風華正茂的真空科技工作者均年事已高，霜染鬢須，退居二線。唯一的希望是將自己積累的知識、技能、經(jīng)驗、教訓通過文字載體傳承給新一代的后來人，使他們能夠在前人搭建的較高平臺上工作?；谶@一考慮，在蘭州物理研究所支持下，我們聚集在一起，成立了《真空科學技術叢書》編寫委員會，由全國高等院校、科研院所及企業(yè)中長期從事真空科學技術研制工作的工程技術人員組成。編寫一套《真空科學技術叢書》，系統(tǒng)的、完整的從真空科學技術的基本理論出發(fā)，重點敘述應用技術及應用的典型例證。這套叢書分專業(yè)、分學科門類編寫，強調系統(tǒng)性、理論性和實用性，避免重復性。這套叢書的出版是我國真空科學技術工作者大力合作的成果，匯集了我國真空科學技術發(fā)展的經(jīng)驗，希望這套叢書對21世紀我國真空科學技術的進步和發(fā)展起到推動作用，為實施科教興國戰(zhàn)略做出貢獻。 這套叢書像流水一樣持續(xù)不斷，是不封閉的系列叢書，只要有相關著作就可以陸續(xù)納入這套叢書出版?！秴矔房晒┐髮Ｔ盒熒?，科學研究人員，工業(yè)、企業(yè)技術人員參考。 這套叢書成立了編寫委員會，設主編、副主編及參編人員、技術編輯等，由化學工業(yè)出版社出版發(fā)行。部分真空界企業(yè)提供了資助，作者、審稿者、編輯等付出了辛勤勞動，在此一并表示衷心感謝。 達道安 2012年03月22日

內容概要

　　本書是本著突出近代真空鍍膜技術進步，注重系統(tǒng)性、強調實用性而編著的。全書共11章，內容包涵了真空鍍膜中物理基礎，各種蒸發(fā)源與濺射靶的設計、特點、使用要求，各種真空鍍膜方法以及薄膜的測量與監(jiān)控，真空鍍膜工藝對環(huán)境的要求等。本書具有權威性、實用性和通用性。本書可作為從事真空鍍膜技術的技術人員、真空專業(yè)的本科生、研究生教材使用，亦可供鍍膜、表面改型等專業(yè)和真空行業(yè)技術人員參考。

書籍目錄

第1章真空鍍膜概論
1.1概述
1.2影響固體表面結構、形貌及其性能的因素
1.2.1原子和分子構成固體物質
1.2.2多晶體物質結構
1.2.3材料受到的各種應力負荷
1.2.4材料加工所帶來的缺陷
1.2.5基片表面涂敷硬質薄膜的必要性
1.3真空鍍膜及其工藝特點和應賦予涂層的功能
1.4薄膜的特征
1.4.1薄膜的結構特征
1.4.2金屬薄膜的電導特征
1.4.3金屬薄膜電阻溫度系數(shù)特征
1.4.4薄膜的密度特征
1.4.5薄膜的時效變化特征
1.5薄膜的應用
1.5.1電子工業(yè)用薄膜
1.5.2光學工業(yè)中應用的各種光學薄膜
1.5.3機械、化工、石油等工業(yè)中應用的硬質膜、耐蝕膜和潤滑膜
1.5.4有機分子薄膜
1.5.5民用及食品工業(yè)中的裝飾膜和包裝膜
1.6真空鍍膜的發(fā)展歷程及最新進展
參考文獻
第2章真空鍍膜技術基礎
2.1真空鍍膜物理基礎
2.1.1真空及真空狀態(tài)的表征和測量
2.1.2氣體的基本性質
2.1.3氣體的流動與流導
2.1.4氣體分子與固體表面的相互作用
2.2真空鍍膜低溫等離子體基礎
2.2.1等離子體及其分類與獲得
2.2.2低氣壓下氣體的放電
2.2.3低氣壓下氣體放電的類型
2.2.4低氣壓下冷陰極氣體輝光放電
2.2.5低氣壓非自持熱陰極弧光放電
2.2.6低氣壓自持冷陰極弧光放電
2.2.7磁控輝光放電
2.2.8空心冷陰極輝光放電
2.2.9高頻放電
2.2.10等離子體宏觀中性特征及其中性空間強度的判別
2.3薄膜的生長與膜結構
2.3.1膜的生長過程及影響膜生長的因素
2.3.2薄膜的結構及其結構缺陷
2.4薄膜的性質及其影響因素
2.4.1薄膜的力學性質及其影響因素
2.4.2薄膜的電學性質
2.4.3薄膜的光學性質及其影響膜折射率的因素
2.4.4薄膜的磁學性質
參考文獻
第3章蒸發(fā)源與濺射靶
3.1蒸發(fā)源
3.1.1蒸發(fā)源及其設計與使用中應考慮的問題
3.1.2電阻加熱式蒸發(fā)源
3.1.3電子束加熱式蒸發(fā)源
3.1.4空心熱陰極等離子體電子束蒸發(fā)源
3.1.5感應加熱式蒸發(fā)源
3.1.6激光加熱式蒸發(fā)源
3.1.7輻射加熱式蒸發(fā)源
3.1.8蒸發(fā)源材料
3.1.9蒸發(fā)源的發(fā)射特性及膜層的厚度分布
3.2濺射靶
3.2.1濺射靶的結構及其設計要求
3.2.2濺射靶材
參考文獻
第4章真空蒸發(fā)鍍膜
4.1真空蒸發(fā)鍍膜技術
4.1.1真空蒸發(fā)鍍膜原理及蒸鍍條件
4.1.2薄膜材料
4.1.3合金膜的蒸鍍
4.1.4化合物膜的蒸鍍
4.1.5影響真空蒸鍍性能的因素
4.2分子束外延技術
4.2.1分子束外延生長的基本原理與過程
4.2.2分子束外延生長的條件、制備方法與特點
4.2.3分子束外延生長參數(shù)選擇
4.2.4影響分子束外延的因素
4.2.5分子束外延裝置
4.3真空蒸發(fā)鍍膜設備
4.3.1真空蒸發(fā)鍍膜機的類型及其結構
4.3.2真空蒸發(fā)鍍膜機中的主要構件
4.4真空蒸發(fā)涂層的制備實例
4.4.1真空蒸鍍鋁涂層
4.4.2真空蒸鍍Cd(Se，S)涂層
4.4.3真空蒸鍍ZrO2涂層
4.4.4分子束外延生長金單晶涂層
參考文獻
第5章真空濺射鍍膜
5.1真空濺射鍍膜的復興與發(fā)展
5.2真空濺射鍍膜技術
5.2.1真空濺射鍍膜的機理分析及其濺射過程
5.2.2靶材粒子向基體上的遷移過程
5.2.3靶材粒子在基體上的成膜過程
5.2.4濺射薄膜的特點及濺射方式
5.2.5直流濺射鍍膜
5.2.6磁控濺射鍍膜
5.2.7射頻濺射鍍膜
5.2.8反應濺射鍍膜
5.2.9中頻濺射與脈沖濺射鍍膜
5.2.10對向靶等離子體濺射鍍膜
5.2.11偏壓濺射鍍膜
5.3真空濺射鍍膜設備
5.3.1間歇式真空濺射鍍膜機
5.3.2半連續(xù)磁控濺射鍍膜機
5.3.3大面積連續(xù)式磁控濺射鍍膜設備
參考文獻
第6章真空離子鍍膜
6.1真空離子鍍膜及其分類
6.2離子鍍膜原理及其成膜條件
6.3離子鍍膜過程中等離子體的作用及到達基體入射的粒子能量
6.4離子轟擊在離子鍍過程中產生的物理化學效應
6.5離化率與中性粒子和離子的能量及膜層表面上的活化系數(shù)
6.5.1離化率
6.5.2中性粒子所帶的能量
6.5.3離子能量
6.5.4膜層表面的能量活化系數(shù)
6.6離子鍍涂層的特點及其應用范圍
6.7離子鍍膜的參數(shù)
6.7.1鍍膜室的氣體壓力
6.7.2反應氣體的分壓
6.7.3蒸發(fā)源功率
6.7.4蒸發(fā)速率
6.7.5蒸發(fā)源和基體間的距離
6.7.6沉積速率
6.7.7基體的負偏壓
6.7.8基體溫度
6.8離子鍍膜裝置及常用的幾種鍍膜設備
6.8.1直流二極、三極及多極型離子裝置
6.8.2活性反應離子鍍裝置
6.8.3空心陰極放電離子鍍膜裝置
6.8.4射頻放電離子鍍裝置
6.8.5磁控濺射離子鍍膜裝置
6.8.6真空陰極電弧離子鍍膜裝置
6.8.7冷電弧陰極離子鍍膜裝置
6.8.8熱陰極強流電弧離子鍍裝置
參考文獻
第7章離子束沉積與離子束輔助沉積
7.1離子束沉積技術
7.1.1離子束沉積原理及特點
7.1.2直接引出式離子束沉積技術
7.1.3質量分離式離子束沉積技術
7.1.4離化團束沉積技術
7.1.5等離子體浸沒式沉積技術
7.1.6氣固兩用離子束沉積技術
7.2離子束輔助沉積技術
7.2.1離子束輔助沉積過程的機理
7.2.2離子束輔助沉積的方式及其能量選擇范圍
7.2.3離子束輔助沉積技術的特點
7.2.4離子束輔助沉積裝置
7.2.5微波電子回旋等離子體增強濺射沉積裝置
7.2.6離子源
參考文獻
第8章化學氣相沉積
8.1概述
8.2CVD技術中的各類成膜方法及特點
8.3CVD技術的成膜條件及其反應類型
8.3.1CVD反應的條件
8.3.2CVD技術的反應類型
8.4化學氣相沉積用先驅反應物質的選擇
8.5影響CVD沉積薄膜質量的因素
8.5.1沉積溫度對膜質量的影響
8.5.2反應氣體濃度及相互間的比例對膜質量的影響
8.5.3基片對膜質量的影響
8.6常壓化學氣相沉積技術與裝置
8.6.1常壓CVD技術的一般原理
8.6.2常壓的CVD裝置
8.7低壓化學氣相沉積(LPCVD)
8.7.1LPCVD的原理及特點
8.7.2LPCVD裝置的組成
8.7.3LPCVD制備涂層的實例
8.8等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)
8.8.1PECVD的成膜過程及特點
8.8.2PECVD裝置
8.8.3PECVD薄膜的工藝實例
8.9金屬有機化合物化學氣相沉積(MOCVD)
8.10光輔助化學氣相沉積(PHCVD)
參考文獻
第9章薄膜的測量與監(jiān)控
9.1概述
9.2薄膜厚度的測量
9.2.1薄膜厚度的光學測量法
9.2.2薄膜厚度的電學測量法
9.2.3薄膜厚度的機械測量法
9.3薄膜應力的測量
9.3.1基片變形法
9.3.2衍射法
9.4薄膜的附著力測量
9.4.1膠帶剝離法
9.4.2拉倒法
9.4.3拉張法
9.4.4劃痕法
9.5薄膜的硬度測量
9.5.1維氏硬度
9.5.2努氏硬度
9.6薄膜的光譜特性測量
參考文獻
第10章薄膜性能分析
10.1概述
10.2電子作用于固體表面上所產生的各種效應
10.2.1背散射電子
10.2.2二次電子
10.2.3吸收電子和透射電子
10.2.4俄歇電子
10.2.5特征X射線
10.2.6陰極熒光
10.2.7電子束感生電流
10.3離子作用于固體表面所產生的效應
10.3.1一次離子的表面散射
10.3.2反向散射離子
10.3.3正負二次電子
10.4光子作用于固體表面所產生的效應
10.4.1波長較短的X射線
10.4.2波長較長的X射線
10.5薄膜形貌觀察與結構分析
10.5.1光學顯微鏡
10.5.2掃描電子顯微鏡
10.5.3透射電子顯微鏡
10.5.4X射線衍射儀
10.5.5低能電子衍射和反射式高能電子衍射
10.5.6掃描探針顯微鏡
10.6薄膜組成分析
10.6.1俄歇電子能譜儀
10.6.2二次離子質譜分析儀
10.6.3盧瑟福背散射分析儀
10.6.4X射線光電子能譜儀
參考文獻
第11章真空鍍膜技術中的清潔處理
11.1概述
11.2真空鍍膜設備的清潔處理
11.2.1真空鍍膜設備污染物的來源及清潔處理
11.2.2真空鍍膜設備真空系統(tǒng)的清洗處理
11.3真空鍍膜設備的環(huán)境要求
11.4真空鍍膜工藝對環(huán)境的要求
11.4.1真空鍍膜工藝對環(huán)境的基本要求
11.4.2基片表面污染物來源及清潔處理
11.5鍍件表面處理的基本方法
11.6真空鍍膜常用材料的清洗方法
11.7真空鍍膜設備型號編制方法、試驗方法
11.7.1真空設備型號編制方法（JB/T 7673—1995）
11.7.2真空鍍膜設備通用技術條件（摘自GB/T 11164—99）
參考文獻

章節(jié)摘錄

版權頁：   插圖：   2.2.2.2 氣體放電過程中粒子間的碰撞及其能量的轉換 等離子體帶電粒子中的電子、離子和中性氣體中的原子和分子是并存的，它們在電場作用下，所進行的熱運動、遷移和擴散，必將引起這些粒子間頻繁的碰撞。這種碰撞如果按其粒子內能是否發(fā)生變化進行分類的話，可分為兩類：一類是粒子碰撞時，不論是哪些粒子，內能均未發(fā)生變化。這種碰撞稱為彈性碰撞；另一類則是碰撞后內能發(fā)生變化，被稱為非彈性碰撞?，F(xiàn)就這兩種碰撞的基本規(guī)律簡述如下。 （1）粒子間在等離子體中所發(fā)生的彈性碰撞有兩種情況。一是離子與氣體原子所進行的彈性碰撞。這時，離子可把它的動能的一半傳遞給中性原子，即離子的平均動能Ek＝0. 5mv2；另一種是電子與氣體原子進行碰撞時，因電子質量很小，與中性粒子（離子或分子）質量相差很大，故電子傳遞給中性原子的能量也較小，其平均能量損失只有2.7×10-4 eV左右。故碰撞后的電子仍然可以保持很高的能量，可達幾個電子伏。而分子的能量則接近于室溫時的0. 04eV。不過，應當指明的是電子雖然仍與氣體原子在彈性碰撞后能量損失較少，但是，由于電子經(jīng)過一次碰撞后的運動方向有所改變，當電子經(jīng)由陰極的運動過程中由于碰撞所走過的曲折路徑是很大的（甚至可比極間距大百倍），如果電子在leV能量加速下，氣體壓力為1mmHg的氣體中，每秒與氣體分子、原子的碰撞可達109次。可見，電子與原子雖然每一次彈性碰撞時所交換的能量很小，但是，由于碰撞頻率很大，所以，電子在每秒鐘內傳遞給氣體原子的能量是不可低估的。 （2）非彈性碰撞 當粒子間發(fā)生非彈性碰撞時，根據(jù)其碰撞粒子內能的變化特點，可分為第一類非彈性碰撞與第二類非彈性碰撞兩種情況。 ①第一類非彈性碰撞，是屬于入射粒子的動能變成目標粒子（被碰撞粒子）的內能，使目標粒子的內能增加的一種碰撞過程。這時，碰撞系統(tǒng)的總能量減少，離子最多把其能量的一半傳遞給中性原子。如果是電子與氣體原子發(fā)生第一類非彈性碰撞，這時，則電子幾乎會把它的所有能量都傳遞給中性原子。

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