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| 內容簡介： |
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《薄膜材料科学与技术》是高等学校材料类专业教学指导委员会规划教材，全面地介绍了薄膜材料的基本概念、薄膜制备技术、薄膜生长机理、薄膜加工技术以及薄膜分析技术。在简要地阐述薄膜材料基本特点的基础上，首先介绍了与薄膜表征和分析密切相关的真空技术和等离子体技术；详细阐述了薄膜材料的制备方法，包括薄膜制备的液相方法、薄膜物理气相沉积技术、薄膜的热氧化与化学气相沉积技术、薄膜旋涂和喷涂技术，涉及各种制备方法的基本原理、制备设备和制备工艺；分析了气相沉积薄膜材料的生长机制、薄膜的生长过程及其影响因素，介绍了薄膜的外延生长技术；随后进一步介绍了薄膜的微细加工技术，特别是薄膜刻蚀技术；最后，系统阐述了薄膜的表征和分析方法，包括薄膜的厚度控制与测量、成分表征、结构表征、原子化学键表征、表面形貌与微观组织分析以及薄膜材料性能分析。本书不仅具有一定的理论参考价值，也具有较为广泛的应用参考价值，既可作为高等院校材料类及相关专业的本科生、研究生教学用书，也可作为薄膜材料专业科技人员的参考书。
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| 關於作者： |
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刘仲武 华南理工大学教授、博士生（硕士生）导师，新世纪优秀人才（2011），先进金属与电磁材料研究团队负责人。主要从事磁性材料、纳米材料与先进金属材料研究。目前是国际期刊J Surf Interf Mater编委、Material Science and Engineering with Advanced Research编委、《材料科学》编委，广东省稀土材料标准化技术委员会和家电技术委员会委员、中国材料学会和中国电子学会高*级会员；广东省青年科学家协会理事；广东省材料研究学会理事；捷克、马来西亚等多个国家境外评审专家； ISAM会议国际咨询委员会委员。在Adv Mater、JACS、Appl Phys Lett、Acta Mater、Mater Design、J Appl Phys等国际和国内学术刊物上发表论文320多篇，SCI论文220多篇，申请和授权专利40多项。1998和1999年两次获中国航空工业总公司科技进步二等奖。2005年获英国Daniel Doncastor Prize；2006年入选华南理工大学”兴华人才”工程”百人计划”2008年入选广东省”千百十工程”学术骨干；2011年入选”新世纪优秀人才”2016年获佛山市科技进步二等奖；2017年获广东省科技进步三等奖。
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| 目錄：
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第一章绪论
第一节薄膜的定义 2
第二节薄膜的特点与结构 3
一、薄膜材料的表面效应 3
二、薄膜材料的纳米效应 4
三、薄膜材料的应力 5
四、薄膜的结构 6
五、薄膜中的缺陷 8
六、薄膜的异常结构、非理想化学计量比和伪合金 10
第三节薄膜制备方法 10
第四节薄膜材料的应用 12
本章小结 13
思考题 14
参考文献 14
第二章薄膜制备技术基础
第一节真空的基本概念 15
一、真空的描述 15
二、气体的吸附与脱附 16
第二节抽真空与真空泵 18
一、真空泵的分类与选择 18
二、真空泵的基本参数 20
三、真空泵的类型 20
第三节气体分子的运动和气体的流动 28
一、气体分子的平均自由程 28
二、气体与表面的碰撞 29
三、气体的流动状态 31
四、抽气和抽气方程 32
第四节真空的测量 33
一、真空计的分类 34
二、热传导真空计 35
三、电离真空计 37
第五节等离子体技术基础 38
一、等离子体基本概念 38
二、等离子体的基本参量 39
三、等离子体的分类 42
四、等离子体的产生 43
五、等离子体的应用 47
第六节薄膜液相沉积基础 48
一、液相法制备薄膜材料 48
二、相变过程热力学 49
三、晶核形成条件 50
四、相变过程动力学 51
本章小结 53
思考题 54
参考文献 54
第三章薄膜制备的液相方法
第一节电镀 55
一、电镀的基本原理 55
二、电镀的工艺参数 56
三、电镀制备薄膜的应用 57
第二节化学镀 58
一、化学镀的基本原理 58
二、化学镀的工艺参数 62
三、化学镀制备薄膜的应用 64
第三节阳极氧化 64
一、阳极氧化的基本原理 64
二、阳极氧化的工艺参数 66
三、阳极氧化制备薄膜的应用 67
第四节电泳 68
一、电泳的基本原理 68
二、电泳的工艺参数 69
三、电泳制备薄膜的应用 70
第五节溶胶凝胶法 71
一、溶胶凝胶法的基本过程 71
二、溶胶凝胶法的基本原理 72
三、溶胶凝胶法的工艺参数 73
四、溶胶凝胶法制备薄膜的应用 75
第六节喷雾热解法 75
一、喷雾热解法的基本过程 75
二、喷雾热解法的基本原理 76
三、喷雾热解法的工艺参数 78
四、喷雾热解法制备薄膜的应用 79
本章小结 80
思考题 81
参考文献 81
第四章薄膜物理气相沉积技术
第一节物理气相沉积简介 83
一、物理气相沉积的基本过程与分类 83
二、物理气相沉积的特点 84
三、物理气相沉积技术的应用 84
第二节真空蒸发沉积技术 85
一、真空蒸发沉积的物理原理 85
二、不同的真空蒸发沉积技术 91
第三节溅射沉积技术 97
一、溅射沉积基本原理 98
二、不同的溅射沉积技术 103
三、蒸发沉积和溅射沉积方法的比较 111
第四节离子束辅助物理气相沉积技术 111
一、离子束溅射 112
二、离子束沉积 112
三、离子镀 113
四、阴极电弧等离子体沉积 120
五、离子束辅助沉积 121
本章小结 125
思考题 126
参考文献 126
第五章薄膜的热氧化与化学气相沉积技术
第一节热氧化生长 128
一、热氧化生长制备SiO2薄膜 128
二、热氧化生长制备Bi2O3薄膜 130
三、热氧化生长制备氧化物纳米结构 130
第二节化学气相沉积技术基础 131
一、化学气相沉积基本要求 131
二、化学气相沉积基本过程 132
三、物质源 133
四、化学气相沉积反应类型 134
五、化学气相沉积装置 137
六、化学气相沉积膜层质量的主要影响因素 139
七、化学气相沉积的特点与应用 141
第三节常见的化学气相沉积技术 142
一、化学气相沉积技术分类 143
二、以反应室压力分类的化学气相沉积技术 144
三、以反应温度分类的化学气相沉积技术 147
四、以激活方式分类的化学气相沉积技术 150
五、金属有机化合物化学气相沉积技术 160
本章小结 162
思考题 162
参考文献 163
第六章薄膜旋涂和喷涂技术
第一节旋涂技术 164
一、旋涂的基本过程 164
二、旋涂的理论模型 165
三、旋涂的分类 168
四、旋涂技术的应用 169
第二节热喷涂技术 169
一、热喷涂的基本过程 170
二、热喷涂材料 172
三、热喷涂的分类 177
四、热喷涂技术的应用 187
第三节冷喷涂技术 189
一、 冷喷涂的基本过程 190
二、冷喷涂的理论模型 190
三、冷喷涂的工艺参数 191
四、冷喷涂的分类 193
五、冷喷涂技术的应用 194
本章小结 196
思考题 196
参考文献 197
第七章气相沉积薄膜生长机制
第一节凝聚 199
一、吸附 199
二、表面扩散 206
三、最终凝聚 208
第二节薄膜的形核 210
一、均匀形核理论 211
二、原子聚集理论 214
三、两种成核理论的对比 217
第三节薄膜的生长 218
一、连续薄膜的形成过程 218
二、沉积参数的影响 221
三、薄膜生长模式 224
四、薄膜中缺陷及内应力的产生 226
五、薄膜形成过程的计算机模拟 230
第四节薄膜的外延生长 232
一、外延生长机理 233
二、外延生长形式 235
三、分子束外延 236
四、液相外延 238
五、热壁外延 240
六、金属有机化合物化学气相沉积外延生长 241
七、离轴磁控溅射 242
八、热激光蒸发和脉冲激光沉积 242
本章小结 243
思考题 243
参考文献 244
第八章薄膜加工技术
第一节刻蚀的基本概念 246
一、刻蚀的工艺过程 246
二、刻蚀的主要工艺参数 248
第二节湿法刻蚀 249
一、湿法刻蚀的均匀性 249
二、常用的湿法刻蚀技术 250
三、湿法刻蚀的应用 253
四、电化学刻蚀 253
第三节干法刻蚀 254
一、等离子体在刻蚀中的应用 255
二、离子束溅射刻蚀 256
三、反应离子刻蚀 260
第四节飞秒激光烧蚀 267
一、飞秒激光烧蚀的基本原理 267
二、飞秒激光烧蚀加工系统 268
三、飞秒激光烧蚀在薄膜加工中的应用 268
第五节其它薄膜加工技术 269
一、反应气体刻蚀 269
二、激发气体刻蚀 270
三、 激光诱导正向转移技术 271
本章小结 271
思考题 272
参考文献 272
第九章薄膜的厚度和组织结构表征
第一节薄膜的厚度监测与测量 274
一、薄膜的厚度监测 274
二、薄膜的厚度测量 277
第二节薄膜成分表征 281
一、薄膜成分分析设备 281
二、卢瑟福背散射分析 282
三、电子显微探针分析 285
四、俄歇电子能谱 287
五、X射线光电子能谱 289
六、二次离子质谱 292
第三节薄膜的结构表征 294
一、衍射基础 294
二、掠入射X射线衍射 295
三、低能电子衍射 297
四、反射高能电子衍射 299
五、透射电子显微镜 299
第四节薄膜中原子化学键表征 300
一、扩展X射线 301
二、红外吸收光谱 303
三、拉曼光谱 305
四、电子能量损失谱 305
第五节薄膜表面形貌与微观组织分析 307
一、场离子显微镜 308
二、扫描探针显微镜 309
三、原子力显微镜 311
本章小结 312
思考题 313
参考文献 313
第十章薄膜材料性能分析
第一节薄膜应力表征 315
一、直接测量法 316
二、间接测量法 318
第二节薄膜力学性能表征 320
一、硬度 320
二、断裂韧性 325
三、摩擦磨损 327
四、界面结合强度 328
第三节薄膜磁性能表征 330
一、基本磁学参数测量 330
二、磁畴结构表征 332
第四节薄膜的电学性能表征 334
一、电阻率和电导率 334
二、磁电阻 336
三、霍尔系数 337
第五节薄膜光学性能表征 338
一、透射率和反射率 338
二、光吸收和散射 341
三、相位特性 344
四、光学常数 346
本章小结 348
思考题 348
参考文献 349
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| 內容試閱：
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二维材料被誉为材料界的新革命。接近二维尺度的材料都可以称之为膜材料，本书中的薄膜材料是指在基片表面由原子、分子或离子沉积以及其它方式生长形成的二维和准二维材料，厚度从单原子层到微米尺度。由于其二维特性，薄膜材料是实现器件小型化、集成化的最有效的手段之一。自20世纪以来，基于薄膜材料的新物理现象层出不穷，并由此诞生了众多的新物理器件，极大地推动了材料科学技术与工业技术的发展。目前，薄膜材料科学与技术已成为现代材料科学中发展最为迅速的分支之一。借鉴材料科学与工程的概念，薄膜材料科学与技术是研究薄膜材料的成分与结构、制备与加工工艺、力学与功能特性以及薄膜的应用效能之间相互关系的科学与技术。同时，它也是集材料学、物理、化学、冶金学、机械、电子等于一体的交叉学科。薄膜材料科学与技术涉及面广，至少包括薄膜材料制备科学与技术、薄膜材料微细加工科学与技术、薄膜材料分析表征技术、薄膜材料生长热力学与动力学、薄膜材料组织和性能学、薄膜的应用技术等几个方面。
薄膜材料的发展历史可以追溯到17世纪，研究者观察到液体表面上液体薄膜的光学特性。19世纪，制备薄膜的电镀、溅射沉积和物理蒸发沉积等技术相继出现。20世纪开始，随着真空技术、等离子体技术和材料分析技术的进步，薄膜技术和薄膜材料取得了飞速的发展。尤其是20世纪中叶之后，电子、信息工业的兴起，薄膜材料与技术在工业制造中显示出越来越重要的作用。集成电路等电子器件的特征尺寸由微米向纳米线宽发展，高集成度和高性能化的需求促使研究者不断地开发性能更优异的薄膜材料和制程更先进的薄膜制备方法。在21世纪出现的材料高通量制备、材料基因工程等材料研究新技术中，薄膜科学与技术也是重要的研究方向之一。现今，薄膜技术已成为工业制造和科学研究的重要手段。薄膜科学与技术已经渗透到现代科技和国民经济各个领域，在电子信息、通信交通、航空航天、生物医药、能源、军事和消费电子等工业中都必不可少。
正是因为薄膜材料在各个学科的作用越来越重要，很多高校的材料类、机械类、集成电路类等专业都将薄膜材料类课程列入了本科和研究生教学培养方案中，大部分学校都开设了薄膜材料与技术相关的本科和研究生专业课程。然而，尽管目前市场上出现了不少薄膜材料相关的专著，教材仍然比较缺乏。
因此，为了更好地反映薄膜材料与技术发展趋势，全面覆盖该技术领域的基础知识，满足相关专业对教材的需求，我们在多年教学和科学实践的基础上，参阅了国内外教材和有关文献资料，编写了本书。本书内容力求涉及面广、简洁易懂，适合学生学习使用。本书内容完整，不仅涉及薄膜的制备、薄膜的分析、薄膜的生长，也涉及薄膜的加工。在薄膜制备部分，不仅介绍了薄膜的物理和化学气相沉积技术，也介绍了液相沉积、喷涂、旋涂等涂层制备技术。
本书内容第一、二、四、七、九章由刘仲武编写，第三、五、十章由余红雅编写，第六、八章由吴雅祥编写，统稿和整理由余红雅负责。在编写过程中，黄韦达、黎向东、胡锦文、李松懋、周帮、张许行、曹佳丽、魏祖春、何娜、俞志高、蒋春云、曾超超、陈世英等参与了资料收集和部分初稿撰写，在此表示衷心感谢！
本书在撰写过程中，特别借鉴了国内已有的教材和专著，在此，对各位编者的辛勤工作表示衷心感谢！
本书入选高等学校材料类专业教学指导委员会规划教材2022 年度建设项目、华南理工大学2022年度本科精品教材专项建设项目，在此感谢高等学校材料类专业教学指导委员会和华南理工大学的支持。
由于薄膜材料与技术始终在不断发展、更新，加之编者水平有限，书中难免有不妥之处，敬请读者批评指正。
刘仲武
2024年3月
华南理工大学
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