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第1章 绪论 1

1.1 薄膜的定义及特性 1

1.1.1 薄膜的定义 1

1.1.2 薄膜材料的分类 3

1.1.3 薄膜材料的特殊性 6

1.1.4 薄膜结构缺陷 13

1.1.5 薄膜的光学特性 15

1.2 薄膜材料研究现状 19

1.3 新型薄膜材料发展前景 22

参考文献 25

第2章 新型半导体薄膜材料 25

2.1 概述 26

2.2 硅基非晶态半导体薄膜 27

2.2.1 非晶半导体薄膜材料结构特点 27

2.2.2 非晶态半导体薄膜材料的制备方法 28

2.2.3 非晶态半导体薄膜材料的能带模型 35

2.2.4 非晶态半导体薄膜材料电学特性 41

2.2.5 非晶态半导体的光学性质 53

2.2.6 非晶半导体薄膜材料在光电器件方面的独特性能 61

2.2.7 非晶半导体薄膜材料质量的研究近况 61

2.3 多晶硅和微晶硅薄膜 64

2.3.1 μc-Si:H薄膜 64

2.3.2 多晶Si薄膜 70

2.4 a-Si:H太阳电池 81

2.4.1 单晶太阳电池与非晶硅太阳电池的优缺点 81

2.4.2 a-Si:H太阳电池的工作原理和参数 83

2.4.3 a-Si:H太阳电池的结构和性能 87

2.4.4 a-Si:H太阳电池的制造 94

2.4.5 提高a-Si:H太阳电池效率和降低成本的一些措施 96

2.5 薄膜晶体管与大面积液晶显示器 102

2.5.1 a-Si:H TFT的结构、制备和工艺 102

2.5.2 a-Si:H TFT工作特性 106

2.5.3 新型μc-Si:H/a-Si:H双有源层结构薄膜晶体管 107

2.5.4 a-Si:H TFT在有源矩阵中的应用 110

参考文献 117

第3章 金刚石薄膜及相关材料 119

3.1 概述 119

3.2 金刚石薄膜 120

3.2.1 金刚石薄膜的结构 121

3.2.2 金刚石薄膜的优异特性 123

3.2.3 金刚石薄膜的制备方法 128

3.2.4 强碳化物形成元素衬底上金刚石薄膜的生长特性及过渡层的研究 137

3.2.5 织构金刚石薄膜的制备 143

3.3 类金刚石膜(DLC) 146

3.3.1 类金刚石薄膜的相结构 147

3.3.2 类金刚石膜的制备方法 147

3.3.3 类金刚石薄膜直流电导特性研究 152

3.3.4 类金刚石膜的光学特性 157

3.3.5 类金刚石薄膜的力学特性 161

3.3.6 类金刚石膜的其他特性 162

3.3.7 类金刚石膜的应用 163

3.4 立方氮化硼薄膜 165

3.4.1 氮化硼的4种异构体 166

3.4.2 立方氮化硼的性质和应用前景 169

3.4.3 立方氮化硼薄膜的制备方法 171

3.4.4 氮化硼薄膜的n型掺杂 176

3.4.5 立方氮化硼薄膜的研究现状及面临的问题 182

3.5 β-C3N4薄膜 184

3.5.1 β-CNx薄膜的原子结构 185

3.5.2 β-C3N4薄膜的制备与特性表征 187

3.5.3 βC3N4的应用前景 190

3.6 BCN薄膜 191

3.6.1 BCN薄膜结构 191

3.6.2 薄膜制备 192

3.6.4 BCN薄膜光学带隙 195

3.6.3 BCN薄膜的电学性质 195

3.7.1 氮化物、磷化物、硼化物及氧化物 196

3.7 其他硬质薄膜 196

3.7.2 硬质薄膜材料的物性 199

3.7.3 硬质复合薄膜材料 203

3.7.4 固体润滑膜 203

3.8 宽带隙薄膜材料场电子发射研究的现状和问题 206

3.8.1 引言 206

3.8.2 金刚石薄膜的场电子发射 208

3.8.3 类金刚石(DLC)薄膜的场发射 211

3.8.4 其他宽带隙材料薄膜的场发射 213

3.8.5 存在的问题 214

参考文献 214

第4章 纳米薄膜材料与可见光发射 218

4.1 概述 218

4.1.1 半导体纳米材料的特殊性质及研究的意义 218

4.2.1 发光机理及发光类型 220

4.1.2 半导体量子点 220

4.2 发光机理及Si发光面临的问题 220

4.2.2 可见发光材料 222

4.2.3 人眼的视感度与LED的视感度 223

4.2.4 Si发光面临的问题 223

4.3 Ge/Si超晶格和量子阱结构材料 224

4.3.1 Ge/Si超晶格 225

4.3.2 Si/Sil-xGex超晶格 225

4.3.3 Si/SiO2超晶格 225

4.4 Ge/SiO2、Si/SiO2纳米膜发光 226

4.4.1 Ge纳米发光膜的制备 227

4.4.2 Ge纳米晶的发光特性 228

4.4.3 Ge纳米晶发光机理 229

4.4.4 硅纳米晶激光器初视端倪 230

4.5 多孔硅发光 232

4.5.1 多孔硅的结构 234

4.5.2 多孔硅的光学性质 235

4.5.3 多孔硅的形成机理 238

4.5.4 多孔硅的制作及其钝化 240

4.6 GaN基薄膜材料发光 241

4.6.1 氮化镓基材料的特点及其应用 241

4.6.2 氮化镓基材料的制备 246

4.6.3 氮化镓基器件 249

4.7 薄膜发光显示器(Ⅱ-Ⅵ族化合物) 253

4.7.1 薄膜电致发光显示器件的制备方法及结构 254

4.7.2 薄膜电致发光的物理过程 255

4.7.3 薄膜电致发光材料 257

4.7.4 薄膜电致发光器件 260

4.8 硅中掺饵(Er)的发光特性及机理 261

4.8.1 Er在Si中的原子构型 262

4.8.2 Er在Si中的电子态 262

4.8.3 掺Er硅的发光机理 264

4.8.4 掺铒硅发光管与Si集成电路的集成 268

4.9 ZnO量子点--半导体激光器新材料 268

4.9.1 ZnSe基激光器存在的问题 268

4.9.2 ZnO材料的基本特性 269

4.9.3 ZnO的外延生长 271

4.9.4 ZnO量子点的光学特性 272

参考文献 273

第5章 硫系及其他多元化合物薄膜 275

5.1 概述 275

5.2 硫系化合物半导体 275

5.2.1 硫系化合物半导体材料的形成能力 275

5.2.2 硫系化合物材料制备方法 277

5.2.3 硫系化合物掺杂的特点 279

5.2.4 硫系非晶态半导体的电学性质 279

5.2.5 硫系半导体的光致结构变化效应 283

5.3.1 CIS和CIGS薄膜太阳电池 286

5.3 CulnSe2(CIS)薄膜及薄膜太阳能电池 286

5.3.2 制备CIGS薄膜过程中掺镓技术 288

5.4 CdTe太阳电池 289

5.4.1 多晶薄膜CdTe太阳电池的出现与发展 290

5.4.2 大面积多晶薄膜CdTe太阳电池 290

5.5 薄膜静电成像--复印鼓 291

5.5.1 静电成像原理 292

5.5.2 静电成像的基本过程 293

5.5.3 薄膜静电成像材料 294

5.5.4 复印机 296

5.6 纳米Sn太阳能吸热膜 296

5.6.1 太阳能吸热膜的基本原理 296

5.6.2 纳米Se吸热膜的制备方法和特性 297

参考文献 299

6.1 概述 300

第6章 介质薄膜材料 300

6.2 电介质薄膜及应用 301

6.2.1 氧化物电介质薄膜的制备及应用 301

6.2.2 低介电常数含氟氧化硅薄膜 307

6.3 铁电薄膜及应用 310

6.3.1 铁电薄膜的结构制备和特性 311

6.3.2 铁电薄膜的应用 318

6.4 压电薄膜及应用 321

6.4.1 压电薄膜的制造技术 323

6.4.2 压电薄膜的压电性能 328

6.4.3 压电薄膜的应用 331

参考文献 333

第7章 高温超导薄膜材料 335

7.1 概述 335

7.2 高温超导薄膜制备方法 338

7.2.1 对制膜技术的要求 338

7.2.2 HTSC薄膜制备方法 340

7.2.3 阻挡层技术 343

7.3.1 高温超导薄膜材料的结构 344

7.3 高温超导薄膜材料的结构和性质 344

7.3.2 高温超导薄膜材料的性质 347

7.4 高温超导薄膜材料的应用 351

7.4.1 引言 351

7.4.2 高温超导的瑟夫森结技术及其应用 353

7.4.3 高温超导探测器的研究进展与应用前景 359

7.4.4 高温超导薄膜无源器件及应用 365

参考文献 367

第8章 巨磁阻薄膜材料 368

8.1 概述 368

8.2 磁性多层膜的巨磁阻效应 369

8.2.1 GMR效应的发现和简单原理 369

8.2.2 GMR及层间耦合的振荡现象 370

8.2.3 GMR与多层膜结构的依赖关系 371

8.3 颗粒膜的巨磁阻效应 372

8.2.4 GMR材料的应用 372

8.3.1 颗粒膜及其制备 373

8.3.2 颗粒膜的巨磁电阻效应 374

8.3.3 间断膜和混合膜的巨磁电阻效应 376

8.4 自旋阀多层膜的巨磁阻效应 378

8.4.1 自旋阀多层结构和巨磁阻效应 378

8.4.2 磁控溅射法制备自旋阀多层膜 379

8.5 掺杂稀土锰氧化物的巨磁电阻效应 380

8.5.1 掺杂稀土锰氧化物的巨磁电阻效应 381

8.5.2 掺杂稀土锰氧化物材料的结构和早期研究结果 384

8.5.3 锰氧化物的巨磁电阻机制研究 385

参考文献 387

第9章 其他薄膜材料 389

9.1 概述 389

9.2 超晶格和量子阱薄膜材料 389

9.2.1 超晶格概念的提出、发展及其意义 389

9.2.2 不同类型的半导体超晶格材料及其主要特征 391

9.2.3 半导体超晶格材料的生长技术 398

9.2.4 超晶格微结构材料的主要性能及应用 399

9.3 有机电致发光薄膜 402

9.3.1 有机电致发光的特点 402

9.3.2 器件结构和制备 403

9.3.3 有机电致发光膜材料 405

9.3.4 蓝色有机EL电致发光 406

9.4 透明导电膜(TCO)及其在电子工业方面的应用 408

9.4.1 透明导电膜的种类与特性 408

9.4.2 透明导电膜的制备方法 409

9.4.3 透明导电膜的用途 411

9.5 窄带隙红外光导薄膜材料(HgCdTe) 411

9.5.1 红外探测器与HgCdTe 411

9.5.2 HgCdTe薄膜材料的制备方法和特性 412

9.6 变色薄膜材料 415

9.6.1 电致变色膜 416

9.6.2 光学变色膜 417

9.6.3 热致变色膜 420

9.7 防伪技术和光学防伪膜 421

9.7.1 防伪技术的现状与薄膜防伪技术的发展 421

9.7.2 光学防伪膜的基本原理 423

9.7.3 整膜防伪膜的设计与工艺 425

9.7.4 碎膜防伪技术要点 426

9.7.5 防伪膜防伪效果的加强 426

参考文献 427

第10章 薄膜制备的新技术和检测手段 428

10.1 概述 428

10.2 溅射法 428

10.2.1 基本原理 429

10.2.2 射频溅射 431

10.2.3 磁控溅射 432

10.3.1 MW-ECR原理 434

10.3 微波电子回旋共振化学气相沉积 434

10.3.2 MW-ECR-CVD的特点 435

10.3.3 MW-ECR-CVD系统 436

10.4 分子束外延(MBE) 437

10.4.1 基本概念 437

10.4.2 MBE生长原理及方法 438

10.4.3 MBE生长的特点 440

10.5 金属有机化学气相沉积 441

10.5.1 MOCVD法原理 441

10.5.2 MOCVD制膜系统 441

10.5.3 MOCVD法的特点 443

10.6 直流电弧等离子体喷射CVD法 444

10.7 溶胶-凝胶法 445

10.7.1 概述 445

10.7.2 溶液-凝胶方法制备薄膜工艺 446

10.8.1 概述 448

10.8 电沉积 448

10.8.2 电沉积的特点 449

10.9 脉冲激光沉积法 449

10.9.1 PLD的基本原理及物理过程 450

10.9.2 PLD技术的特点 452

10.10 触媒化学气相沉积 453

10.11 薄膜检测手段 454

10.11.1 薄膜厚度测量 454

10.11.2 扫描电子显微镜(SEM)分析 457

10.11.3 原子力显微镜(AFM)分析 459

10.11.4 X射线衍射(XRD)分析 460

10.11.5 傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析 461

10.11.6 激光拉曼光谱(Raman)分析 462

10.11.7 X射线光电子能谱(XPS)分析 464

10.11.8 俄歇电子能谱(AES)分析 465

10.11.9 二次离子质谱(SIMS)分析 467

10.11.10 卢瑟福背散射(RBS)分析 469

参考文献 469