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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2

1.1.3 薄膜材料的特殊性4

1.1.4 薄膜结构的缺陷7

1.1.5 薄膜的光学特性8

1.2 薄膜材料研究现状11

1.3 新型薄膜材料发展前景12

参考文献14

第2章 硅基半导体薄膜材料15

2.1 概述15

2.2 硅基非晶态半导体薄膜15

2.2.1 非晶半导体薄膜材料的结构特点15

2.2.2 非晶态半导体薄膜材料的制备方法16

2.2.3 非晶态半导体薄膜材料的能带模型21

2.2.4 非晶态半导体薄膜材料的电学特性24

2.2.5 非晶态半导体的光学性质32

2.2.6 非晶半导体薄膜材料在光电器件方面的独特性能36

2.2.7 非晶半导体薄膜材料质量的研究近况36

2.3 多晶硅和微晶硅薄膜37

2.3.1 μc-Si：H薄膜38

2.3.2 多晶Si薄膜41

2.4 薄膜晶体管与大面积液晶显示器46

2.4.1 a-Si：H TFT的结构、制备和工艺47

2.4.2 a-Si：H TFT的工作特性49

2.4.3 新型μc-Si：H/a-Si：H双有源层结构的薄膜晶体管49

2.4.4 a-Si：H TFT在有源矩阵中的应用51

参考文献54

第3章 金刚石薄膜及相关材料56

3.1 概述56

3.2 金刚石薄膜56

3.2.1 金刚石薄膜的结构57

3.2.2 金刚石薄膜的优异特性58

3.2.3 金刚石薄膜的制备方法61

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66

3.2.5 织构金刚石薄膜的制备69

3.3 类金刚石膜（DLC）71

3.3.1 类金刚石薄膜的相结构71

3.3.2 类金刚石膜的制备方法71

3.3.3 类金刚石薄膜直流电导特性的研究73

3.3.4 类金刚石膜的光学特性76

3.3.5 类金刚石薄膜的力学特性79

3.3.6 类金刚石膜的其他特性79

3.3.7 类金刚石膜的应用80

3.4 立方氮化硼薄膜81

3.4.1 氮化硼的四种异构体81

3.4.2 立方氮化硼的性质和应用前景83

3.4.3 立方氮化硼薄膜的制备方法84

3.4.4 氮化硼薄膜的n型掺杂87

3.4.5 氮化硼薄膜的p型掺杂90

3.4.6 立方氮化硼薄膜的研究现状及面临的问题93

3.5 β-C3N4薄膜94

3.5.1 β-CNx薄膜的原子结构94

3.5.2 β-C3N4薄膜的制备与特性表征96

3.5.3 β-C3N4的应用前景97

3.6 BCN薄膜98

3.6.1 BCN薄膜的结构98

3.6.2 BCN薄膜的制备99

3.6.3 BCN薄膜的电学性质100

3.6.4 BCN薄膜的光学带隙100

3.7 其他硬质薄膜101

3.7.1 氮化物、磷化物、硼化物及氧化物101

3.7.2 硬质薄膜材料的物性102

3.7.3 硬质复合薄膜材料104

3.7.4 固体润滑膜105

3.8 宽带隙薄膜材料场电子发射研究的现状和问题106

3.8.1 概述106

3.8.2 金刚石薄膜的场电子发射107

3.8.3 类金刚石（DLC）薄膜的场发射109

3.8.4 其他宽带隙材料薄膜的场发射110

3.8.5 存在的问题110

参考文献111

第4章 碳基薄膜材料113

4.1 概述113

4.2 碳的价键结构113

4.2.1 碳的价键结构113

4.2.2 碳的同素异构体114

4.3 富勒烯薄膜材料116

4.3.1 碳富勒烯的结构116

4.3.2 C60富勒烯薄膜的表征119

4.3.3 C60富勒烯薄膜的制备121

4.3.4 富勒烯的性质122

4.3.5 C60富勒烯薄膜在有机电致发光器件中的应用129

4.3.6 C60单电子管129

4.4 碳纳米管薄膜材料132

4.4.1 碳纳米管的结构132

4.4.2 碳纳米管的性质132

4.4.3 碳纳米管薄膜的制备方法134

4.4.4 取向生长碳纳米管薄膜的制备及场致电子发射特性136

4.4.5 单壁碳纳米管三极管140

4.5 石墨烯薄膜材料142

4.5.1 石墨烯的结构和性质142

4.5.2 石墨烯薄膜的制备与表征方法145

4.5.3 氧化石墨还原法制备石墨烯薄膜146

4.5.4 化学气相沉积法制备石墨烯149

4.5.5 功能化石墨烯的应用153

4.5.6 石墨烯场效应管156

参考文献156

第5章 硫系及其他多元化合物薄膜158

5.1 概述158

5.2 硫系化合物半导体158

5.2.1 硫系化合物半导体材料的形成能力158

5.2.2 硫系化合物材料的制备方法159

5.2.3 硫系化合物掺杂的特点161

5.2.4 硫系非晶态半导体的电学性质161

5.2.5 硫系半导体的光致结构变化效应163

5.3 薄膜静电成像——复印鼓165

5.3.1 静电成像原理165

5.3.2 静电成像的基本过程166

5.3.3 薄膜静电成像的材料167

5.3.4 复印机168

5.4 纳米Sn太阳能吸热膜168

5.4.1 太阳能吸热膜的基本原理168

5.4.2 纳米Sn吸热膜的制备方法和特性169

参考文献170

第6章 薄膜太阳能电池材料171

6.1 概述171

6.2 a-Si：H太阳能电池172

6.2.1 单晶太阳能电池与非晶硅太阳能电池的优缺点172

6.2.2 a-Si：H太阳能电池的工作原理和参数173

6.2.3 a-Si：H太阳能电池的结构和性能175

6.2.4 a-Si：H太阳能电池的制造179

6.2.5 提高a-Si：H太阳能电池效率和降低成本的一些措施180

6.2.6 a-Si：H薄膜太阳能电池的研究进展184

6.2.7 其他硅基薄膜太阳能电池185

6.3 第ⅢA～VA族化合物太阳能电池186

6.3.1 第ⅢA～VA族化合物材料186

6.3.2 第ⅢA～VA族化合物太阳能电池187

6.3.3 第ⅢA～VA族化合物太阳能电池的发展趋势189

6.4 聚光太阳能电池190

6.4.1 聚光太阳能电池的优势190

6.4.2 多结太阳能电池在聚光光伏中的应用191

6.4.3 聚光光伏系统的发展192

6.5 CdTe太阳能电池192

6.5.1 多晶薄膜CdTe太阳能电池的出现与发展192

6.5.2 大面积多晶薄膜CdTe太阳能电池193

6.5.3 CdTe太阳能电池的研究进展193

6.6 铜铟硒（CIS）及铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池194

6.6.1 CIS和CIGS薄膜太阳能电池194

6.6.2 制备CIGS薄膜过程中的掺镓技术194

6.6.3 CIGS薄膜太阳能电池的研究进展195

6.7 有机薄膜太阳能电池197

6.7.1 有机小分子太阳能电池和聚合物太阳能电池197

6.7.2 染料敏化太阳能电池201

6.7.3 有机太阳能电池能量转化效率（ηp）的研究206

6.7.4 有机太阳能电池稳定性的研究209

参考文献209

第7章 纳米薄膜材料与可见光发射212

7.1 概述212

7.1.1 半导体纳米材料的特殊性质及研究意义212

7.1.2 半导体量子点213

7.2 发光机理及Si发光面临的问题213

7.2.1 发光机理及发光类型213

7.2.2 可见发光材料215

7.2.3 人眼的视感度与LED的视感度215

7.2.4 Si发光面临的问题215

7.3 Ge/Si超晶格和量子阱结构材料216

7.3.1 Ge/Si超晶格217

7.3.2 Si/Si1-xGex超晶格217

7.3.3 Si/SiO2超晶格217

7.4 Ge/SiO2、Si/SiO2纳米膜发光217

7.4.1 Ge纳米发光膜的制备218

7.4.2 Ge纳米晶的发光特性219

7.4.3 Ge纳米晶发光机理220

7.4.4 硅纳米晶激光器初现端倪220

7.5 多孔硅发光221

7.5.1 多孔硅的结构222

7.5.2 多孔硅的光学性质223

7.5.3 多孔硅的形成机理224

7.5.4 多孔硅的制作及其钝化225

7.6 氮化镓基薄膜材料发光226

7.6.1 氮化镓基材料的特点及其应用226

7.6.2 氮化镓基材料的制备228

7.6.3 氮化镓基器件230

7.7 薄膜发光显示器（第ⅡA～ⅥA族化合物）232

7.7.1 薄膜电致发光显示器件的制备方法及结构233

7.7.2 薄膜电致发光的物理过程233

7.7.3 薄膜电致发光材料235

7.7.4 薄膜电致发光器件236

7.8 硅中掺铒的发光特性及机理237

7.8.1 铒在Si中的原子构型237

7.8.2 铒在Si中的电子态237

7.8.3 掺铒硅的发光机理239

7.8.4 掺铒硅发光管与Si集成电路的集成240

7.9 ZnO量子点——半导体激光器新材料241

7.9.1 ZnSe基激光器存在的问题241

7.9.2 ZnO材料的基本特性242

7.9.3 ZnO的外延生长242

7.9.4 ZnO量子点的光学特性243

参考文献244

第8章 介质薄膜材料246

8.1 概述246

8.2 电介质薄膜及应用246

8.2.1 氧化物电介质薄膜的制备及应用247

8.2.2 低介电常数含氟氧化硅薄膜249

8.3 铁电薄膜及应用251

8.3.1 铁电薄膜的结构制备和特性251

8.3.2 铁电薄膜的应用255

8.4 压电薄膜及应用256

8.4.1 压电薄膜的制造技术258

8.4.2 压电薄膜的压电性能260

8.4.3 压电薄膜的应用262

参考文献263

第9章 高温超导薄膜材料264

9.1 概述264

9.2 高温超导薄膜的制备266

9.2.1 对制膜技术的要求266

9.2.2 高温超导薄膜的制备方法266

9.2.3 阻挡层技术268

9.3 高温超导薄膜材料的结构和性质269

9.3.1 高温超导薄膜材料的结构269

9.3.2 高温超导薄膜材料的性质271

9.4 高温超导薄膜材料的应用272

9.4.1 概述272

9.4.2 高温超导约瑟夫森结技术及其应用273

9.4.3 高温超导探测器的研究进展与应用前景277

9.4.4 高温超导薄膜无源器件及应用280

参考文献281

第10章 巨磁阻薄膜材料282

10.1 概述282

10.2 磁性多层膜的巨磁阻效应283

10.2.1 GMR效应的发现和简单原理283

10.2.2 GMR及层间耦合的振荡现象283

10.2.3 GMR与多层膜结构的依赖关系284

10.2.4 GMR材料的应用284

10.3 颗粒膜的巨磁阻效应284

10.3.1 颗粒膜及其制备285

10.3.2 颗粒膜的巨磁电阻效应285

10.3.3 间断膜和混合膜的巨磁电阻效应286

10.4 自旋阀多层膜的巨磁阻效应287

10.4.1 自旋阀多层结构和巨磁阻效应287

10.4.2 磁控溅射法制备自旋阀多层膜288

10.5 掺杂稀土锰氧化物的巨磁电阻效应289

10.5.1 掺杂稀土锰氧化物的巨磁电阻效应289

10.5.2 掺杂稀土锰氧化物材料的结构和早期的研究结果291

10.5.3 锰氧化物的巨磁电阻机制的研究291

参考文献292

第11章 其他薄膜材料293

11.1 概述293

11.2 超晶格和量子阱薄膜材料293

11.2.1 超晶格概念的提出、发展及其意义293

11.2.2 不同类型的半导体超晶格材料及其主要特征294

11.2.3 半导体超晶格材料的生长技术298

11.2.4 超晶格微结构材料的主要性能及应用299

11.3 有机电致发光薄膜300

11.3.1 有机电致发光的特点300

11.3.2 器件的结构和制备301

11.3.3 有机电致发光膜材料302

11.3.4 蓝色有机电致发光303

11.4 透明导电膜及其在电子工业方面的应用304

11.4.1 透明导电膜的种类与特性304

11.4.2 透明导电膜的制备方法304

11.4.3 透明导电膜的用途305

11.5 窄带隙红外光导薄膜材料（HgCdTe）306

11.5.1 红外探测器与HgCdTe306

11.5.2 HgCdTe薄膜材料的制备方法和特性306

11.6 变色薄膜材料308

11.6.1 电致变色膜308

11.6.2 光学变色膜309

11.6.3 热致变色膜310

11.7 防伪技术和光学防伪膜311

11.7.1 防伪技术的现状与薄膜防伪技术的发展311

11.7.2 光学防伪膜的基本原理312

11.7.3 整膜防伪膜的设计与工艺313

11.7.4 碎膜防伪技术要点313

11.7.5 防伪膜防伪效果的加强313

参考文献314

第12章 薄膜制备的新技术和检测手段315

12.1 概述315

12.2 溅射法315

12.2.1 基本原理316

12.2.2 射频溅射317

12.2.3 磁控溅射318

12.3 微波电子回旋共振化学气相沉积法319

12.3.1 原理319

12.3.2 特点320

12.3.3 系统320

12.4 分子束外延法321

12.4.1 基本概念321

12.4.2 生长原理及方法321

12.4.3 生长特点322

12.5 金属有机化学气相沉积法323

12.5.1 原理323

12.5.2 制膜系统323

12.5.3 特点325

12.6 直流电弧等离子体喷射化学气相淀积法325

12.7 溶胶-凝胶法326

12.7.1 概述326

12.7.2 溶胶-凝胶方法制备薄膜工艺326

12.8 电沉积法327

12.8.1 概述327

12.8.2 特点328

12.9 脉冲激光沉积法328

12.9.1 基本原理及物理过程328

12.9.2 特点330

12.10 触媒化学气相沉积法330

12.11 薄膜检测手段331

12.11.1 薄膜厚度测量331

12.11.2 扫描电子显微镜分析332

12.11.3 原子力显微镜分析334

12.11.4 X射线衍射（XRD）分析335

12.11.5 傅里叶变换红外光谱分析335

12.11.6 激光拉曼光谱（Raman）分析336

12.11.7 X射线光电子能谱分析337

12.11.8 俄歇电子能谱分析338

12.11.9 二次离子质谱分析339

12.11.10 卢瑟福背散射分析339

参考文献340