薄膜材料科學(第二版)（簡體書）

《薄膜材料科學（第2版）》詳細介紹了涉及薄膜材料科學的各個方面，內容包括真空技術、薄膜沉積技術與原子過程、薄膜的結構與性能表徵等。《薄膜材料科學（第2版）》內容廣泛，資料全面，各章後面附有習題，是一本真正意義上的薄膜科學與技術的教科書。該書自1992年第1版問市以來，深受材料科學界的廣泛歡迎。非常適用於從事薄膜材料研究的專業研究人員、材料類院系高年級本科生和研究生作教材或參考書。

《薄膜材料科學(第2版)》所包含的基本知識內容主要是為了交叉學科以及不同閱讀者服務，主要包括幾類讀者：（1）高年級的本科生或者薄膜課程學位的新生。（2）企業內部課程或者學會短課程的參加者。（3）轉換職業方向，需要對這個領域有概括性了解的科學家和工程師們。

第1章材料科學基礎
第2章真空科學與技術
第3章薄膜熱蒸發過程
第4章放電、等離子體、離子與表面的相互作用
第5章薄膜製備的等離子體與離子束工藝
第6章化學氣相沉積
第7章基底表面與薄膜成核
第8章外延生長
第9章薄膜結構
第10章薄膜及表面的特性
第11章薄膜內的互擴散、反應和相變
第12章薄膜的力學性能
習題
附錄

無論在薄膜的沉積，還是后續處理過程中，薄膜結構的變化都是影響其性能最為重要的因素。特別需要指出的是，通常薄膜制備及涂層工藝中最為關注的是控制成膜顆粒的尺寸、表面形貌及結晶度。無論薄膜形成于固熔體、固態反應還是密集蒸汽，晶粒構成最為本質的方式就是將來自生長中心的眾多原子組織起來。并且由于材料內部相變的原因，已經明確在薄膜的形成過程中，成核和生長過程的確是非常復雜的。初始的成核薄膜顆粒提供了凝結核，而這個凝結核常常確定了最終晶粒結構的演化方向。
有趣的是，具有相似結構的形貌并非與材料的類別及不同的處理方法相一致。從這點來看，對比薄膜的晶粒結構和液固轉化的相變過程是有研究價值的。例如，超飽和蒸汽（具有確定的△Gυ）會驅動薄膜的成核過程，因此，與低于熔化溫度（△Gs）的過冷卻相聯系的自由能成為融化固相的熱動力學驅動力（參考文獻1）。并且，不僅是薄膜，而且夾具或基底上的溫度對薄膜晶體結構的演化同樣具有重要的影響。在冷硬鑄型壁上，例如，當△Gs較大時，會導致△G*較小，因此晶核形成速率是最高的，而晶粒尺寸卻最小。進一步對過冷卻體融化，成核速率會下降，而晶粒尺寸會增加，晶向通常是朝向壁壘模型平面方向的；也正是該方向涉及潛在的熱流。在兩種情況下，基片界面的細密晶粒通常形成柱狀結構。這樣的分析并非十分透徹，因為氣－固和液－固界面的溫度、原子含量及原子的運動方式是完全不同的。這樣，三維晶粒的生長經常表征著固融體的特性，氣相薄膜的生長反映出凝結原子的方向性。盡管事實是薄膜晶粒可能要變小10倍～1000倍，但是結構顯示了在明確的晶體學生長方向上，存在薄膜生長的擇優取向。
盡管在薄膜沉積過程中，生長的擇優取向是持續不斷的過程，生長過程的演化，完全實現多晶薄膜和晶體結構，對這些成核過程的區分，顯示出極大的飛躍。在第一個論題中，將看到薄膜展示出微結構變化的連續統一體，而這一變化范圍涉及柱狀到各方等大，再到無定形，以及成為兩者的混合物。有趣的是，柱狀結構會演化成無定形和晶體薄膜，而這些薄膜常常會具有內部缺陷和柱間空氣、水氣的存在，這些缺陷都會影響到薄膜的特性。例如，水氣吸收將致使薄膜的光學特性下降。采用計算機擬合薄膜沉積過程，一次沉積一個原子，將有助于更好地理解柱狀結構的演化過程。當在高溫下沉積時，晶粒結構更加趨向各方等大，這更加類似退火固體的微結構。在另一個極端條件下，低溫沉積是有助于形成細密晶粒結構或者甚至形成無定形結構。此外，一些非常新穎的薄膜形態和體系結構也可以通過沉積系統和工藝條件交替變化的方式制造出來。