其中的星号表示相应的原子或原子团具有一定的化学反应活性。上述活性 原子或基团在扩散至衬底表面时，将发生一系列的化学反应，其中比较重 要的有
C H ( s ) H * ( g ) C * ( s ) H 2 ( g )
C * ( s ) C H 3 * ( g ) C C H 3 ( s )
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集成电路和最基本的制造工艺 流程则如图(b)所示，它包括了将 Si片的表层氧化构成绝缘层，在 其上涂布对某一光波长敏感的光 刻胶，在掩膜的帮助下使特定图 形的光刻胶曝光，去除未曝光刻 胶并按照其图形腐蚀掉氧化物层， 在未被氧化物层覆盖的区域上扩 散进特定浓度的杂质实现搀杂、 沉积导电连线等一系列步骤。
具有适当的韧性和耐磨性能，因而也可以被用来制备金属部件的防护涂层。
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7Байду номын сангаас
第二节 金刚石薄膜
一、金刚石薄膜的制备技术 二、金刚石薄膜的应用
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一、金刚石薄膜的制备技术
合成金刚石薄膜的CVD方法一般采用1000℃以下的衬底温 度和低于0.1MPa的压力条件，在这一温度和压力范围内，石 墨是碳的稳定相，而金刚石则是不稳定的。
如此循环反复，原有的金刚石核心就逐渐成长为金刚石晶粒， 而无数的金刚石晶粒则逐渐形成金刚石薄膜。
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CVD方法沉积的金刚石薄膜
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二、金刚石薄膜的应用
1、金刚石力学性质的应用。金刚石的高硬度、高耐磨性使 得金刚石薄膜成为极佳的工具材料。
（1）将沉积后的金刚石薄膜剥离下来，然后重新加以切割、研磨，并 焊接到工具的尖端上。这种应用形式具有金刚石膜较厚、工具使用寿命较 长的优点，但同时也具有工具的开关不可能做得很复杂的缺点。
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3、金刚石光学性质的应用。金刚石在从紫外到远红外的很宽 的波长范围内具有很高的光谱透过性能。金刚石还具有极高的 硬度、强度、热导率以及极低的线膨胀系数和良好的化学稳定 性。这些优异性质的综合使得金刚石薄膜成为可以在恶劣环境 中使用的极好的光学窗口材料。
4、金刚石声学性质的应用。金刚石具有极高的弹性模量，这 决定了声波在金刚石中具有极高的传播速度。
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二、热防护涂层
提高高温合金使用温度，防止其在高温氧化环境中产生性 能退化的一个有效途径是对其加以热防护涂层。
这种热防护涂层通常是由一层金属涂层和一层氧化物热防 护层组成的复合涂层。 金属涂层的一般的成分是(Ni,Co,Fe)CrAlY 作用：1、在基底金属与氧化物涂层之间提供一个过渡层，从
的Cr2O3保护膜，具有良好的耐腐蚀性能和适当的强度、韧性、耐磨性和可 加工性，与钢铁材料基底的附着性好，因而常被喷涂于各种机械部件上，用 以提高其抗蚀性。
（3）陶瓷材料涂层。陶瓷材料一般均具有较好的抗腐蚀性能，还具有
较好的耐热性能和耐磨性能，因而也可被用来制造耐蚀涂层。
（4）高分子材料涂层。高分子材料一般具有较好的化学稳定性，并且
5、金刚石电学性质的应用。金刚石具有较宽的禁带宽度、高 的载流子迁移率和饱和运动速度、高的击穿场强以及高的热 导率等。
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第三节 集成电路中的薄膜材料
一、集成电路制造技术 二、发光二极管和异质结激光器 三、超晶格与量子阱结构
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一、集成电路制造技术
图(a)画出了具有代表性的MOS场效应管的 结构剖面图
三、防腐涂层
防腐涂层的种类可以依要求防护的材料和使用环境的不同有很大的差别。
（1）阳极防护性涂层。Zn、Al、Zn-Al、Al-Mg-Re合金的涂层可以依
靠自身较负的电极电位，提高被涂层的钢铁材料抵抗各种大气及海水条件 侵蚀的能力。这时，涂层本身作为阳极，保护了作为阴极的钢铁基底。
（2）不锈钢及各种镍铬合金涂层。不锈钢表面会自然形成一层致密
第七章 薄膜材料及其应用
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第一节 耐磨及表面防护涂层 第二节 金刚石薄膜 第三节 集成电路中的薄膜材料 第四节 集成光学器件 第五节 磁记录薄膜和光存储薄膜
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第一节 耐磨及表面防护涂层
一、硬质涂层 二、热防护涂层 三、防腐涂层
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一、硬质涂层
常用于硬质涂层的材料可按其材料类别被细分为陶瓷以 及金属间化合物两类，而基底材料则是一些高强度、高韧性 的合金材料。
右图是目前使用最多的沉积金 刚石薄膜的热丝CVD装置示意图。 在衬底的上方，装有一根或数根 被加热至2000℃左右高温的导电 金属丝，它的作用是激活流过它 附近的由H2和少量CH4组成的工 作气体，使其部分分解为活性氢 原子H*和甲基CH3*
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H 2(g) 2H*(g)
C H 4 ( g ) H * ( g ) C H 3 * ( g ) H 2 ( g )
特点：1、都具有很高的硬度、熔点和弹性模量； 2、线膨胀系数较低； 3、断裂韧性要低于常用的金属材料。
第一个特点是采用硬质涂层的原因，第二、三个特点的残余 热应力及与其密切相关的涂层与基底间的附着力，涂层的疲劳及 抗冲击性能等。
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涂层材料与基底材料线膨胀系数的差别将引起涂层及基 底中产生很大的热应力，严重时会导致涂层从基底表面脱落。
（2）将金刚石膜直接沉积到工具的表面上，薄膜厚度较薄，成本较低。 难点在于沉积的薄膜对衬底材料的附着力不容易提高。缺点是它不适于钢 铁材料的高速切削加工。
2、金刚石热学性质的应用。 金刚石具有极高的热导率。在室 温条件下，金刚石的热导率是铜的五倍，同时金刚石本身又是 极好的绝缘材料，这使得金刚石成为极好的高功率光电子元件 的散热器件材料。
另一个衡量涂层抵抗温度变化引起的应力的指标是热冲击 抗力ST，它与由温度差ΔT引起的热流密度
Q T
d
与由线膨胀系数不匹配和温度变化引起的热应力σ之比 有关，其具体表达式为
ST Qd (1) E
其中，κ为涂层材料的热导率，d为涂层厚度，E和v为涂层材料的杨 氏模量和泊松比，Δα为涂层与衬底材料间线膨胀系数之差。
而提高整个热防护层对基底材料的附着力。 2、金属涂层的中稀土元素Y还具有保护基底材料和涂层界
面不被氧化的重要作用。
氧化物热防护层的主要组分是ZrO2 作用：具有低的热导率，可以有效地降低高温工作部件在关键
部位的温度，从而达到提高材料的使用温度的目的。
通常采用等离子喷涂的方法制备上述的热防护复合涂层，涂层厚度为 数百微米。涂层后部件的使用温度通常可以达到1300℃左右。