第1章 引言001
1.1 薄膜技术001
1.2 Ca-tCVD的诞生003
1.3 Ca-tCVD及相关技术的研究历史003
1.4 本书的结构006
参考文献006
第2章 Cat-CVD的物理基础及其与PECVD的区别009
2.1 沉积腔室中的物理基础009
2.1.1 分子密度及其热速率009
2.1.2 平均自由程011
2.1.3 固体表面的碰撞014
2.1.4 腔室中基团的停留时间016
2.2 Ca-tCVD和PECVD设备的差异017
2.3 PECVD的基本特征018
2.3.1 PECVD的诞生018
2.3.2 等离子体的产生018
2.3.3 直流等离子体与射频等离子018
2.3.4 鞘层电压020
2.3.5 PECVD中分解的基团浓度021
2.4 PECVD技术的缺点及改善方法023
2.4.1 等离子体损伤023
2.4.2 提高PECVD激发频率026
2.4.3 功率传输系统026
2.4.4 大面积薄膜沉积的均匀性027
2.5 Ca-tCVD的技术特点028
附录2.A Si、H原子低能量注入引起的Si、H原子分布〈R〉和缺陷分布
〈Rdefect〉的粗略计算030
参考文献032
第3章 Cat-CVD中化学反应的分析方法及基本原理034
3.1 CVD过程中活性基团的重要性034
3.2 活性基团检测技术035
3.3 单光子激光诱导荧光（LIF）036
3.3.1 基本方法036
3.3.2 两态系统假设的有效性037
3.3.3 荧光的各向异性039
3.3.4 非辐射衰退过程的校正039
3.3.5 光谱展宽040
3.3.6 单光子LIF的典型装置和实验结果041
3.3.7 分子基团的转动和振动态的分布045
3.3.8 单光子LIF中绝对浓度的估算045
3.4 双光子激光诱导荧光046
3.5 单通道真空紫外（VUV）激光吸收048
3.6 其他激光光谱技术050
3.6.1 共振增强多光子离化050
3.6.2 光腔衰荡光谱051
3.6.3 可调谐二极管激光吸收谱c2054
3.7 质谱测量技术055
3.7.1 光致电离质谱法055
3.7.2 阈值电离质谱法056
3.7.3 离子附着式质谱分析法056
3.8 稳定分子的气相组成测定056
附录3.A 原子和分子光谱学中使用的术语符号058
参考文献058
第4章 催化化学气相沉积的物理化学基础065
4.1 Ca-tCVD过程中的分子动力学065
4.1.1 Ca-tCVD腔室中的分子065
4.1.2 Ca-tCVD与PECVD气体利用率对比068
4.1.3 热丝表面积的影响068
4.2 热丝表面发生了什么——催化反应069
4.3 表面分解气体过程中的热丝中毒问题071
4.4 Ca-tCVD腔室内气体温度分布072
4.5 热丝表面分解机理及气相动力学073
4.5.1 双原子分子的催化分解：H2、N2、O2073
4.5.2 H2O的催化分解075
4.5.3 SiH4和SiH4/H2的催化分解及后续气相反应075
4.5.4 NH3的催化分解及后续气相反应076
4.5.5 CH4和CH4/H2的催化分解及后续气相反应078
4.5.6 PH3和PH3/H2的催化分解及后续气相反应078
4.5.7 B2H6和B2H6/H2的催化分解及后续气相反应079
4.5.8 H3NBH3的催化分解和从硼化热丝中释放B原子080
4.5.9 甲基硅烷和六甲基二硅氮烷（HMDS）的催化分解081
4.5.10 金属丝上各种分子催化分解总结083
4.6 Ca-tCVD中Si膜的形成机理083
参考文献084
第5章 Cat-CVD制备的无机薄膜性能089
5.1 Ca-tCVD制备非晶硅（a-Si）的性能089
5.1.1 a-Si基础089
5.1.2 Ca-tCVD制备a-Si基础097
5.1.3 Ca-tCVD制备a-Si的一般特性100
5.1.4 Ca-tCVD制备a-Si机理——生长模型106
5.2 Ca-tCVD制备多晶硅（poly-Si）和微晶硅（μc-Si）的性能111
5.2.1 晶态硅薄膜的生长111
5.2.2 Ca-tCVD制备poly-Si薄膜的结构114
5.2.3 Ca-tCVD制备poly-Si薄膜的性能117
5.2.4 在c-Si衬底上生长晶硅薄膜121
5.3 Ca-tCVD制备SiNx的性能121
5.3.1 SiNx薄膜的应用121
5.3.2 SiNx的制备基础121
5.3.3 采用NH3和SiH4混合气制备SiNx122
5.3.4 采用NH3、SiH4和大量H2的混合气制备SiNx128
5.3.5 采用NH3、SiH4和大量H2制备SiNx薄膜的保形台阶覆盖
特性130
5.3.6 采用HMDS制备Cat-CVDSiNx131
5.4 Ca-tCVD制备氮氧化硅（SiOxNy）的性能134
5.4.1 采用SiH4、NH3、H2、N2和O2混合气制备SiOxNy薄膜134
5.4.2 采用HMDS、NH3、H2和O2混合气制备SiOxNy薄膜137
5.5 Ca-tCVD制备SiO2薄膜的性能139
5.6 Ca-tCVD制备氧化铝（Al2O3）薄膜的性能141
5.7 Ca-tCVD制备AlN薄膜的性能143
5.8 Ca-tCVD制备无机薄膜总结145
参考文献146
第6章 引发化学气相沉积（iCVD）合成有机聚合物151
6.1 引言151
6.2 iCVD法合成聚四氟乙烯152
6.2.1 CVDPTFE薄膜的特性选择及应用154
6.2.2 催化热丝材料对PTFE沉积的影响156
6.3 iCVD的机理158
6.3.1 引发剂和抑制剂158
6.3.2 单体的吸附159
6.3.3 沉积速率和分子量160
6.3.4 共聚反应162
6.3.5 保形性162
6.4 iCVD制备具有功能性、表面活性和响应性有机薄膜164
6.4.1 聚甲基丙烯酸缩水甘油酯（PGMA）：性能和应用170
6.4.2 含全氟烃基官能团的iCVD薄膜：性质和应用171
6.4.3 聚甲基丙烯酸羟乙酯（PHEMA）及其共聚物：性质和
应用174
6.4.4 有机硅烷和有机硅氮烷：性质和应用177
6.4.5 苯乙烯、4-氨基苯乙烯和二乙烯基苯的iCVD聚合物：性质
和应用181
6.4.6 二丙烯酸乙二醇酯（EGDA）和二甲基丙烯酸乙二醇酯
（EGDMA）的iCVD聚合物：性质和应用183
6.4.7 两性离子型聚合物和多离子型聚合物iCVD薄膜：性质
和应用184
6.4.8 iCVD“智慧表面”：性质和应用185
6.5 iCVD界面工程：黏附与接枝190
6.6 iCVD合成有机薄膜的反应装置192
6.7 iCVD总结和未来展望194
参考文献196
第7章 Cat-CVD设备运行中的物理基础与技术207
7.1 Ca-tCVD设备中气体流量的影响207
7.1.1 长圆柱形腔室准层流实验207
7.1.2 圆柱形腔室中SiH4的裂解概率209
7.2 决定薄膜均匀性的因素210
7.2.1 催化热丝与衬底之间几何关系的表达式210
7.2.2 薄膜厚度均匀性估算举例211
7.3 催化热丝的安装密度极限212
7.4 催化热丝的热辐射213
7.4.1 热辐射基础213
7.4.2 热辐射条件下衬底温度的控制214
7.4.3 CVD系统的热辐射216
7.5 催化热丝的污染217
7.5.1 催化热丝材料的污染217
7.5.2 其他杂质污染218
7.5.3 催化热丝释放杂质的流密度221
7.6 催化热丝的寿命及其延长方法221
7.6.1 引言221
7.6.2 钨催化热丝硅化物的形成222
7.6.3 钽催化热丝硅化物的形成227
7.6.4 钨表面渗碳抑制硅化物的形成229
7.6.5 钽催化热丝及延长其寿命的方法230
7.6.6 使用TaC延长寿命230
7.6.7 使用其他钽合金延长寿命231
7.6.8 钨催化热丝在含碳气氛中的寿命232
7.6.9 iCVD中使用的长寿命催化热丝234
7.7 腔室的清洁235
7.8 产业化生产设备现状237
7.8.1 用于化合物半导体的Ca-tCVD量产设备237
7.8.2 用于大面积沉积的量产型Ca-tCVD设备238
7.8.3 PET瓶涂膜用的Ca-tCVD设备241
7.8.4 其他产业化生产设备的原型机242
参考文献242
第8章 Cat-CVD技术的应用245
8.1 Ca-tCVD的历史概述：研究与应用245
8.2 在太阳电池中的应用246
8.2.1 硅和硅合金薄膜太阳电池246
8.2.2 c-Si太阳电池256
8.2.3 a-Si/c-Si异质结太阳电池259
8.3 在薄膜晶体管（TFT）中的应用262
8.3.1 a-SiTFT262
8.3.2 poly-SiTFT266
8.4 在钝化化合物半导体器件表面中的应用268
8.4.1 GaAs高电子迁移率晶体管（HEMT）的钝化268
8.4.2 甚高频晶体管的钝化269
8.4.3 半导体激光器的钝化270
8.5 在超大规模集成电路（ULSI）工业中的应用270
8.6 在其他器件（如有机器件）中作为阻气膜的应用271
8.6.1 OLED用无机阻气膜SiNx/SiOxNy271
8.6.2 无机/有机叠层阻气膜274
8.6.3 用于食品包装的阻气膜278
8.7 其他应用和目前Ca-tCVD应用总结
第9章 Cat-CVD系统中的活性基团及其应用286
9.1 高浓度H原子的产生和输运286
9.1.1 高浓度H原子的产生286
9.1.2 H原子的输运288
9.2 Ca-tCVD设备中H原子的清洁和刻蚀应用291
9.2.1 刻蚀c-Si291
9.2.2 碳污染表面的清洁292
9.3 H原子对光刻胶的去除作用294
9.4 H原子对金属氧化物的还原作用298
9.4.1 不同金属氧化物的还原298
9.4.2 H原子对金属氧化物半导体性能的调控299
9.5 H原子在液态浆料低温形成高电导金属线中的应用300
9.6 低温表面氧化——“催化氧化”301
9.7 低温表面氮化——c-Si和GaAs的“催化氮化”306
9.8 “催化化学溅射”：一种基于活性基团的新型薄膜沉积方法313
参考文献314
第10章 催化掺杂：一种新型低温掺杂技术316
10.1 引言316
10.2 催化掺杂现象的发现过程317
10.3 c-Si的低温和近表面磷掺杂318
10.3.1 近表面掺杂层的电性能测量318
10.3.2 催化掺杂杂质浓度分布的SIMS表征322
10.3.3 扩散系数的估算326
10.3.4 催化掺杂P原子的特性327
10.3.5 催化掺杂的机理330
10.4 c-Si的低温硼掺杂335
10.5 a-Si的催化掺杂338
10.6 催化掺杂技术的应用及可行性340
10.6.1 催化掺杂调控表面电势实现高质量钝化340
10.6.2 a-Si的催化掺杂及其在异质结太阳电池中的应用342
参考文献344
