等離子體放電與材料工藝原理(第二版)

等離子體放電與材料工藝原理(第二版) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

Michael,A.,Lieberman(邁剋爾,A.,力伯曼) ... 著,蒲以康 等 譯
圖書標籤:
  • 等離子體
  • 放電
  • 材料工藝
  • 錶麵處理
  • 薄膜技術
  • 材料科學
  • 物理化學
  • 等離子體物理
  • 工業應用
  • 第二版
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齣版社: 電子工業齣版社
ISBN:9787121280221
版次:2
商品編碼:12298194
包裝:平裝
叢書名: 經典譯叢?微電子學
開本:16開
齣版時間:2018-01-01
用紙:膠版紙
頁數:564
字數:902000
正文語種:中文

具體描述

編輯推薦

適讀人群 :本書可供等離子體物理領域的研究生以及從事集成電路和光電技術領域的科技研發人員參考學習。

近20年來,本書一直是加利福尼亞大學的授課教材。這本經典教材廣泛、深入地描述瞭關於等離子體的基本概念和基本原理,闡述瞭各種放電條件下的低氣壓、低溫等離子體中的主要物理和化學過程,分析瞭各種源的放電狀態。本書還詳細討論瞭低溫等離子體在半導體材料的刻蝕、薄膜沉積、離子注入等材料處理工藝方麵的應用,介紹瞭不同應用中計算各種放電參數的方法,分析瞭這些參數與工藝效果之間的關係。

內容簡介

本書反映瞭等離子體物理相關領域*新的研究進展,深入闡述瞭等離子體物理和化學的基本原理。書中應用基本理論來分析各種常見等離子體源的放電狀態,包括計算等離子體參數及分析等離子體參數與控製參數的相關關係。本書還討論瞭半導體材料的刻蝕,薄膜沉積,離子注入等低溫等離子體在材料處理方麵的應用,具有實際參考價值。全書共18章,內容包括等離子體的基礎知識、等離子體放電過程中的粒子平衡和能量平衡、容性和感性放電、波加熱的氣體放電、直流放電、刻蝕、沉積與注入、塵埃等離子體,以及氣體放電的動理論等。

作者簡介

Michael Lieberman教授分彆於1962年和1966年從麻省理工學院獲得學士和博士學位。1966年起執教於加州大學伯剋利分校電機係,從事等離子體方麵的教學和科研。1971年獲得伯剋利分校的傑齣教學奬。Lieberman教授是APS,AAAS,IEEE,AVS和IOP會士,並曾於1999年獲得IEEE plasma science and application奬,於2005年獲得von Engel奬,於2006年獲得APS的Will ALLIS奬。他是國際上公認的低溫等離子體領域**之一,與Alan Lichtenberg閤著的本書也成為低溫等離子體領域*廣泛使用的教材和科研用書。Allan Lichtenberg教授於1952年從哈佛大學獲得學士學位,1957年從麻省理工學院獲得碩士學位,1961年從牛津大學獲得博士學位。1957年起執教於加州大學伯剋利分校電機係。Lichtenberg教授是國際著名的高溫等離子體、等離子體放電和非綫性動力學領域的先驅,在相關領域發錶瞭約150篇文章並撰寫多本著作,其中包括Phase-Space Dynamics of Particles,該書已有俄文譯本。
Michael Lieberman教授分彆於1962年和1966年從麻省理工學院獲得學士和博士學位。1966年起執教於加州大學伯剋利分校電機係,從事等離子體方麵的教學和科研。1971年獲得伯剋利分校的傑齣教學奬。Lieberman教授是APS,AAAS,IEEE,AVS和IOP會士,並曾於1999年獲得IEEE plasma science and application奬,於2005年獲得von Engel奬,於2006年獲得APS的Will ALLIS奬。他是國際上公認的低溫等離子體領域**之一,與Alan Lichtenberg閤著的本書也成為低溫等離子體領域*廣泛使用的教材和科研用書。Allan Lichtenberg教授於1952年從哈佛大學獲得學士學位,1957年從麻省理工學院獲得碩士學位,1961年從牛津大學獲得博士學位。1957年起執教於加州大學伯剋利分校電機係。Lichtenberg教授是國際著名的高溫等離子體、等離子體放電和非綫性動力學領域的先驅,在相關領域發錶瞭約150篇文章並撰寫多本著作,其中包括Phase-Space Dynamics of Particles,該書已有俄文譯本。

目錄

第1章概述
1.1材料處理
1.2等離子體和鞘層
1.2.1等離子體
1.2.2鞘層
1.3放電
1.3.1射頻二極放電係統
1.3.2高密度等離子體源
1.4符號和單位

第2章等離子體的基本方程和平衡態性質
2.1引言
2.2場方程、電流和電壓
2.2.1麥剋斯韋方程組
2.3守恒方程
2.3.1玻爾茲曼方程
2.3.2宏觀量
2.3.3粒子數守恒方程
2.3.4動量守恒方程
2.3.5能量守恒方程
2.3.6小結
2.4平衡態性質
2.4.1玻爾茲曼關係式
2.4.2德拜長度
2.4.3準電中性
2.5習題

第3章原子碰撞
3.1基本概念
3.1.1彈性和非彈性碰撞
3.1.2碰撞參數
3.1.3微分散射截麵
3.2碰撞動力學
3.2.1質心坐標係
3.2.2能量轉移
3.2.3小角度散射
3.3彈性散射
3.3.1庫侖碰撞
3.3.2極化散射
3.4非彈性碰撞
3.4.1原子能級
3.4.2電偶極輻射和亞穩態原子
3.4.3電子碰撞電離截麵
3.4.4電子碰撞激發截麵
3.4.5離子-原子電荷轉移
3.4.6離子-原子碰撞電離
3.5分布函數下的平均值和錶麵效應
3.5.1麥剋斯韋分布下的平均值
3.5.2每産生一個電子-離子對所造成的能量損失
3.5.3錶麵效應
3.6習題

第4章等離子體動力學
4.1基本運動
4.1.1在均勻穩定場中的運動
4.1.2E×B漂移
4.1.3能量守恒
4.2非磁化等離子體動力學
4.2.1等離子體振蕩
4.2.2介電常數和電導率
4.2.3歐姆加熱
4.2.4電磁波
4.2.5靜電波
4.3導嚮中心運動
4.3.1平行力
4.3.2磁矩的絕熱不變性
4.3.3沿磁力綫運動産生的漂移(麯率漂移)
4.3.4由迴鏇運動産生的漂移(梯度漂移)
4.3.5極化漂移
4.4磁化等離子體動力學
4.4.1介電張量
4.4.2波的色散關係
4.5磁化等離子體中的波
4.5.1基本電子波
4.5.2包含離子運動的基本波
4.5.3CMA圖
4.6波診斷
4.6.1乾涉儀
4.6.2諧振腔微擾法
4.6.3波傳播法
4.7習題

第5章擴散和輸運
5.1基本關係式
5.1.1擴散和遷移率
5.1.2自由擴散
5.1.3雙極性擴散
5.2擴散方程的解
5.2.1邊界條件
5.2.2隨時間變化的解
5.2.3穩態平行闆解
5.2.4穩態圓柱形解
5.3低氣壓解
5.3.1變遷移率模型
5.3.2朗繆爾解
5.3.3經驗歸納解
5.4在磁場中的擴散過程
5.4.1雙極性擴散
5.5磁多極約束
5.5.1磁場結構分析
5.5.2等離子體約束
5.5.3泄漏寬度w
5.6習題

第6章直流鞘層
6.1基本概念和方程
6.1.1無碰撞鞘層
6.2玻姆鞘層判據
6.2.1對等離子體的要求
6.2.2預鞘層
6.2.3懸浮器壁的鞘層電位
6.2.4碰撞鞘層
6.2.5模擬結果
6.3高電壓鞘層
6.3.1闆形鞘層(Matrix Sheath)
6.3.2滿足蔡爾德定律的鞘層
6.4鞘層形成的廣義判據
6.4.1電負性氣體
6.4.2具有多種正離子的等離子體
6.5高電壓碰撞鞘層
6.6靜電探針診斷
6.6.1無碰撞鞘層中的平麵探針
6.6.2具有非麥剋斯韋分布電子時的情況
6.6.3無碰撞鞘層中的圓柱形探針
6.6.4雙探針和發射探針
6.6.5碰撞和直流磁場效應
6.6.6探針製作和探針電路
6.6.7隨時間變化電場中的探針
6.7習題

第7章化學反應和平衡
7.1引言
7.2能量和焓
7.3熵和吉布斯自由能
7.3.1吉布斯自由能
7.4化學平衡
7.4.1氣壓和溫度的影響
7.5異相平衡
7.5.1不同相之間的平衡
7.5.2在錶麵上的平衡
7.6習題

第8章分子碰撞
8.1引言
8.2分子結構
8.2.1分子的振動和轉動能級
8.2.2光學輻射
8.2.3負離子
8.3電子-分子碰撞反應
8.3.1分解
8.3.2分解電離
8.3.3分解復閤
8.3.4氫分子的例子
8.3.5分解電子吸附
8.3.6極化分解
8.3.7亞穩態負離子
8.3.8電子碰撞解離
8.3.9振動和轉動激發
8.3.10彈性散射
8.4重粒子之間的碰撞
8.4.1共振電荷轉移和非共振電荷轉移
8.4.2正負離子復閤
8.4.3復閤解離
8.4.4激發轉移
8.4.5化學鍵重排
8.4.6離子-中性粒子彈性散射
8.4.7三體過程
8.5反應速率和細緻平衡
8.5.1溫度的影響
8.5.2細緻平衡原理
8.5.3氧的一組數據
8.6發射光譜法和光學藉標測定
8.6.1發射光譜法
8.6.2光學藉標測定
8.6.3氧原子的光學藉標測定
8.7習題

第9章化學動力學與錶麵過程
9.1基元反應
9.1.1平衡常數之間的關係
9.2氣相動力學
9.2.1一級連串反應
9.2.2可逆反應
9.2.3有光子發射的雙分子化閤反應
9.2.4三體化閤反應
9.2.5三體正負離子復閤反應
9.2.6三體電子-離子復閤反應
9.3錶麵過程
9.3.1正離子中和反應和二次電子發射
9.3.2吸附和解吸附
9.3.3裂解
9.3.4濺射過程
9.4錶麵動力學
9.4.1中性粒子的擴散
9.4.2擴散損失率
9.4.3吸附和解吸附
9.4.4分解吸附和復閤解吸附
9.4.5物理吸附
9.4.6與錶麵的反應
9.4.7在錶麵上的反應
9.4.8錶麵動力學和損失概率
9.5習題

第10章放電過程中的粒子平衡和能量平衡
10.1引言
10.2電正性等離子體平衡態分析
10.2.1基本性質
10.2.2均勻密度的放電模型
10.2.3非均勻放電模型
10.2.4中性自由基的産生和損失
10.3電負性等離子體平衡態分析
10.3.1微分方程
10.3.2負離子的玻爾茲曼平衡
10.3.3守恒方程
10.3.4簡化方程的有效性
10.4電負性等離子體的近似平衡分析
10.4.1整體模型
10.4.2低氣壓下的拋物綫分布近似
10.4.3高氣壓下的平頂模型
10.5電負性等離子體放電實驗和數值模擬
10.5.1氧氣放電
10.5.2氯氣放電
10.6脈衝放電
10.6.1電正性氣體的脈衝放電
10.6.2電負性氣體的脈衝放電
10.6.3中性基團動力學過程
10.7習題

第11章容性放電
11.1均勻放電模型
11.1.1主等離子體區導納
11.1.2鞘層導納
11.1.3粒子平衡與能量平衡
11.1.4放電參數
11.2非均勻放電模型
11.2.1無碰撞鞘層動力學
11.2.2蔡爾德定律
11.2.3鞘層電容
11.2.4歐姆加熱
11.2.5隨機加熱
11.2.6自洽模型方程
11.2.7標度關係
11.2.8碰撞鞘層
11.2.9低電壓和中等電壓鞘層情況
11.2.10鞘層中的歐姆加熱
11.2.11自洽的無碰撞加熱模型
11.2.12雙頻和高頻放電
11.2.13電負性等離子體
11.3實驗與數值模擬
11.3.1實驗結果
11.3.2PIC數值模擬
11.3.3二次電子的作用
11.3.4模型的意義
11.4非對稱放電
11.4.1電容分壓器模型
11.4.2球殼模型
11.5低頻時的射頻鞘層
11.6電極處的離子轟擊能量
11.7磁增強的氣體放電
11.8匹配網絡和功率測量
11.8.1匹配網絡
11.8.2功率測量
11.9習題

第12章感性放電
12.1高密度、低氣壓等離子體
12.1.1感性等離子體源的結構
12.1.2功率吸收與工作參數狀態
12.1.3放電工作狀態與耦閤
12.1.4匹配網絡
12.2其他工作狀態
12.2.1低密度下的工作狀態
12.2.2容性耦閤
12.2.3滯迴現象和不穩定性
12.2.4功率轉移效率
12.2.5精確解
12.3盤香形綫圈等離子體源
12.4螺鏇共振器放電
12.5習題

第13章波加熱的氣體放電
13.1電子迴鏇共振等離子體
13.1.1特性和結構
13.1.2電子加熱
13.1.3波的共振吸收
13.1.4模型和數值模擬
13.1.5等離子體膨脹
13.1.6測量
13.2螺鏇波放電
13.2.1螺鏇波模式
13.2.2天綫耦閤
13.2.3螺鏇波吸收模式
13.2.4中性氣體貧化
13.3錶麵波放電
13.3.1平麵型錶麵波
13.3.2圓柱形錶麵波
13.3.3功率平衡
13.4習題

第14章直流放電
14.1輝光放電的定性描述
14.1.1正柱區
14.1.2陰極鞘層
14.1.3負輝光區和法拉第暗區
14.1.4陽極位降
14.1.5其他的放電特徵
14.1.6濺射和其他放電構形
14.2正柱區分析
14.2.1電子溫度Te的計算
14.2.2E和n0的計算
14.2.3動理學效應
14.3陰極鞘層分析
14.3.1真空擊穿
14.3.2陰極鞘層
14.3.3負輝區和法拉第暗區
14.4中空陰極管放電
14.4.1簡單放電模型
14.4.2在中空陰極管放電中的金屬氣化産物
14.5平麵磁控放電
14.5.1輝光放電濺射源的缺陷
14.5.2磁控放電結構
14.5.3放電模型
14.6電離物理氣相沉積
14.7習題

第15章刻蝕
15.1刻蝕的工藝指標和工藝過程
15.1.1等離子體刻蝕的工藝指標
15.1.2刻蝕工藝過程
15.2刻蝕反應動力學
15.2.1錶麵動力學過程
15.2.2放電動力學和負載效應
15.2.3化學反應框架
15.3用鹵素原子刻蝕矽
15.3.1氟原子産生的純化學刻蝕
15.3.2離子能量驅動的氟原子刻蝕
15.3.3CF4放電
15.3.4在原料氣體中添加O2和H2
15.3.5氯原子刻蝕
15.4其他刻蝕係統
15.4.1用F和CFx刻蝕二氧化矽
15.4.2Si3N4的刻蝕
15.4.3鋁的刻蝕
15.4.4銅的刻蝕
15.4.5光刻膠的刻蝕
15.5基片上的電荷積纍
15.5.1門氧化層的損壞
15.5.2接地的基片
15.5.3不均勻的等離子體
15.5.4刻蝕中的瞬時損傷
15.5.5電子陰影效應
15.5.6射頻偏壓
15.5.7刻蝕輪廓的畸變
15.6習題

第16章沉積與注入
16.1引言
16.2等離子體增強化學氣相沉積
16.2.1非晶矽的沉積
16.2.2二氧化矽的沉積
16.2.3氮化矽的沉積
16.3濺射沉積
16.3.1物理濺射沉積
16.3.2反應濺射沉積
16.4等離子體浸沒離子注入(PIII)
16.4.1無碰撞鞘層模型
16.4.2碰撞鞘層模型
16.4.3PIII方法在材料工藝中的應用
16.5習題

第17章塵埃等離子體
17.1物理現象的定性描述
17.2顆粒充電和放電平衡
17.2.1平衡電位和電荷
17.2.2放電平衡
17.3顆粒平衡
17.4塵埃顆粒的形成和生長
17.5物理現象及其診斷
17.5.1強耦閤等離子體
17.5.2塵埃聲波
17.5.3顆粒的受迫振動
17.5.4激光散射
17.6顆粒的清除或産生
17.7習題
第18章氣體放電的動理論
18.1基本概念
18.1.1兩項近似法
18.1.2剋魯剋碰撞算符
18.1.3有碰撞時的兩項動理論方程
18.1.4擴散和遷移率
18.1.5Druyvesteyn分布
18.1.6射頻電場中的電子分布函數
18.1.7等效電導率
18.2局域動理論
18.3非局域動理論
18.4準綫性擴散和隨機加熱
18.4.1準綫性擴散係數
18.4.2隨機加熱
18.4.3擴散張量與速度場隨機擴散模型的關係
18.4.4兩項動理論方程
18.5在趨膚層中的能量擴散
18.5.1隨機加熱
18.5.2等效碰撞頻率
18.5.3能量分布
18.6放電的動理論模型
18.6.1非麥剋斯韋分布時的整體模型
18.6.2感性耦閤等離子體
18.6.3容性耦閤等離子體
18.7習題
附錄A碰撞動力學
附錄B碰撞積分
附錄C變遷移率模型中的擴散方程的解
參考文獻
中英文術語對照錶

前言/序言

近20年來,本書一直是加利福尼亞大學的授課教材。這本經典教材廣泛、深入地描述瞭關於等離子體的基本概念和基本原理,闡述瞭各種放電條件下的低氣壓、低溫等離子體中的主要物理和化學過程,分析瞭各種源的放電狀態。本書還詳細討論瞭低溫等離子體在半導體材料的刻蝕、薄膜沉積、離子注入等材料處理工藝方麵的應用,介紹瞭不同應用中計算各種放電參數的方法,分析瞭這些參數與工藝效果之間的關係。

全書共18章,內容包括等離子體的基礎知識、等離子體放電過程中的粒子平衡和能量平衡、等離子體與錶麵的相互作用、等離子體診斷、電負性等離子體、脈衝等離子體、容性和感性放電、高頻及雙頻放電、波加熱的氣體放電、直流放電、刻蝕、沉積與注入、塵埃等離子體,以及氣體放電的動理論等。因此,除瞭作為課程教材以外,本書對於從事微(納)電子設備和材料處理工藝參數設計的科研人員也有很高的參考價值。


譯者序

我非常高興這本經典教材的中譯本能夠再次與讀者見麵。科學齣版社曾於2007年齣版過我們翻譯的一個版本,書名為《等離子體放電原理與材料處理》。幾年中兩次印刷閤計5000冊均已售罄。

近年來,我國大規模集成電路産業發展很快,産業需求對集成電路生産設備的開發和工藝的原始創新提齣瞭更高的要求。低溫等離子體技術是該産業不可缺少的核心技術之一,這本書作為國際上最全麵和最受歡迎的低溫等離子體教材,我們有必要將其中譯本進行全麵修訂和再次齣版發行。這次修訂工作主要由清華大學工程物理係的蒲以康教授和邱捷博士完成。邱捷博士和蒲以康教授還發現瞭英文原著(第10印次版本)中的多處錯誤,得到瞭原作者Lieberman和Lichtenberg教授的肯定。另外,張烜博士、鄭金華、顧猛智、雷誌铖、陳文聰、劉飛翔、程誌文、黃邦鬥、郭曉覓、嚮小雨和王藝璿等各位同學也對修訂工作做齣瞭不同程度的貢獻。

在這次修訂中, 對原中譯本的不準確或者錯誤的句子所做的修改甚至徹底重譯,多達幾韆處;更正瞭英文原著(第10印次版本)中的一些錯誤;另外也改正瞭原中譯本的大量印刷錯誤(主要在公式中)及圖錶中的一些錯誤; 統一並規範瞭英文術語的翻譯,並增加瞭中英文術語對照錶。中譯本的書名也做瞭改動,以求與英文原書名更相近。我們相信,兩年多的努力換來的是一本內容更精準、更易讀,製作細節更精良的教材。

初譯這本經典著作的人員包括:蒲以康(英文第一版和第二版前言,第1章、第7章、第18章,以及附錄A至附錄C,清華大學)、硃悉銘(第2章和第8章,哈爾濱工業大學)、郭誌剛(第3章和第15章)、王久麗(第4章和第16章)、毛誌國(第4章)、馮陽(第5章,美國加州大學伯剋利分校)、王旭(第6章和第14章,美國科羅拉多大學)、宋旭波(第9章)、馬傑(第10章至第13章,中山大學)、張榖令(第16章)、馬錦秀(第17章,中國科學技術大學)、陳宇(符號與下標縮寫含義,物理常數與轉換係數,實用公式)。蒲以康當時對全書稿進行瞭統一整理。

由於本書涉及的物理與化學內容廣泛,在本書初譯過程中,我們邀請瞭相關領域的一些專傢協助審校書稿。他們是:俞昌鏇院士(第5章、第6章及名詞和術語,中國科學技術大學)、文剋玲教授(第3章和第8章,清華大學)、硃祖凱先生(第10章中的部分內容,美國普林斯頓大學)、李亞棟院士(第7章,清華大學)、倪圖強博士[第15章,中微半導體設備(上海)有限公司]和高喆教授(第18章,清華大學)。另外,本書的作者之一Lieberman教授不厭其煩地為我們解答瞭很多問題,在此對他錶示深深的感謝。清華大學的曾實、張小章和李麗教授,美國休斯敦大學的Vincent Donnelly教授,復旦大學的徐學基教授,美國的嚴永欣博士,當時在清華大學工程物理係在讀的一些研究生、本科生及其他單位的研究生:李晶、蒲昱東、阿芒(Aman-ur-Rehman,巴基斯坦籍)、鬍大為、薛會、黃夢琦、王英,李靜等人,以及中國科學院力學研究所吳承康院士和物理研究所楊思澤研究員等人,都為本書的初譯版本做齣瞭貢獻,在此嚮他們錶示感謝。

本書的翻譯和修訂工作給我們提供瞭一個學習和提高自己能力的很好的機會。由於本書涉及的領域非常廣泛,加之我們在物理與中英文方麵知識的欠缺,翻譯不當之處在所難免,敬請讀者批評指正。

蒲以康2017年12月於清華大學

puyikang@tsinghua.edu.cn


Foreword to the Chinese Language Edition

It is a great pleasure to write a foreword to this Chinese language edition of our research monograph and textbook, “Principles of Plasma Discharges and Materials Processing. ” As noted in our first Preface written in 1994, plasma�瞓ased processes are indispensable for manufacturing in the electronics, aerospace, automotive,and biomedical industries. Plasma processing of materials will be even more important in the 21st century. The rise of a new world center of high�瞭ech manufacturing in China make this edition especially timely, for where manufacturing is established, research and development inevitably follow. This is especially true for the high�瞭ech plasma processing used in the electronics industry, from which we draw many of our examples. It is almost 60 years since the invention of the transistor, 50 years since the invention of the integrated circuit, and 30 years since the invention of the microprocessor. As innovation continues,“microelectronics” becomes “nanoelectronics”, placing incredible demands on the plasma technology used to deposit, pattern, and etch the films in modern microprocessors and memory technology. Hence there is a need for continued innovation in plasma processing to meet the requirements of the changing technology. The emphasis that we place on the fundamentals of these processes will be necessary to continuing progress in this rapidly changing field.

We are greatly indebted to Prof. YiKang Pu at Tsinghua University in Beijing, and to his collaborators,for their dedication to realizing the Chinese language edition of our book. They have been diligent in carefully reading and translating the text, and in correcting typographical and other errors that appear in the English language edition, so that the Chinese edition is even more “correct” than the English edition. We wish that our colleagues in China have a great success in advancing the technology of the plasma processing of materials.


Michael A. Lieberman

Allan J. Lichtenberg

November 8, 2006


中 譯 本 序

非常高興為這本教學和科研用書“等離子體放電與材料工藝原理”的中文版寫一個序。正如1994年我們在原著第一版的前言中寫到的那樣,在電子、 航空航天、汽車及生物醫療等工業領域,等離子體工藝技術是不可缺少的。在21世紀,等離子體材料處理技術將發揮更重要的作用。目前中國正在成為一個世界的高科技製造業中心,所以現在是本書齣版發行的一個大好時機。這是因為製造業的發展,必然會帶動研發工作。對於電子工業中基於等離子體的高新技術尤為如此。本書也列舉瞭許多這方麵的應用實例。大約在60年前人們



等離子體放電與材料工藝原理(第二版) 內容簡介 《等離子體放電與材料工藝原理(第二版)》是一部深度聚焦等離子體物理學在現代材料加工領域應用的權威著作。本書在前一版的基礎上,進行瞭全麵修訂與內容更新,旨在為讀者提供關於等離子體放電基礎理論、關鍵工藝參數以及其在各類材料改性與製備中應用的係統性、前沿性知識。本書不僅適閤高等院校相關專業的研究生及高年級本科生作為教材和參考書,也是從事等離子體應用、材料科學、錶麵工程、微電子製造、生物醫學工程等領域的研究人員與工程師不可或缺的工具書。 本書核心內容概述: 第一部分:等離子體放電基礎理論 本部分為全書的理論基石,詳細闡述瞭等離子體放電的産生機製、基本性質及錶徵方法。 等離子體的定義與分類: 深入剖析瞭等離子體的基本概念,即由部分或全部電離的氣體組成,呈現整體電中性的物質狀態。詳細介紹瞭按照溫度、密度、電離度等不同標準對等離子體進行的分類,包括熱等離子體、非平衡態等離子體、低氣壓等離子體、高氣壓等離子體等,並闡述瞭它們各自的物理特性與適用範圍。 等離子體放電的産生機製: 係統講解瞭各種等離子體放電模式的産生原理,如輝光放電、電弧放電、介質阻擋放電(DBD)、射頻(RF)放電、微波放電、電暈放電等。重點闡述瞭電子的加速、碰撞電離、激發、復閤等基本過程,以及氣體類型、電極結構、電源特性、氣壓、溫度等關鍵參數對放電特性的影響。 等離子體參數的錶徵: 介紹瞭用於測量和診斷等離子體特性的多種先進技術。這包括但不限於: 光譜診斷: 闡述瞭發射光譜(OES)、吸收光譜等方法如何用於確定等離子體中的活性粒子種類、數密度、激發溫度等。 電學診斷: 講解瞭朗繆爾探針、射頻信號探測等技術在測量電子溫度、電子密度、空間電勢等方麵的原理與應用。 激光診斷: 介紹如激光誘導熒光(LIF)、湯姆遜散射等高級診斷手段,它們能夠提供更精確、更實時的等離子體參數信息。 其他診斷方法: 涵蓋瞭質譜、粒子探測器等在分析等離子體成分與能量分布中的作用。 等離子體中的物理化學過程: 深入探討瞭在等離子體環境中發生的復雜物理化學反應。這包括: 電子碰撞過程: 詳細分析瞭電子與氣體分子、原子發生的電離、激發、離解、附著等各種碰撞過程的截麵和能量依賴性。 離子-分子反應: 闡述瞭等離子體中存在的各種離子化學反應,如電荷轉移、加閤物形成、解離等,這些反應是活性粒子産生與消失的重要途徑。 自由基的生成與損耗: 重點分析瞭等離子體中各種高活性自由基(如O, H, OH, CFx等)的産生機理、在氣相中的傳輸與反應,以及在錶麵上的沉積與結閤過程。 輻射過程: 討論瞭等離子體發光、紫外輻射以及其他形式的輻射對材料的影響。 第二部分:等離子體工藝原理與應用 本部分將理論與實踐相結閤,詳細介紹瞭不同類型的等離子體工藝及其在材料製備、改性與加工中的具體應用。 等離子體錶麵處理技術: 等離子體刻蝕(Etching): 詳細講解瞭物理刻蝕(如離子束刻蝕)和化學刻蝕(如反應離子刻蝕 RIE)的機理。重點分析瞭反應氣體選擇、工藝參數(功率、壓力、氣體流量、溫度)對刻蝕速率、選擇性、各嚮異性及錶麵形貌的影響。在微電子製造(矽、介質、金屬層刻蝕)、MEMS器件加工等領域有著廣泛應用。 等離子體沉積(Deposition): 等離子體增強化學氣相沉積(PECVD): 深入解析瞭PECVD的原理,即利用等離子體激活反應前驅體,在較低溫度下實現薄膜沉積。重點介紹不同腔體設計(如平行闆、同軸)、射頻電源匹配、工藝氣體(SiH4, NH3, CH4, C2H2, HMDSO等)的選擇,以及沉積薄膜(如a-Si:H, SiNx:H, a-C:H, SiO2等)的結構、性能及其在太陽能電池、顯示器、光電器件、封裝等領域的應用。 濺射沉積(Sputtering): 講解瞭物理氣相沉積(PVD)中的濺射過程,包括直流(DC)濺射、射頻(RF)濺射、磁控濺射等。分析瞭靶材種類、氣體種類、功率、襯底偏壓等因素對薄膜成分、生長速率、緻密性、應力、錶麵形貌及光學、電學、磁學性能的影響。廣泛應用於導電膜、光學膜、耐磨塗層、磁記錄介質等。 原子層沉積(ALD): 介紹瞭ALD作為一種超薄、超均勻、高保形性薄膜沉積技術,其基於脈衝式前驅體輸送和錶麵自限性反應的原理。重點討論瞭ALD在半導體器件(如高k柵介質、阻擋層)、催化劑、傳感器等領域的關鍵作用。 等離子體錶麵改性(Modification): 等離子體活化(Activation)與清潔(Cleaning): 講解瞭等離子體如何通過引入含氧、含氮等活性物種,改變材料錶麵化學鍵結構,提高錶麵能,增強錶麵粘附性、浸潤性。廣泛應用於聚閤物、織物、陶瓷、金屬等材料的粘接、塗覆、印刷前預處理。闡述瞭等離子體在去除有機汙染物、氧化層等方麵的清潔機理。 等離子體聚閤(Polymerization): 介紹瞭利用低分子量單體在等離子體作用下聚閤形成薄膜或塗層的技術。重點討論瞭等離子體聚閤薄膜的成分(通常是高度交聯、富含自由基的無定形聚閤物)、結構與性能,以及其在生物醫學(如抗菌塗層、生物相容性錶麵)、光學、電子器件等領域的應用。 等離子體植入(Implantation): 簡述瞭等離子體放電産生的離子直接轟擊材料錶麵,改變其化學成分和結構,從而提升硬度、耐磨性、耐腐蝕性等性能的原理。 等離子體氮化/碳化(Nitriding/Carburizing): 講解瞭在含氮或含碳等離子體環境中,通過擴散過程使錶麵層富含氮或碳,從而提高金屬材料錶麵硬度、耐磨性、耐疲勞性的工藝。 等離子體在特定材料領域的應用: 半導體與微電子: 深入探討瞭等離子體在芯片製造中的核心應用,包括晶圓清洗、光刻膠刻蝕、薄膜沉積(如介質層、柵極材料、互連綫)、錶麵活化、光刻掩模製造等。 薄膜太陽能電池: 詳細分析瞭PECVD等工藝在非晶矽、CIGS、CdTe等薄膜太陽能電池中關鍵功能層(如緩衝層、窗口層、減反射層)的製備,以及等離子體處理對電池效率和穩定性的影響。 顯示技術: 介紹瞭等離子體在TFT-LCD、OLED顯示器製造中的應用,如薄膜晶體管的溝道層、絕緣層、電極材料的沉積與刻蝕。 生物醫學材料: 探討瞭等離子體在改善生物相容性、抗菌性、藥物緩釋、組織工程支架製備等方麵的應用,例如等離子體聚閤的生物活性塗層、等離子體處理的骨科植入物錶麵。 先進塗層技術: 涵蓋瞭等離子體在製備超硬塗層(如TiN, CrN, Al2O3)、耐磨塗層、耐腐蝕塗層、低摩擦塗層、光學功能膜、導電/絕緣膜等方麵的最新進展。 錶麵處理與功能化: 總結瞭等離子體在紡織品、紙張、塑料、橡膠、金屬、玻璃等材料錶麵功能化的應用,如提高親水/疏水性、抗靜電性、阻隔性、染色性等。 第三部分:等離子體工藝的優化與發展趨勢 本部分著眼於如何更好地理解和控製等離子體工藝,並展望瞭未來的發展方嚮。 工藝參數優化與模擬: 強調瞭通過實驗設計(DOE)、統計分析等方法優化等離子體工藝參數,以獲得最佳材料性能。介紹瞭等離子體物理和化學過程的數值模擬工具,如流體力學模擬、粒子模擬(PIC-MCC)、化學動力學模擬等,它們能夠幫助深入理解等離子體行為,指導工藝開發。 新型等離子體源與技術: 介紹瞭近年來發展起來的新型等離子體源,如微等離子體、等離子體射流、柔性等離子體等,以及它們在微納製造、生物醫學、環境治理等領域的新興應用。 過程監控與控製: 討論瞭在綫監測技術(如實時光譜、阻抗監測)在等離子體工藝過程中的作用,以及閉環反饋控製在提高工藝穩定性和重復性方麵的意義。 環境與能源相關應用: 探討瞭等離子體在環境汙染治理(如廢氣淨化、水處理)、等離子體催化、等離子體輔助燃燒等方麵的潛在應用。 《等離子體放電與材料工藝原理(第二版)》的特色: 理論體係完整: 從基礎的等離子體物理齣發,逐步深入到復雜的材料加工過程,邏輯清晰,體係完整。 內容更新及時: 充分反映瞭近年來等離子體科學與技術領域的最新研究成果和技術進展,特彆是在PECVD、ALD、介質阻擋放電等方麵的突破。 圖文並茂,深入淺齣: 結閤大量的示意圖、照片、實驗數據和理論模型,幫助讀者直觀理解抽象的物理化學過程。 應用導嚮明確: 詳細介紹等離子體工藝在半導體、新能源、生物醫學、先進製造等高科技領域的實際應用案例,突顯其重要的工程價值。 理論聯係實際: 既講解瞭深刻的理論原理,也提供瞭豐富的工藝參數選擇和優化建議,有助於工程師直接應用於實際生産。 本書將帶領讀者全麵而深入地認識等離子體這一神奇的物質形態,並掌握其在革新材料工藝、推動技術進步中的強大力量。

用戶評價

評分

在接觸到一些關於等離子體處理的文獻時,我常常會感到睏惑於某些術語和概念的理解。例如,對於等離子體鞘層、鞘層電勢、希區柯剋效應等專業術語,我雖然有所耳聞,但對其內在的物理含義和在材料加工過程中的具體作用理解得不夠透徹。我希望這本書能夠為我提供一個清晰、易於理解的解釋。這不僅僅是簡單的概念堆砌,而是要能夠深入到物理現象的本質。比如,等離子體鞘層是如何形成的?它對材料錶麵的離子轟擊和中性粒子注入有著怎樣的影響?這些過程又是如何最終決定瞭材料的錶麵形貌、化學成分和物理性能的?我希望書中能夠通過圖示、公式推導或者案例分析等多種方式,將這些復雜的物理過程生動地呈現齣來,讓我能夠真正掌握這些核心概念。此外,對於不同類型等離子體放電在産生高能粒子方麵的差異,以及這些差異如何影響其在材料改性中的效果,我也希望能有深入的探討。

評分

在實際工作的過程中,我經常會遇到一些與材料錶麵處理相關的問題,比如如何提高材料的附著力、耐磨性,或者賦予材料特殊的導電、疏水等功能。我深知,很多這些性能的提升,都與材料錶麵的微觀結構和化學成分息息相關,而等離子體處理恰恰是一種能夠精準調控材料錶麵狀態的有效手段。例如,在一些高性能塗層的製備中,等離子體聚閤技術能夠形成緻密的、具有特定化學鍵閤結構的薄膜,從而顯著改善基材的性能。然而,要實現這些精細的調控,就必須對等離子體的産生過程、等離子體中的活性粒子種類和密度、以及等離子體與材料錶麵之間的相互作用機製有深刻的理解。我希望這本書能夠詳細闡述這些關鍵的“原理”,例如不同類型等離子體放電(如輝光放電、射頻放電、微波放電等)的生成機製、其各自的特點和適用範圍,以及這些放電過程中産生的電子、離子、自由基等活性粒子的物理化學性質。同時,我也期待書中能有關於等離子體參數(如功率、頻率、氣體種類、壓力等)如何影響放電特性和處理效果的深入分析,這對於我未來在實際操作中優化工藝參數、解決生産難題將具有直接的指導意義。

評分

我對等離子體技術在新型功能材料開發中的潛力感到非常興奮。近年來,隨著納米科技的飛速發展,等離子體技術也被越來越多地應用於納米材料的閤成和錶麵改性。例如,通過等離子體放電,可以有效地製備齣尺寸均一、形貌可控的納米顆粒,或者在材料錶麵形成具有特殊納米結構的區域。這些納米結構和納米材料,往往能夠展現齣許多宏觀材料所不具備的獨特光學、電學、磁學或催化性能,為開發新一代的高科技産品提供瞭可能。我非常好奇,這本書是否會涵蓋這些前沿的應用方嚮。具體來說,我希望能夠瞭解到等離子體技術在製備納米粉末、納米綫、納米薄膜等方麵的具體方法和原理。此外,對於如何利用等離子體對現有材料進行納米化的改性,比如通過刻蝕技術在材料錶麵形成納米孔洞陣列,或者通過沉積技術在其錶麵構建納米尺度的功能層,我也希望能有詳細的介紹。這些內容如果包含在書中,將極大地拓展我對等離子體技術應用邊界的認識,並可能激發我新的研究思路。

評分

隨著科技的不斷進步,等離子體技術在工業界的普及程度也在日益提高。從大規模的工業生産,到精密的實驗室研究,等離子體都扮演著越來越重要的角色。我一直關注著等離子體在各個領域的最新進展,並希望能夠通過學習相關的專業書籍,跟上這一技術發展的步伐。對於《等離子體放電與材料工藝原理(第二版)》這本書,我特彆希望能看到它在“材料工藝”方麵的內容是否足夠詳盡和具有實踐指導意義。我非常關注書中是否會介紹一些具體的等離子體工藝流程,例如如何選擇閤適的等離子體源、如何設計等離子體反應器、如何控製工藝參數以獲得預期的材料性能等。同時,我也期待書中能夠探討不同材料(如金屬、陶瓷、聚閤物、半導體等)在等離子體處理過程中所錶現齣的特性差異,以及針對這些差異,如何選擇和優化等離子體工藝。如果書中能夠包含一些典型的工藝案例,並對其背後的原理進行深入剖析,那將對我理解和應用等離子體技術解決實際生産問題非常有幫助。

評分

這本書的封麵設計相當樸實,沒有太多花哨的裝飾,但正是這種沉穩的風格,讓我對它所承載的專業知識充滿瞭期待。我一直對等離子體這種奇特的物質形態及其在各種工業過程中的應用深感好奇,尤其是在材料加工領域。從我個人的經驗來看,很多先進材料的製備和錶麵處理,都離不開等離子體技術的介入。比如,在半導體製造中,刻蝕和沉積過程對等離子體的特性有著極其嚴苛的要求;在生物醫學領域,等離子體也被用於消毒、傷口愈閤甚至基因治療。所以,當我看到這本《等離子體放電與材料工藝原理(第二版)》時,我立刻聯想到瞭一些我曾經閱讀過但不夠深入的文獻,以及一些在工作中遇到但未能完全理解的技術細節。我希望這本書能夠填補我在這些方麵的知識空白,為我提供一個係統、深入的理論框架,讓我能夠更好地理解等離子體放電的基本物理機製,以及這些機製如何被巧妙地應用於各種材料的加工過程中。這本書的標題中“原理”二字,更是讓我相信它不會僅僅停留在現象的描述,而是會深入探討背後的物理規律,這對於我這種希望知其然更知其所以然的讀者來說,是至關重要的。

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