（1）金刚石PC薄膜

金刚石PC薄膜的禁带宽，电阻率和热导率大，载流子迁移率高，介电常数小，击穿电压高，是一种性能优异的电子PC薄膜功能材料，应用前景十分广阔。 金刚石PC薄膜有很多优异的性质：硬度高、耐磨性好、摩擦系数高、化学稳定性好、热导率高、热膨胀系数小，是优良的绝缘体。金刚石PC薄膜属于立方晶系，面心立方晶胞，每个晶胞含有8个C原子，每个C原子采取sp3杂化与周围4个C原子形成共价键，牢固的共价键和空间网状结构是金刚石硬度很高的原因。利用它的高导热率，可将它直接积在硅材料上成为既散热又绝缘的薄层，是高频微波器件、超大规模集成电路最理想的散热材料。利用它的电阻率大，可以制成高温工作的二极管，微波振荡器件和耐高温高压的晶体管以及毫米波功率器件等。

金刚石PC薄膜制备的基本原理是：在衬底保持在800~1000℃的温度范围内，化学气相沉积的石墨是热力学稳定相，而金刚石是热力学不稳定相，利用原子态氢

刻蚀石墨的速率远大于金刚石的动力学原理，将石墨去除，这样最终在衬底上沉积的是金刚石PC薄膜。金刚石PC薄膜的许多优良性能有待进一步开拓，我国已将金刚石PC薄膜纳入863新材料专题进行跟踪研究并取得了很大进展。

（2）铁电PC薄膜

铁电PC薄膜的制备技术和半导体集成技术的快速发展，推动了铁电PC薄膜及其集成器件的实用化。铁电材料已经应用于铁电动态随机存储器(FDRAM)、铁电场效应晶体管( FEET)、铁电随机存储器( FFRAM)、IC卡、红外探测与成像器件、超声与声表面波器件以及光电子器件等十分广阔的领域。铁电PC薄膜的制作方法一般采用溶胶-凌胶法、离子束溅射法、磁控溅射法、有机金属化学蒸汽沉积法、准分子激光烧蚀技术等。已经制成的晶态PC薄膜有铌酸锂、 铌酸钾、钛酸铅、钛酸钡、钛酸锶、氧化铌和锆钛酸铅等，以及大量的铁电陶瓷PC薄膜材料。

（3）氮化碳PC薄膜

美国伯克利大学物理系的M.L.Cohen教授以b-Si3N4晶体结构为出发点，预言了一种新的C-N化合物b-Si3N4，Cohen计算出b-Si3N4b-C3N4是一种晶体结构类似于b-Si3N4，具有非常短的共价键结合的C-N化合物，其理论模量为

4.27Mbars，接近于金刚石的模量4.43 Mbars。随后,不同的计算方法显示b-Si3N4具有比金刚石还高的硬度，不仅如此，b-Si3N4还具有一系列特殊的性质，引起了科学界的高度重视，目前世界上许多著名的研究机构都集中研究这一新型物质。

b-Si3N4的制备方法主要有激光烧蚀法、溅射法、高压合成、等离子增强化学气相沉积、真空电弧沉积、离子注入法等多种方法。在CNx膜的诸多性能中，最吸引人的可能超过金刚石的硬度，尽管现在还没有制备出可以直接测量其硬度的CNx晶体，但对CNx膜硬度的研究已有许多报道。

（4）半导体PC薄膜复合材料

以非晶硅氢合金PC薄膜（a—Si：H）和非晶硅基化物PC薄膜（a—SiGe：H、a—SiC：H、a—SiN：H等）为代表。它有良好的光电特性，可以应用于太阳能电池，其特点是：廉价、高效率和大面积化。为了改善这些器件的性能，又研制了多晶硅膜、微晶硅膜及纳米晶硅PC薄膜。这些器件已列入各国发展计划中，如日本的阳光计划，欧洲的焦耳—热量计划，美国的百万屋顶计划，中国的973和863计划，

并已发展成为高新技术产业，另一项有发展前途的是Cu（1nGa）Se2（小面积效率＞18．8％）及口为16．4％的CdTePC薄膜太阳电池也列入国家863计划。这类半导体PC薄膜复合材料，特别是硅PC薄膜复合材料已开始用于低功耗、低噪声的大规模集成电路中，以减小误差，提高电路的抗辐射能力。

（5）超晶格PC薄膜材料

随着半导体PC薄膜层制备技术的提高，当前半导体超晶格材料的种类已由原来的砷化镓、镓铝砷扩展到铟砷、镓锑、铟铝砷、铟镓砷、碲镉、碲汞、锑铁、锑锡碲等多种。组成材料的种类也由半导体扩展到锗、硅等元素半导体，特别是今年来发展起来的硅、锗硅应变超晶格，由于它可与当前硅的前面工艺相容和集成，格外受到重视，甚至被誉为新一代硅材料。

半导体超晶格结构不仅给材料物理带来了新面貌，而且促进了新一代半导体器件的产生，除上面提到的可制备高电子迁移率晶体管、高效激光器、红外探测器外，还能制备调制掺杂的场效应管、先进的雪崩型光电探测器和实空间的电子转移器件，并正在设计微分负阻效应器件、隧道热电子效应器件等，它们将被广泛应用于雷达、电子对抗、空间技术等领域。

（6）纳米复合PC薄膜材料

随着纳米材料的出现，纳米PC薄膜（涂层）技术也得到相应的发展。时至今日，已从单一材料的纳米PC薄膜转向纳米复合PC薄膜的研究，PC薄膜的厚度也由数微米发展到数纳米的超PC薄膜。

纳米复合PC薄膜是指由特征维度尺寸为纳米数量级（1～100nm）的组元镶嵌于不同的基体里所形成的复合PC薄膜材料，有时也把不同组元构成的多层膜如超晶格称为纳米复合PC薄膜，它具有传统复合材料和现代纳米材料两者的优越性。

到目前为止，概括起来纳米复合材料可分为三种类型：①0-0复合，即不同成分、不同相或不同种类的纳米粒子复合而成的纳米固体，通常采用原位压块、 相转变等方法实现，结构具有纳米非均匀性，也称为聚集型；②0-2复合，即把纳米粒子分散到二维的PC薄膜材料中，它又可分为均匀弥散和非均匀弥散两类，称为纳米复合PC薄膜材料。有时，也把不同材质构成的多层膜如超晶格也称为纳米复合PC薄膜材料。③0-3复合，即纳米粒子分散在常规三维固体中。另外，介孔固体亦可作为复合母体通过物理或化学方法将纳米粒子填充在介孔中，形成介孔复合

的纳米复合材料。

纳米复合PC薄膜是一类具有广泛应用前景的纳米材料，按用途可分为两大类，即纳米复合功能PC薄膜和纳米复合结构PC薄膜。前者主要利用纳米粒子所具有的光、电、磁方面的特异性能 ，通过复合赋予基体所不具备的性能，从而获得传统PC薄膜所没有的功能。而后者主要通过纳米粒子复合提高机械方面的性能。由于纳米粒子的组成、性能、工艺条件等参量的变化都对复合PC薄膜的特性有显著的影响，因此可以在较多自由度的情况下人为地控制纳米复合PC薄膜的特性。

组成复合PC薄膜的纳米粒子可以是金属、半导体、绝缘体、有机高分子等材料，而复合PC薄膜的基体材料可以是不同于纳米粒子的任何材料。人们采用各种物理和化学方法先后制备了一系列金属/绝缘体、半导体/绝缘体、金属/半导体、金属/高分子、半导体/高分子等纳米复合PC薄膜。特别是硅系纳米复合PC薄膜材料得到了深入的研究，人们利用热蒸发、溅射、等离子体气相沉积等各种方法制备了Si/SiOx、Si/a-Si：H、Si/SiNx、Si/SiC等纳米镶嵌复合PC薄膜。尽管目前对其机制不十分清楚，却 有大量实验现象发现在此类纳米复合PC薄膜中观察到了强的从红外到紫外的可见光发射。由于这一类PC薄膜稳定性大大高于多孔硅，工艺上又可与集成电路兼容，因而被期待作为新型的光电材料应用于大规模光电集成电路。

由于纳米复合PC薄膜的纳米相粒子的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效 应等使得它们的光学性能、电学性能、力学性能、催化性能、生物性能等方面呈现出常规材 料不具备的特性。因此，纳米复合PC薄膜在光电技术、生物技术、能源技术等各个领域都有广 泛的应用前景。现以硅系纳米复合PC薄膜材料为例介绍它们的特性及