热处理对离子束溅射SiO2薄膜结构特性的影响分析

采用离子束溅射沉积技术,在熔融石英基底上制备了SiO2薄膜,研究了热处理对离子束溅射SiO2薄膜结构特性的影响。热处理温度对表面粗糙度影响较大,低温热处理可降低表面粗糙度,高温热处理则增大表面粗糙度,选择合适的热处理温度,可以使表面粗糙度几乎不变。采用X射线衍射仪（XRD）物相分析方法,分析了热处理对离子束溅射SiO2薄膜的无定形结构特性的影响,当退火温度为550 ℃,离子束溅射SiO2薄膜的短程有序范围最大、最近邻原子平均距离最小,与熔融石英基底很接近,结构稳定。实验结果表明,采用合适的热处理温度,能大大改善离子束溅射SiO2薄膜的结构特性。     

热处理对双离子束溅射SiO2薄膜力学及热力学特性的影响

光学薄膜的力学及热力学特性决定了光学系统性能的优劣。采用双离子束溅射的方法在硅110和肖特石英Q1基底上制备了SiO2薄膜,并对制备的膜层进行退火处理。系统研究了热处理前后SiO2薄膜的力学及热力学特性。研究结果表明,750℃退火条件下SiO2薄膜的弹性模量（Er）增加到72 GPa,膜层硬度增加到10 GPa。镀完后未经退火处理的SiO2薄膜表现为压应力,但是应力值在退火温度达到450℃以上时急剧降低,说明热处理有助于改善SiO2薄膜内应力。经退火处理的SiO2薄膜泊松比（vf）为0.18左右。退火前后SiO2薄膜的杨氏模量（Ef）都要比石英块体材料大,并且750℃退火膜层杨氏模量增加了50 GPa以上。550℃退火的SiO2薄膜热膨胀系数（f）从6.7810-7℃-1降到最小值5.2210-7℃-1。     

离子束溅射氧化钽薄膜光学特性的热处理效应

主要研究了离子束溅射制备的氧化钽薄膜在大气氛围下热处理对其光学特性的影响规律。实验中热处理温度范围的选择为150~550℃,间隔为200℃。研究中分别采用介电常数的Cody-Lorentz色散模型和振子模型对氧化钽薄膜的能带特性（1~4 eV）和红外波段（400~4 000 cm-1）的微结构振动特性进行了表征。研究结果表明,在150℃和350℃之间出现热处理温度转折点,即热处理温度高于此值时消光系数增加。Urbach能量的变化与消光系数趋势相同,而禁带宽度的变化与消光系数恰好相反。通过红外微结构振动特性分析,薄膜中仍存在亚氧化物的化学计量缺陷。     

离子束溅射宽带吸收薄膜设计与制备技术研究

Si薄膜在可见光和近红外波段具有一定的吸收特性,可用于宽带吸收薄膜的制备。采用离子束溅射技术,在熔融石英基底上制备了不同沉积工艺参数的Si薄膜,基于透、反射光谱和椭偏光谱的全光谱数值拟合法,计算了Si薄膜的光学常数,并研究了氧气、氮气流量对其光学特性的影响。选择Si和Ta2O5作为高折射率材料、SiO2作为低折射率,设计了吸收率为2%和10%的宽带（1 000~1 400 nm）吸收薄膜。采用离子束溅射沉积技术,在熔融石英基底上制备了宽带吸收薄膜,对于A=2%的宽带吸收光谱,在1 064、1 200、1 319 nm的吸收率分别为2.12%、2.15%和2.22%;对于A=10%的宽带吸收光谱,在1 064、1 200、1 319 nm的吸收率分别为9.71%、8.35%和9.07%。研究结果对于吸收测量仪、光谱测试仪等仪器的定标具有重要的作用。     

磁控溅射的TaN薄膜的扩散阻挡性能

用反应磁控溅射方法在SiO2/Si(100)衬底和Cu薄膜间溅射一层TaN阻挡层,测试不同N气分压及热处理温度下Cu/TaN/SiO2/Si薄膜的显微结构和电阻特性.同时利用微细加工技术加工了镂空的Cu互连叉指测试结构,研究了TaN薄膜在镂空的铜互连结构中的扩散阻挡性能.结果发现,在退火温度不超过400 ℃时,薄膜电阻率均低于80μΩ·cm,而当溅射N分压超过10%,退火温度超过400℃时,薄膜电阻率很快上升.低N气分压下(≤10%)溅射时,即使退火温度达到600 ℃,薄膜电阻基本不变.     

离子束溅射制备氧化物薄膜沉积速率调整方法

采用正交试验设计方法,系统研究了离子束溅射HfO2、Ta2O5 和SiO2 薄膜的沉积速率与工艺参数（基板温度、离子束压、离子束流和氧气流量）之间的关联性。采用正交表L9（34）设计了9 组实验,采用时间监控的离子束溅射沉积方法,分别制备HfO2、Ta2O5 和SiO2 薄膜,并对三种薄膜的27 个样品采用椭圆偏振法测量并计算物理厚度,继而获得沉积速率。实验结果表明:对Ta2O5 和SiO2 薄膜沉积速率影响的工艺参数相同,影响权重从大到小依次为离子束流、离子束压、氧气流量和基板温度;对 HfO2 薄膜沉积速率影响的工艺参数按权重从大到小依次为离子束流、离子束压、基板温度和氧气流量。研究结果为调整HfO2、Ta2O5 和SiO2 薄膜沉积速率提供了依据。     

不同沉积方式SiO2薄膜的自然时效特性

SiO2薄膜是光学薄膜领域内常用的重要低折射率材料之一。文中采用不同沉积技术在Si基底上制备了SiO2薄膜,并研究了它们光学特性的自然时效特性。采用不同贮存时间的椭偏光谱表征SiO2薄膜的光学特性,随着时间的增加,EB-SiO2薄膜和IAD-SiO2薄膜的物理厚度和光学厚度随着增加,但IBS-SiO2薄膜随着减小,变化率分别为1.0%,2.3%和-0.2%。当贮存时间达到120天时,IBS-SiO2薄膜、EB-SiO2薄膜和IAD-SiO2薄膜的物理厚度和光学厚度趋于稳定。实验结果表明,IBS-SiO2薄膜的光学特性稳定性最好,在最外层保护薄膜选择中,应尽可能选择离子束溅射技术沉积SiO2薄膜。     

离子溅射技术对增透膜性能的影响

在薄膜的制备方面,目前有三大技术比较流行:电子枪(真空蒸发的主要方法)、离子辅助(离子镀技术)和离子束溅射(溅射技术的方法之一).对于这三种技术的一般特性,各种文献中都有介绍和说明,但对于薄膜的具体性能的影响则报导很少.我们曾研究了离子辅助沉积技术对薄膜性能的影响,本文是对该研究的补充,着重研究离子束溅射技术对制备增透膜性能的影响,如薄膜的表面形貌、薄膜的折射率、薄膜的弱吸收等,并对比在这几种工艺条件下制备的薄膜性能的优缺点,指出离子束溅射技术的固有特点和在制备薄膜产品中的局限性.本文在对薄膜性能的分析中采用了新的分析手段,如原子力显微镜、表面热透镜技术、X射线衍射技术.(OH13)     

氧气氛退火对BST薄膜电阻热敏特性的影响

利用氩离子束镀膜技术在 SiO2/Si 衬底上淀积 BST 薄膜,研究了氧气氛下退火对 BST 薄膜热敏特性的影响。结果表明,当退火温度不太高时(≤600℃),薄膜热敏特性随退火温度升高而变差;但当退火温度较高时(>600℃),薄膜热敏特性随退火温度升高而得到改善。在室温至 200℃范围内 BST 薄膜具有较好的热敏特性,其温度系数最大值为–5.3 %℃–1。并利用 SEM 和 AES 分析了退火条件对薄膜电阻热敏特性的影响机理。     

离子束溅射参数与Ta2O5薄膜特性的关联性

离子束溅射技术是制备Ta2O5薄膜的重要技术之一。采用正交试验设计方法,系统研究了Ta2O5薄膜的折射率、折射率非均匀性、消光系数、沉积速率和应力与工艺参数（基板温度、离子束压、离子束流和氧气流量）之间的关联性。通过使用分光光度计和椭圆偏振仪测量Ta2O5薄膜透过率光谱和反射椭偏特性,再利用全光谱反演计算的方法获得薄膜的折射率、折射率非均匀性、消光系数和物理厚度。Ta2O5薄膜的应力通过测量基底镀膜前后的表面变形量计算得到。实验结果表明:基板温度是影响Ta2O5薄膜特性的共性关键要素,其他工艺参数的选择与需求的薄膜特性相关。研究结果对于制备不同应用的Ta2O5薄膜制备工艺参数选择具有指导意义。     

退火温度对PZT薄膜电容器性能的影响

通过简单的溶胶–凝胶法和快速热处理工艺,获得了在Pt/Ti/SiO2/Si基片上生长良好的PZT薄膜。制膜工艺简单,不需要回流和高温去结晶水,即可获得(111)择优取向的PZT薄膜。PZT薄膜经快速热处理在550~650℃退火,薄膜致密和平滑,均具有良好的铁电和介电特性,其最佳退火温度为600℃。     

后处理工艺对PCT薄膜形貌与结构的影响

采用射频磁控溅射技术,利用快速退火工艺制备出了大面积(φ120 mm)表面光滑、连续、均匀的(Pb,Ca)TiO3(PCT)薄膜。原子力显微镜和X射线衍射分析结果表明,快速退火处理工艺较常规退火处理工艺具有晶化温度低、晶化时间短、薄膜结晶性能好、易与微电子工艺兼容等优点。经500～550快速退火处理后,PCT薄膜已完全形成钙钛矿结构,最佳晶化温度约为550。     

退火温度对WO_3薄膜结构及气敏性能的影响

采用直流磁控溅射法制备了WO3薄膜,并在350~550℃时对薄膜进行退火处理,研究了退火温度对薄膜结构及气敏性能的影响。结果表明:退火前及350℃退火后的薄膜为非晶态,450℃和550℃退火后的薄膜为WO3–x型晶态;随退火温度的提高,薄膜厚度增加,晶粒度增大。550℃退火后薄膜的厚度,较450℃退火后薄膜厚30nm,晶粒度相差8nm;450℃和550℃退火后的薄膜,在150℃时对体积分数为0.05%的NO2的灵敏度接近于22。     

SiO2含量对PTFE/SiO2复合材料性能的影响

采用类似于粉末冶金工艺,制备了无定形SiO2填充聚四氟乙烯(PTFE)复合材料,并对其进行了热、介电性能测试和SEM分析表征。系统研究了(1-x)PTFE-xSiO2(x为质量比)复合介质材料中,不同x值(x=0.35,0.40,0.45,0.50,0.55)对材料结构和性能的影响。结果表明,复合材料的密度随着SiO2含量的增加而减少,吸水率、热膨胀系数、介电常数和介电损耗随着SiO2含量的增加而增加。当SiO2质量分数为50%时,PTFE能很好地在SiO2表面形成一层包覆层,此时复合材料具有合适的热膨胀系数(17μ℃-1)、介电常数(2.74)和低介电损耗(0.002)。     

ZnO:Ag薄膜的制备及其光学性能研究

采用蒸镀与氧化二步法,以高纯混合金属Zn:Ag作蒸发源,在石英衬底上沉积Zn:Ag金属薄膜,经不同热氧化处理生长Ag掺杂ZnO薄膜。结果显示,以Ag含量为质量分数3%的蒸发源沉积的Zn:Ag薄膜经500℃氧化后,生成的ZnO:Ag薄膜在380 nm附近出现很强的近带边紫外发光峰,在438~470 nm附近出现较弱的深能级缺陷发光峰,该薄膜在360 nm有接近垂直的吸收边,其载流子浓度为1.810×1021cm–3,表现出p型导电特性和较好的光学质量。     

TiO2/SiO2纳米多层膜光学特性研究

采用磁控溅射方法在玻璃基底上制备了TiO2／SiO2纳米多层膜,用椭偏仪测试了薄膜的厚度和折射率。黑体实验研究表明,TiO2／SiO2纳米多层膜在800nm～1600nm区域内对红外线的吸收较好,且吸收率随着温度的升高而增大。红外光谱研究表明, TiO2／SiO2纳米多层膜在2300cm-1～2900cm-1区域内对红外线的吸收较好。