空间隔离原子层沉积系统的研究

原子层沉积(ALD)技术制备的薄膜在纳米尺度精确可控,并且各处薄膜厚度具有良好的均匀性。空间隔离原子层沉积(SALD)相比于时间隔离ALD技术,此工艺更易实现大面积基底沉积和连续沉积。由于SALD技术巨大的应用前景,关于SALD技术的研究成为ALD技术研究的热点之一。本文介绍了实验室自主设计搭建的SALD系统平台,以Al2O3生长评估SALD系统,实现Al2O3薄膜线性生长。并对反应温度、基底与前驱体喷头间距这两个重要的工艺参数进行了研究。SALD沉积实验表明,减小基底表面温度波动可以提高薄膜的微观形貌质量。同时,前驱体进气喷头与基底之间的距离会强烈影响基底表面的前驱体压力和前驱体间隔离效果,进而影响薄膜生长。为平衡薄膜生长均匀性和系统密封性的要求,需要选择最优的间距值。     

采用水基原子层沉积工艺在石墨烯上沉积Al2O3介质薄膜研究

采用水基原子层沉积(H2O-based ALD)方法在石墨烯上直接生长Al2O3介质薄膜,研究了Al2O3成核机理.原子力显微镜(AFM)对Al2O3薄膜微观形态分析表明,沉积温度决定着Al2O3在石墨烯表面的成核生长情况,物理吸附在石墨烯表面的水分子是Al2O3成核的关键,物理吸附水分子的均匀性直接影响Al2O3薄膜的均匀性.在适当的温度窗口(100～130℃),Al2O3可以均匀沉积在石墨烯上,AFM测得Al2O3薄膜表面均方根粗糙度(RMS)为0.26 nm,X射线光电子能谱(XPS)表面分析与元素深度剖析表明,120℃下在石墨烯表面沉积的Al2O3薄膜中O和Al元素的含量比约为1.5.拉曼光谱分析表明,采用H2O-based ALD工艺沉积栅介质薄膜不会降低石墨烯晶体质量.     

基于响应面法的原子层沉积高阻隔膜研究

目的 研究分析等离子辅助原子层沉积技术(ALD)技术在PET表面上沉积超薄Al2O3阻隔层的工艺优化。方法 采用单因素结合响应面设计试验法,对Al2O3/PET薄膜的沉积速率(GPC)进行优化,通过AFM分析得到薄膜的生长模式和表面粗糙度,最后用水蒸气透过率表征薄膜的阻隔性能。结果 最大GPC的沉积参数:TMA脉冲时间为0.17 s、吹扫时间为11 s、O2的脉冲时间为0.35 s、吹扫时间为10 s、沉积速率为0.215 nm/cycle;薄膜以层状生长模式生长,表面粗糙度均方根(RMS)为0.58 nm;沉积500个循环后薄膜的水透过率从7.456 g∙d/m²降低到0.319 g∙d/m²。结论 通过响应面法优化了ALD制备工艺参数,Al2O3在PET表面沉积100 nm左右时,水蒸气阻隔性提高了25倍。     

基于H—Si（100）表面上原子层沉积Al2O3的仿真研究

通过对原子层沉积过程的计算机仿真,分析不同沉积条件对沉积过程的影响.以H-Si(100)表面原子层沉积Al2O3的过程为基础,通过分析基片上不同表面功能团之间的相互作用,将整个沉积过程分为初始沉积和后续生长两个阶段.基于不同的阶段建立相应的前驱体到达事件模型、反应事件模型以及表面解吸事件模型.采用动力学晶格蒙特卡罗方法实现这一沉积过程的仿真.实现了不同温度、不同真空条件下Al2O3的原子层沉积仿真.结果表明:在一定的范围内,前驱体或基片的温度高,反应室真空度低,薄膜生长速率的增长快,表面粗糙度小;基片温度对于薄膜沉积过程的影响最大,其阈值约为200℃.而且薄膜的生长趋势由初始的三维岛状生长向二维层状生长逐渐转变.     

HP40钢表面A12O3薄膜制备及抑制结焦性能研究

以仲丁醇铝(ATSB)为前驱物、氮气为载气,用金属有机化学气相沉积法(MOCVD)在HP40钢表面沉积了Al2O3薄膜.采用光学金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)等仪器设备,研究了Al2O3薄膜组织结构及其抑制结焦的能力.实验结果表明,当沉积温度为350℃,以ATSB为前驱物在HP40钢表面制备了纳米晶Al2O3薄膜,该薄膜具有表面平整、均匀、致密的特点,且具有明显抑制结焦作用,结焦抑制率达到52.4%以上.     

炮钢表面多弧离子镀两种Ti_xAl_(1-x)N薄膜的高温氧化性能

用多弧离子镀技术在炮钢表面沉积两种TixAl1-xN薄膜,薄膜在空气中850℃恒温氧化10h,采用XRD、SEM和EDS对薄膜微观结构进行分析,检测其恒温抗氧化性能。结果表明,Ti0.5Al0.5N薄膜的抗高温氧化性能明显优于Ti0.7Al0.3N薄膜。Ti0.7Al0.3N薄膜由于基体Fe元素扩散至薄膜表面,使其表面形成Fe2O3和Fe3O4氧化物,导致薄膜过早失效;而Ti0.5Al0.5N薄膜的表面形成致密且粘附性好的Al2O3和TiO2混合氧化物,表现出优良的抗高温氧化性,同时基体元素和薄膜元素的适度扩散能提高薄膜与基体的结合力。     

TMA脉冲和吹扫时间对原子层沉积的氧化铝薄膜的影响

采用原子层沉积技术(ALD)进行Al_2O_3薄膜工艺研究,获得85℃低温Al_2O_3薄膜ALD的最佳工艺条件。使用椭偏仪测试厚度,使用扫描探针显微镜对薄膜表面形貌进行分析,使用紫外-分光光度计对薄膜的透过率进行分析,所用水汽透过率测试仪器是自行开发的基于钙电学法的测试仪器。分析了在85℃低温下的生长工艺条件对薄膜性能的影响,从前驱体脉冲时间,吹扫时间等工艺条件,对Al_2O_3薄膜的工艺条件进行优化。以三甲基铝(TMA)和H_2O为前驱体制备的Al_2O_3薄膜:沉积速率为0.1nm/cycle,表面粗糙度为0.46nm,对550nm波长光透过率为99.2%,薄膜厚度不均匀性为1.89%,200 nm的Al_2O_3薄膜的水汽透过率为1.55×10~(-4) g/m~2/day。     

离子束辅助沉积Al2O3薄膜的微观状态及其物理特性研究

本文利用透射电子显微镜、原子力显微镜、X光电子能谱等微观分析手段 ,系统研究了氧离子束辅助离子束沉积方法制备的Al2 O3 薄膜的化学成分、微观结构、表面形貌及其随退火温度的变化 ,并对Al2 O3 薄膜折射率、显微硬度和膜基结合强度等物理特性及其随沉积温度的变化进行了详细研究。研究发现 :用离子束辅助沉积制备的薄膜基本满足Al2 O3 的标准成分配比 ;在沉积温度低于 5 0 0℃制备的Al2 O3 薄膜以非晶Al2 O3 相a Al2 O3 为主 ;Al2 O3 薄膜的表面粗糙度、折射率、显微硬度随沉积温度的增加而增加 ;当沉积温度高于 2 0 0℃时 ,薄膜与基体间的膜基结合强度将随沉积温度的增加而下降。分析表明 :薄膜表面形貌与晶体内部的结构相变有关 ,薄膜的退火相变途径为a Al2 O380 0℃ γ Al2 O310 0 0℃ γ Al2 O3 +α Al2 O312 0 0℃ α Al2 O3 。     

原子层沉积Al2O3薄膜钝化n型单晶硅表面的研究

以三甲基铝(TMA)和水为反应源,采用原子层沉积(ALD)技术在n型单晶硅表面沉积15nm、30nm和100nm的Al2O3薄膜,并对样品进行快速退火(RTA)处理。采用少子寿命测试仪测试样品的有效少子寿命,获得了表面复合速率(SRV),通过X射线光电子能谱(XPS)分析了薄膜的化学成分,在此基础上研究了薄膜厚度及退火条件对钝化效果的影响,并分析了钝化机理。结果表明:ALD技术制备的Al2O3薄膜经退火后可使n型单晶硅SRV值降低到7cm/s,表面钝化效果显著。     

多孔基底原子层沉积薄膜分布的数值模拟北大核心CSCD

原子层沉积(ALD)技术能在多孔基底内沉积亚纳米精度的薄膜,从而调节孔道尺寸和界面性质。此类ALD薄膜沉积,同时受到前驱体扩散和反应的影响,这给沉积动力学研究带来了困难。本文对ALD制备ZnO薄膜过程中前驱体在γ-Al_(2)O_(3)基底外表面沉积和孔道内沉积过程建立了模型,并通过数值模拟对表面和孔道两种模型进行了参数敏感性分析,拟合得到沉积物覆盖率公式。结果表明:在表面沉积过程中,随着吸附速率常数ka、吸附态的二乙基锌(DEZ*)向单乙基锌(MEZ)转化速率常数k1、羟基浓度COH的增大,和脱附速率常数kd的减小,基底表面的薄膜沉积加快;对于孔道内沉积过程,较大的羟基浓度COH和较小的扩散系数DS,驱使薄膜沉积在较浅位置;拟合所得解析式能准确预测多孔基底外表面和孔道内的沉积物覆盖率及其分布。