低介电常数a-C:F薄膜结构和热稳定性研究

采用电子回旋共振等离子体化学气相沉积的方法以C4F8和CH4为源气体制备了非晶氟化碳(a-C:F)薄膜.采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X光电子能谱(XPS)技术分析了a-C:F薄膜化学组分.FTIR分析表明a-C:F薄膜中存在CF=C(1680 cm-1)和位于a-C:F薄膜交联结构末端的CF2=CF (1780 cm-1)结构.C1s峰高斯解叠后结合态与结合能对应关系为:CF3(295 eV),CF2(293 eV),CF(291 eV),C-O(289 eV),C-CFx(x=1～3)(287 eV),以及位于a-C:F薄膜交联结构末端的C-C结合态(285 eV).位于a-C:F薄膜交联结构末端的CF3和C-C结构热稳定性较差,退火后容易生成气态挥发物并导致a-C:F薄膜厚度减小.当C-CFx交联结构增多,且位于a-C:F薄膜交联结构末端的CF3和C-C结构减少时,a-C:F薄膜热稳定性提高.     

微波功率对a—C：F薄膜结构和光学性质的影响

用苯（C6H6）和四氟甲烷（CF4）混合气体作源气体,用微波电子回旋共振等离子体化学气相沉积技术制备了含氟非晶碳膜（a-C:F)。着重讨论了输入的微波功率对成膜结构和性质的影响。我们对沉积的膜作了膜厚、扫描电子显微表面形貌（SEM）、紫外－可见光透射谱（UV-VIS)`冷静叶红外变换（FTIR）等的测量。结果表明随着微波功率的增加沉积速率一直在上升;同时膜中缺陷增多;从FTIR的结果我们发现膜中主要以C－F、CF2和F－芳基成键;通过UV－VIS吸收谱的测量的结果我们求出了折射率和光学带隙;并且将光学带隙和膜中的sp^2碳浓度建立关系。     

氮气退火对氟化非晶碳膜结构和电学性能的影响

采用电子回旋共振等离子体化学气相淀积(ECR-CVD)方法以C4F8和CH4为源气体制备了氟化非晶碳(a-C:F)膜并在氮气气氛中对a-C:F膜进行了退火处理研究.X光电子能谱(XPS)化学结构分析表明,退火后a-C:F膜中CF3,CF2和CF含量减少,而C-CFx(x=1～3)交联结构增多.电学性能研究指出,退火后a-C:F薄膜的介电常数由于电子极化和薄膜密度的增大而上升,Al/a-C:F/Si结构的阻滞效应由于界面态密度下降而减弱,同时a-C:F膜的π-π*带隙和电荷陷阱能量减小并导致薄膜漏电流增大.     

a-C:F薄膜结构与电学性能研究

采用电子回旋共振等离子体化学气相沉积（ECR-CVD）方法,以C4F8和CH4为源气体,在不同气体流量比R（R=[CH4]/（[CH4]＋[C4F8]））条件下沉积氟化非晶碳（a-C：F）薄膜.用原子力显微镜（AFM）分析了薄膜的表面形貌.用柯西（Cauchy）模型和Levenberg-Marquardt非线性迭代算法分析了薄膜的椭圆光谱.用X光电子能谱（XPS）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）技术分析了薄膜的化学成分.随着气体流量比R的增大a-C：F薄膜C-C键结构增多,薄膜C/F比增大.a-C：F薄膜的介电常数取决于电子极化并随R的增大而上升.a-C：F薄膜导电行为在低场强区域呈现欧姆特性,在高场强区域符合Poole-Frankel机制.随着C-C含量的增大,π价带态和π＊导带态之间的带隙减小,电荷陷阱深度减小,陷阱中的电子在场增强热激发作用下更容易进入导带,导致薄膜漏电流增加.     

氟化非晶碳膜的光学带隙和伏安特性

用苯（C6H6）和三氟甲烷（CHF3）混合气体源气体，采用永磁微波电子回旋共振等离子体化学气相沉积（MWECRCVD）技术，制备了氟化非晶碳膜（a-C:F)，光学带隙的结果表明它与膜中的C，F元素含量和键结构都有关系，伏安特性的测量表明a-C:F薄膜的电导在低电场下呈欧姆特性，高电场下则是肖特基发射机制。     

ECR-CVD制备氟化非晶碳低k介质薄膜

采用电子回旋共振等离子体化学气相沉积(ECR-CVD)方法,以C4F8和CH4为源气体在不同气体流量比R(R=[CH4]/{[CH4] [C4F8]})条件下成功地沉积了氟化非晶碳(a-C:F)低介电常数(低k)材料.采用X光电子能谱和椭圆光谱方法分析了a-C:F薄膜的化学组分和光学性质.沉积的a-C:F薄膜介电常数约为2.1～2.4,热稳定性优于350℃.随着气体流量比的增大,沉积a-C:F薄膜中的碳含量增大,CF、CF2、CF3含量减少,C-C交链成分增加,从而使得π-π(*)吸收增强,并引起薄膜光学带隙下降.氮气气氛下350℃温度退火后应力释放引起a-C:F薄膜厚度变化,变化量小于4%.450℃温度退火后,由于热分解作用薄膜厚度变化量在30%左右.     

CF4,CH4制备氟化非晶碳薄膜工艺研究

以CF4和CH4为源气体,用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法制备了不同工艺条件下的氟化非晶碳(a-C∶F)薄膜.发现薄膜的沉积速率和射频功率几乎成正比关系,薄膜中氟的存在是导致薄膜具有紫外吸收特性的根本原因;用傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析可知薄膜中有C-F基团的存在,使得薄膜的介电常数降低;合理控制沉积条件,可获得理想的电介质薄膜.     

氟化非晶态碳膜(a-C:F)的制备与表征

采用等离子体浸没与离子注入装置,以CF4和CH4作为源气体,在Si(100)基片上制备了含氟量不同的一系列氟化非晶态碳膜。通过XPS、FTIR和Raman对其结构进行了表征。采用躺滴法测量薄膜与双蒸水之间的接触角。薄膜硬度通过纳米压痕仪进行测量。XPS和FTIR结果表明存在C—CF、C—Fx基团和少量的氧。我们认为薄膜中存在的氧元素是由于薄膜在正常存放时发生了时效过程,其中的悬挂键发生化学吸附反应引起的。Raman和接触角测量结果表明,随着氟元素含量的逐渐增加,薄膜从典型的类金刚石状结构逐渐转化为类聚合物状结构,接触角逐渐增大。纳米压痕测量结果表明,氟元素的加入使得薄膜的硬度有很大程度的降低。     

真空退火对a-C:F:H薄膜的结构与光学带隙的影响

使用CF4和CH4为源气体,利用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)法制备了掺氟非晶碳(a-C:F:H)薄膜,并在N2气氛中进行了不同温度的退火.用原子力显微镜(AFM)观察了薄膜在退火前后表面形貌的变化,发现退火后薄膜表面变得平坦,疏松.用紫外-可见光透射光谱(UV-VIS)并结合傅里叶变换红外光谱(FTIR)和喇曼(Raman)光谱对薄膜进行了分析,获得了薄膜化学键结构和光学带隙的变化情况;发现薄膜的化学键结构和光学带隙与真空退火密切相关,高温退火后薄膜化学键结构:CHx(x=1,2,3下同)、F-芳基、CF2和CF等基团的含量改变;薄膜的光学带隙决定于CHx、退火后CHx含量减少导致薄膜光学带隙的减小.     

溅射-氟碳高分子膜在空气中的结构和表面自由能变化

通过磁控溅射在PET织物上沉积用于新型防水透湿织物的氟碳高分子膜。为了解其在空气中的氧化机理和控制其结构及憎水性的变化，利用光电子能谱（XPS）和接触角测定仪对溅射氟碳膜的时间效应进行了研究。发现由于不饱和键及自由基的存在，随着放置时间的增加及氧化作用的进行，氧／碳比值逐渐增大。部分双键及自由基被氧化导致原－CF－，－C－CF，－C－和带有悬垂键的组分中产生－C＝O，－C－D－并产生断键，从而使其氟含量减少，碳的相对比例增加。上述结构变化导致随放置时间增加膜表面自由能极性分量增加而膜的憎水性降低。