贵金属化学气相沉积的研究进展

简要介绍了贵金属薄膜和涂层材料化学气相沉积(CVD)技术的研究进展,包括贵金属的CVD制备方法、沉积贵金属的各种前驱体化合物以及CVD制备的贵金属薄膜和涂层的应用状况等。     

HOPG上ALD沉积Al_2O_3介电薄膜的生长行为研究（英文）

采用原子层沉积(ALD)的方法,选择三甲基铝(TMA)和H_2O_2作为反应前驱体,在高定向热解石墨(HOPG)基体上沉积Al_2O_3。系统研究了反应温度和生长周次对Al_2O_3生长行为的影响。研究表明:受HOPG表面饱和成键的影响,Al_2O_3在衬底表面处形核困难,在生长初期主要表现为台阶处择优生长,其形态为线状结构。当沉积100周次Al_2O_3时,其中在沉积温度为50°C、150°C和200°C时呈现为纳米线状结构,而在100°C时呈现为非连续薄膜。随着生长周次的增加,不同温度下沉积态Al_2O_3都趋于形成连续薄膜,表明其生长行为发生了由三维岛状生长模式向二维平面生长模式的转变。分析认为,生长模式的转变是由纳米线状结构横向生长造成的;横向生长速率主要受生长温度影响。拉曼结果表明:沉积后的石墨烯层结构未受影响,可保留其原有的优越性能。     

聚酰胺酸和热塑型聚酰亚胺薄膜的制备及表征

目的 为缓解市场对聚酰亚胺的迫切需求,制备聚酰胺酸前驱体溶液和聚酰亚胺薄膜,并讨论工艺参数对聚酰亚胺特性黏度的影响.方法 分别采用两步法和热亚胺化制备了聚酰胺酸前驱体溶液和聚酰亚胺薄膜,对单体配比、反应温度、反应时间及体系含水量等工艺参数进行优化实验,并通过乌氏黏度计、红外光谱仪(FTIR)和X射线衍射仪(XRD)对聚酰胺酸和聚酰亚胺薄膜的黏度和结构进行表征研究.结果 优化后的工艺参数为:BTDA/ODA摩尔比1.02,反应温度20℃,反应时间4h,体系含水量0％.由此制得了黏度较高的聚酰胺酸溶液,并通过热亚胺化制备了结构完整的聚酰亚胺薄膜.结论 制备的聚酰亚胺薄膜均一、透明,具有完整的组织结构.     

高K栅介质HfSixOy薄膜的制备工艺与结构分析

采用射频磁控溅射法制备HfSi_xO_y薄膜,系统研究工艺参数对HfSi_xO_y薄膜沉积速率的影响规律.对沉积态和退火HfO_2和HfSi_xO_y薄膜的结构进行了对比分析.结果表明:HfSi_xO_y薄膜的沉积速率随射频功率、Ar气体流量和粘贴Si面积的增大而增大,随溅射气压的增大而减小.衬底未加热时,制备的HfSi_xO_y和HfO_2薄膜均呈非晶态,随着衬底加热温度的上升,HfO_2薄膜呈多晶态,而HfSi_xO_y薄膜呈非晶态.HfSi_xO_y薄膜在800℃退火后仍呈非晶态,而HfO_2薄膜在400℃退火后已明显晶化,这表明HfSi_xO_y薄膜具有较高的热稳定性.     

HOPG上ALD沉积Al2O3介电薄膜的生长行为研究

本文采用原子层沉积(ALD)的方法,选择三甲基铝(TMA)和H₂O₂作为反应前驱体,在高定向热解石墨(HOPG)基体上沉积Al₂O₃。系统研究了反应温度和生长周次对Al₂O₃生长行为的影响。研究表明：受HOPG表面饱和成键的影响,Al₂O₃在衬底表面处形核困难,在生长初期主要表现为台阶处择优生长,其形态为线状结构。当沉积100周次Al₂O₃时,其中在沉积温度为50 °C、150 °C和200 °C时呈现为纳米线状结构,而在100 °C时呈现为非连续薄膜。随着生长周次的增加,不同温度下沉积态Al₂O₃都趋于形成连续薄膜,表明其生长行为发生了由三维岛状生长模式向二维平面生长模式的转变。分析认为,生长模式的转变是由纳米线状结构横向生长造成的;横向生长速率主要受生长温度影响。拉曼结果表明：沉积后的石墨烯层结构未受影响,可保留其原有的优越性能。     

微波CVD金刚石薄膜用作LED散热片的制备

由于金刚石具有室温下最高的热导率,因此用化学气相沉积(CVD)制备的金刚石膜是大功率发光二极管(LED)理想的散热材料.本文利用微波等离子体CVD研究了不同沉积工艺下金刚石薄膜的生长.用扫描电子显微镜(SEM)和拉曼光谱对得到的金刚石薄膜进行了表征,并将金刚石薄膜用作LED散热片的散热效果进行了检测.结果表明:在硅衬底上沉积20-30μm的CVD金刚石薄膜可以有效地降低LED的工作温度;在相同的制备成本下,提高薄膜的厚度(甲烷浓度4%)比提高薄膜的质量(甲烷浓度2%)更有利于提高LED的散热效果.本研究表明微波等离子体CVD制备的金刚石薄膜是大功率LED的理想散热衬底材料.     

Mo电极上磁控反应溅射AlN薄膜

采用射频反应磁控溅射法在Mo电极上沉积了AlN薄膜.研究了溅射气压、靶基距、溅射功率、衬底温度及N_2含量等不同工艺条件对AlN薄膜择优取向生长的影响.用XRD分析了薄膜的择优取向,用原子力显微镜、高分辨场发射扫描电镜表征了薄膜的形貌.实验结果表明,靶基距和溅射气压的减小,衬底温度及溅射功率的升高有利于AlN(002)晶面的择优取向生长.氮氩比对AlN薄膜择优取向生长影响较小,N_2≥50%(体积分数)时均可制得高c轴择优取向的AlN薄膜.经优化工艺参数制备的AlN柱状晶薄膜适用于体声波谐振滤波器的制备.     

铱薄膜的MOCVD沉积效果研究

以乙酰丙酮铱为前驱体,采用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)技术在Mo基体上制备Ir薄膜。研究Ir的沉积效果与沉积温度及反应气体(O2)间的关系。Ir薄膜的沉积速率与沉积温度之间的关系不符合Arrhenius方程,沉积速率与沉积温度绝对温度的倒数呈抛物线关系,当温度为750℃时,Ir的沉积速率达到最大值,沉积温度对Ir薄膜的显微形貌有显著影响;O2的流量对薄膜的成分、形貌及结构等均有显著影响。     

沉积温度对钢球表面含氢碳薄膜结构和摩擦学性能的影响

目前,含有类富勒烯碳结构的氢化碳薄膜(FL-C:H)主要通过等离子体增强化学气相沉积技术(PECVD)在单晶硅表面制备。文中在碳薄膜PECVD沉积工艺之前,通过额外引入原位渗氮方法在钢球表面沉积过渡层以增强薄膜与基材结合力,从而成功制备了具有类富勒烯结构的含氢碳薄膜。通过改变钢球表面碳膜沉积时间(30、60、90、120、150和180 min)获得厚度不同、结构变化的碳膜,进而研究碳膜的结构演变与摩擦学性能之间的关系。结果表明:FL-C:H薄膜PECVD沉积工艺(采用了比额外引入的原位渗氮工艺更低的基底偏压)使钢基底温度随沉积时间增加而下降,导致薄膜结构转变。碳膜结构最初为类石墨结构,随着沉积时间的增长逐渐转变为类富勒烯结构;沉积时间为180 min的碳基薄膜具有超低摩擦因数(0.009)和超长磨损寿命(53 000个周期)。     

RuO_2·nH_2O薄膜的制备以及物相演变和伏安特性

以RuCl3·3H2O水溶液为电沉积液,采用直流-示差脉冲组合电沉积技术,通过后续热处理工艺制备超级电容器用钽基RuO2·nH2O薄膜电极材料。用X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FTIR)、差热分析仪(DTA)、扫描电镜(SEM)和电化学分析仪,研究前驱体RuCl3·cH2O转化为RuO2·nH2O的物相演变行为以及微观组织形貌和循环伏安性能。结果表明:随着热处理温度升高,前驱体RuCl3·cH2O通过4步反应转变成RuO2·nH2O薄膜;该薄膜经历从无定形向晶体结构的转变。经300℃热处理的RuO2·nH2O薄膜电极材料的单位面积质量为2.5mg/cm2,比电容达到512F/g;当电压扫描速率从5mV/s增加到250mV/s时,其比电容下降34%。     

工作气压对Y掺杂HfO2结构及电学性能的影响

目的 基于Y掺杂高纯铪靶和钛靶的反应磁控溅射方法,在Si(100)基底上沉积掺杂Y氧化铪薄膜,以及TiN/X-HfO2/TiN三层异质结构,探究Y掺杂对氧化铪基异质结构铁电性的影响。方法 针对反应磁控溅射制备的Y掺杂HfO2薄膜和异质结构,分别采用白光干涉仪、掠入射X射线衍射(GIXRD)、X 光电子能谱仪(XPS)和铁电分析仪,对薄膜的沉积速率、退火后薄膜的晶体结构、掺杂元素组分及含量,以及HfO2基异质结薄膜P-E电滞回线和I-V曲线进行测量。结果 在相同工艺条件下,薄膜的沉积速率随着工作气压的增大呈先增大后减小的趋势,在工作气压为1.1 Pa时沉积速率达到最高值。XRD结果表明,薄膜经过退火后存在正交相(o相)和单斜相(m相)。当工作气压为0.7 Pa时,所制备HYO薄膜在28°~30°内代表o(111)相的衍射峰最强,具有最佳的铁电性。随着工作气压的增大,代表m(111)相的衍射峰强度逐渐下降。采用XPS分析了薄膜中各元素的化学状态和含量,在工作气压为0.7 Pa时,Y的掺杂浓度(物质的量分数)为5.6%,铁电分析结果表明,在工作气压从0.7 Pa增至1.3 Pa的过程中,Y掺杂的HfO2基异质结的电滞回线逐渐收缩。在工作气压为0.7 Pa时,剩余极化强度Pr的最大值为14.11 µC/cm²,矫顽场Ec约为1 MV/cm。结论 利用Y掺杂高纯铪靶反应磁控溅射制备的掺杂铁电薄膜,在工作气压0.7 Pa下得到的薄膜经过700 ℃退火后具备良好的铁电性能。     

Characteristics of TiN thin films grown by ALD using TiCl4 and NH3

Titanium nitride thin film was deposited on a silicon wafer by the Atomic Layer Deposition (ALD) method using TiCl₄ and NH₃ as source chemicals. Nitrogen gas was used for carrying the TiCl₄ and purging the reactants. The gases were introduced into the reaction chamber in the sequence of TiCl₄?N₂?NH₃?N₂ for the saturated surface reaction on the wafer. TiN film was grown with [100] preferred orientation at 350°C, while with [111] preferred orientation at 450°C and higher temperatures. The deposition rate was constant as 0.17 Å/cycle irrespective of deposition temperature, which demonstrates TiN film was grown by the ALD growth mechanism. TiN thin films grown at a temperature higher than 450°C with thickness of 320 Å showed electrical resistivity as low as 72×10^?6 Ωcm.     

沉积参数对Mo-Re合金基体上沉积金刚石薄膜的影响

采用热丝化学气相沉积法(HFCVD),以甲烷和氢气为反应气体,在综合性能良好的Mo-40%Re(摩尔分数)合金基体上沉积金刚石薄膜.采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和显微激光拉曼光谱仪(Raman)分别对金刚石薄膜相组成、表面形貌、晶粒大小和质量等进行检测分析,研究CVD沉积参数,如基体温度(θs)、碳源浓度(R,Cn4的体积分数)和沉积压强(p),对金刚石形核、生长和金刚石成膜的影响.结果表明在合适的基体预处理条件下,当θs=750℃,R=-3%,p=3.5kPa时,薄膜平均线生长速率高达1μm/h,得到的金刚石膜完整致密,晶粒大小均匀,纯度较高,具有明显的(111)织构.     

基于原子层沉积的Al_2O_3薄膜微观形貌研究

研究利用原子层沉积获得的小于10 nm Al_2O_3薄膜表面形貌特点。采用该技术获得4和8 nm的Al_2O_3薄膜,利用原子力扫描电镜(AFM)和扫描电镜(SEM)对薄膜表面形貌进行测量,通过最小二乘法和多重分形研究薄膜表面形貌,分析得出利用原子层沉积技术加工超薄Al_2O_3薄膜,其形貌与成膜原理有关,与厚度无关。     

Influence of growth temperature on the optical and structural properties of ultrathin ZnO films

This study investigates the effect of growth temperature on the optical and structural properties of ultrathin ZnO films on the polished Si substrate. Thickness of the ultrathin ZnO films deposited by atomic layer deposition (ALD) method was about 10 nm. Photoluminescence (PL), X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM) and atomic force microscopy (AFM) techniques were used to measure the properties of ultrathin ZnO films. Experimental results showed that the ultrathin ZnO film deposited at 200 °C had excellent ultraviolet emission intensity, and the average roughness of the film surface was about 0.26 nm.     

Plasma polymerization of amine-containing thin films and the studies on the deposition kinetics

Plasma-polymerized thin films prepared from amine-containing saturated (propylamine) and unsaturated (allylamine and propargylamine) precursors were investigated in terms of the deposition rate, polymerization kinetics and thin film morphology as function of the applied power. Moreover, a mathematical model was established to correlate the physicochemical properties to the deposition kinetics under plasma polymerizations. It was found that the thin film deposition rate was primarily dictated by the amine bond dissociation energy (NH₂ BDE) of precursors. On the other hand, surface chemistry (N/C ratio, surface imine and amine contents) guided the growth of L-929 fibroblast cells on the prepared amine-functionalized surfaces. A close relationship among the deposition kinetics, the physicochemical and biological properties of the deposited amine-containing plasma polymers was presented.     

原子层沉积技术在微纳器件中的应用研究进展

原子层沉积(ALD)是一种新型的精确表层薄膜制备技术,具有沉积面积大、薄膜均匀、膜厚纳米级可控生长、低温性等特点,适用于纳米多孔和高深宽比基底材料,可应用于三维微纳结构器件的功能薄膜材料制备,广受国内外学术界和工业界的关注。综述了ALD技术发展历史和技术原理,介绍了ALD技术在微纳器件中的应用进展,涉及半导体微纳集成电路、微纳光学器件、微纳米生物医药等高新技术领域,对ALD技术当前存在的问题进行了分析,并展望了未来发展方向。     

热丝法气相沉积金刚石薄膜的影响因素

由于热丝法气相沉积金刚石薄膜成膜质量好、设备简单、成本低而得到广泛应用。本文探求了工具上应用最广泛的硬质合金上利用热丝法沉积金刚石薄膜的原理，并着重讨论了在该系统中影响金刚石薄膜质量的几个因素：预处理技术、碳源浓度、温度和气压，在金刚石的形核时期和生长时期这些因素的作用是不同的，同时这些因素又相互影响。根据影响因素制定出了最优的工艺参数，最后在硬质合金上得到了均匀而致密的金刚石薄膜，经XRD分析，由（111)和(220)晶面组成，主要是(111)面，晶粒尺寸平均为113．5nm，这些探索为金刚石沉积技术在工具上的大规模应用打下了基础。     

具有Al2O3阻挡层的HfO2栅介质膜的界面和电学性能的表征

研究了经过700℃快速热退火的并在Si界面处插入Al2O3阻挡层的HfO2栅介质膜的界面结构和电学性能.X射线光电子谱表明,退火后,界面层中的siOx转化为化学当量的SiO2,而且未发现铪基硅酸盐和铪基酸化物.由电学测试提取出等效栅氧厚度为2.5nm,固定电荷密度为-4.5×1011/cm2.发现Al2O3阻挡层能有效地阻止Si原子扩散进入HfO2薄膜,进而改善HfO2栅介质膜的界面和电学性能.     

A study on the flexibility of the hot-filament configuration and its implementation for diamond, boron carbide and ternary alloys deposition

This paper presents an experimental report on the conditions to grow films with variable composition in the Ta-B-C triangle using the hot-filament (HF) configuration. The HF-Chemical Vapor Deposition (HFCVD) mode is when the precursors for film growth are obtained exclusively from the gas-phase species. Diamond films were produced by feeding the growth system with hydrogen-diluted methane, β-boron films by substituting the methane fraction with diborane, and boron carbide using mixtures of both gases. A second operational mode is achieved when filament sublimation is allowed. In this HF-Physical Vapor Deposition (HFPVD) mode the species stemming from filament and reacting with the gas-atmosphere are the precursors for film growth. The deposition of TaC and TaBC films by means of Ta filaments is reported. A very versatile mode was found when the conditions are adapted during the period of the deposition, switching from PVD to CVD to grow diamond on in-situ deposited TaC.