硅衬底上氮化硅膜的应力研究

一、引言等离子增强化学气相淀积的SiN膜,具有硬度高、介电常数大、结构致密、化学稳定性好、导热性能好、对Na~+有很强的阻挡能力和在平面工艺中的阶梯覆盖特性好等优点。但是它也有很大的不足,SiN的热膨胀系数与Si相差较多,界面应力过大,特别在膜较厚时更为明显,常常引起膜的破裂。从而导致工艺失败或器件失散。实践表明,几乎所有的膜内部都存在着巨大的应力,它严重地影响着器件的可靠性和稳定性。     

图案化厚膜多孔硅制备与表征

图案化多孔硅是微电子、微机械、光电子器件的重要组成部分.实验以含Si3N4保护层的光刻单晶硅片为基底,采用电化学阳极氧化法制备图案化厚膜多孔硅,分析阳极氧化前后Si3N4保护层表面形貌变化特征和光刻尺寸对图案化多孔硅宽度、膜层厚度的影响规律,表征图案化多孔硅的结构、组成与发光性能.结果表明,氧化前Si3N4保护层局部区域出现枝晶,阳极氧化后形成不均匀孔状结构;制备的图案化多孔硅膜厚62～83μm,其横向扩展程度和膜层厚度均随光刻尺寸增大呈减小趋势;图案化多孔硅微结构含大量不规则裂纹和硅柱,新鲜制备的表面含Si-Hx键,其光致发光峰值波长650nm.     

硅基碳纳米管厚膜的制备及其场发射研究

该文研究了用涂敷法制备碳纳米管(CNT)厚膜的制备和场发射特性,裂解法获得的碳纳米管与玻璃粉等混合、研磨,直接涂敷在Si基底上,二极管结构测量的结果表明,碳纳米管厚膜有较低的开启电场(1.0～1.5v/μm),场强为5V/μm时,电流密度达到了50μA/cm~2。该工艺的烧结过程应控制好,加热时间稍长,会使CNT厚膜的场发射性能很快下降,时间过长会使CNT处在厚膜表面之下,无法有效发射电子。浆料中的玻璃粉比例增大时,碳纳米管阴极的场发射性能会有所降低。     

纳米尺寸膜厚标准样片的椭偏分析

针对膜厚标准样片的高精度测量问题,基于光谱型椭偏仪测量系统,提出对膜厚标准样片逐层分析的方法。利用相应的匹配算法,对比硅上二氧化硅模厚标准样片的等效结构模型和四相结构模型,实现对薄膜样片的厚度表征和椭偏分析。其次,通过对样片进行为期12周的测量考核,完成对薄膜样片表层分子吸附机理的分析。实验结果表明:针对研制的标称值为2～1 000 nm硅上二氧化硅膜厚标准样片,中间层的厚度存在先递减后递增的趋势。其中,在标称值为50～500 nm范围内,等效结构模型与四相结构模型测量结果的绝对误差在±0.2 nm以内,因此,可以采用等效结构模型的方法开展仪器的校准工作。另外,提出通过加热实现对标准样片解吸附的方案,有效解决超薄膜样片的储存问题。     

硅膜制备

介绍了两大类硅膜的制备方法:物理方法与化学方法,其中包括物理方法中的电子束物理气相沉积技术(EB-PVD),目前该技术在国内应用比较少,所以对其工作原理、薄膜质量的影响因素等作了重点介绍.此外还介绍了磁控溅射法、化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积、热丝化学气相沉积法等硅膜制备方法的基本原理及特点,并对它们的优缺点进行了比较.     

铜基体上CVD金刚石厚膜的制备

用MWCVD方法在无预处理铜基体上获得了金刚石薄膜和厚膜。所得金刚石膜从基体上自动脱落,但形貌分析和Ramman分析表明,所得金刚石膜具有较好的质量。因此铜是制备金刚石厚膜的理想基体材料。     

蓝宝石和硅衬底上氮化硅薄膜的制备和性能研究

采用射频磁控反应溅射法,以高纯Si为靶材,高纯N2气为反应气体,在蓝宝石和硅衬底上制备了氮化硅薄膜.并对Si3N4薄膜的沉积速率、成分、结构及红外光学性能等进行了研究.实验结果表明,沉积薄膜中Si和N的比接近3∶4,形成了Si3N4化合物,呈非晶态结构.制备的Si3N4薄膜的硬度明显高于蓝宝石衬底的硬度,且与蓝宝石衬底结合牢固,可提供良好的保护性能.     

硅基高度择优取向PZT厚膜的制备及性能研究

应用溶胶-凝胶法成功地在以SrTiO3(STO)为模板/阻挡层Si(001)基片上制备了La-Sr-Co-O/ Pb(Zr0.5Ti0.5)O3(PZT)/La-Sr-Co-O/STO/Si异质结,PZT的厚度为0.8μm.研究了异质结的结构和性能.实验发现,PZT结晶良好、具有(001)高度择优取向以及较高的极化强度和较小的极化强度对脉冲宽度的依赖性;当外加电压为50V时,电阻率仍＞108Ω·cm.     

用ECRCVD方法制备优质氮化硅钝化膜

利用电子回旋共振等离子体化学气相沉积(ECR—CVD)技术，以SiH4和N2为反应气体进行了氮化硅钝化薄膜的低温沉积技术的研究。采用原子力显微镜、傅立叶变换红外光谱和椭圆偏振光检测等技术对薄膜的表面形貌、结构、厚度和折射率等性质进行了测量。结果表明，采用ECR—CVD技术能够在较低的衬底温度条件下以较高的沉积速率制备厚度均匀的氮化硅薄膜，薄膜中H含量很低。薄膜沉积速率随微波功率和混合气体中硅烷比例的增加而增大。折射率随微波功率的增大而减小，随混合气体中硅炕比例的增大而增大。在相同气体混合比和微波功率条件下，较高衬底温度条件下制备的薄膜折射率较大。     

金刚石厚膜的制备及应用研究

用电子增强热灯丝ＣＶＤ（化学汽相沉积）方法制备出膜厚为０．１－２ｍｍ的金刚石厚膜，研究了金刚石厚膜的耐磨性和热导特性，用它制作了金刚石膜焊接刀具和半导体激光器用金刚石膜热沉。     

YBCO厚膜的制备及其性能研究

YBCO涂层超导由于其自身的本征特征和潜在的应用前景，一直以来都是人们的研究热点。为了实现其实用化，提高YBCO涂层超导的导电能力十分关键．采用成本低廉的TFA-MOD方法，通过多次涂覆在LaAlO3基底上制备了厚度达到1μm的YBCO厚膜，并研究了厚度对YBCO膜的微观结构、取向、表面形貌以及超导性能的影响。通过比较发现，多层薄膜的，Ic均高于单层薄膜，其中两层薄膜的，c最高，达到了114A/cm带宽，是单层薄膜，C的2．7倍。     

氮化硅及Sialon陶瓷基材上金刚石膜的沉积

本文用热丝 CVD 法在氮化硅复合陶瓷及 Sialon 陶瓷上沉积了金刚石薄膜,用 X 射线衍射、拉曼光谱、扫描电子显微镜、表面形貌仪、划痕实验仪对所形成的膜及基体进行了分析。初步探讨了膜与基材的附着性影响因素。     

纳米硅镶嵌氮化硅薄膜的制备及非线性光学性质研究

采用射频磁控反应溅射法结合热退火处理技术制备纳米硅镶嵌氮化硅(nc-Si/SiNx)复合薄膜.通过X射线能谱(EDS)、红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)及紫外-可见吸收光谱(UV-vis)的测定,对薄膜进行了组分、键合状态、结构及光学带隙的表征.采用皮秒激光运用单光束Z扫描技术开展了对该复合薄膜的非线性光学性质的研究,测得其三阶非线性折射率系数和非线性光吸收系数分别为10-8esu和10-8m/W量级,并将薄膜这种三阶光学非线性增强的原因归因于量子限域效应.     

直流热阴极PCVD法制备金刚石厚膜

建立和发展了非脉冲式的直流热阴极PCVD(PlasmaChemicalVapourDeposition)方法。通过采用温度为110 0℃～ 15 0 0℃的热阴极以及阴极和阳极尺寸不相等配置 ,在大的放电电流和高的气体气压下实现了长时间稳定的辉光放电 ,并用这种方法制备出大尺寸高质量的金刚石厚膜 ,其厚膜直径为 4 0mm～ 5 0mm ,膜厚为～ 4 .2mm ,生长速率最高达到 2 5 μm/h左右 ,在 5 μm/h～ 10 μm/h的生长速率下制出的金刚石厚膜 ,热导率一般在 10W/K·cm～12W /K·cm。高导热金刚石厚膜用做半导体激光二极管列阵的热沉和MCM的散热绝缘基板 ,明显地改善了它们的性能     

电泳沉积法制备锶铁氧体厚膜

通过表面活性剂十二烷基苯磺酸(DBSA)包覆锶铁氧体,在1-丁醇中制备了稳定的悬浮液并成功电泳沉积锶铁氧体厚膜。从理论和实验上研究了沉积量及膜厚与电场强度、电泳时间和电极距离等的关系。结果表明电泳法能够制备质量优异的锶铁氧体厚膜,但沉积条件对厚膜有重要影响。烧结温度为1000℃时可获得磁性能良好的厚膜,其比饱和磁化强度为45A·m2/kg,剩磁比为0.556,矫顽力为4840Oe。经过分步沉积膜厚可达40μm左右。利用该方法制备的膜可用于设计带宽较宽的非互易微波铁氧体器件。     

电泳沉积法制备PNN-PZT厚膜的研究

利用电泳沉积法在φ50 μm的铂金丝上制备了厚度约50 μm的0.2Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃-(0.8-x)PbTiO₃-xPbZrO₃ (PNN-PZT)致密压电陶瓷厚膜. 研究了不同聚合度的分散剂聚乙二醇(PEG)对悬浮液的Zeta电势和厚膜表面形貌的影响.结果显示, 加入高聚合度的分散剂PEG10000所制得的悬浮液比加入低聚合度的分散剂PEG6000制得的悬浮液更稳定, 并且电泳沉积得到的厚膜也更加致密. 本研究解释了不同聚合度的PEG对悬浮液稳定的可能原因, 并比较了连续电泳沉积法与分步电泳沉积法对厚膜表面形貌的影响, 结果表明采用分步电泳沉积法制备的厚膜更加致密. 研究了不同的烧结温度对PNN-PZT厚膜形貌和介电性能的影响, 结果显示烧结温度为1180℃时, 厚膜的介电性能最好, 介电常数达988, 介电损耗为3.7%. 测试了1180℃烧结的PNN-PZT厚膜的电压位移曲线和电滞回线, 结果表明厚膜的有效压电常数为90 pm/V,剩余极化为6.00 kV/cm.     

磁控溅射制备硅铝阻隔膜的研究

采用磁控溅射技术以10%Si～90%Al合金为靶材,通入O2将Si氧化成SiO2,Al氧化成Al2O3,在普通PET薄膜表面制备具有高阻隔性无机阻隔薄膜层,以增加其阻隔性.传统的磁控溅射法制备SiO2膜工艺,大多采用射频溅射法,但其成本较高,效率较低,无法充分满足大面积工业化镀膜生产的需要.而采用10%Si～90%Al合金不仅可以实现直流溅射工艺,而且测量结果表明,薄膜的阻隔性得到大幅度提高.     

丝网印刷制备钡铁氧体厚膜的研究

用丝网印刷方法制备钡铁氧体(BaFe12O19)厚膜,研究烧结温度对钡铁氧体厚膜样品的微观结构和磁性能的影响。结果表明,随着烧结温度的增加,样品的晶粒尺寸逐渐增大。矫顽力随着烧结温度的升高先增加再降低,而剩磁比则随着烧结温度的增加而降低。