磁控溅射沉积氮化铝薄膜中等离子体光谱研究

薄膜材料由于其优异的性能，应用日益广泛．薄膜生长过程的在线检测具有重要意义．为了研究等离子体发射光谱强度与气体流量的关系，对薄膜生长过程进行在线检测；应用等离子体发射监测仪（Plasma Emission Monitor）采集反应磁控溅射真空室中等离子体的发射光谱．对氮化铝薄膜沉积过程中等离子体发射光谱进行分析，结果显示氮的谱线强度和铝的谱线强度随着氮气流量的增大都有明显而且相同的转变点．通过理论模拟分析，得出以下结论：反应粒子光谱强度的转变反映了溅射模式转变点，并且通过直线拟合的方法找到转变点．实验结果与理论模拟分析取得了一致结果．     

氮气流量对反应磁控溅射制备TiNx薄膜的影响

采用直流磁控溅射法,在S i基底上制备TiNx薄膜。研究了溅射沉积过程中氮气流量对TiNx薄膜生长及性能的影响。研究发现:在其它工艺参数不变的情况下,改变N2流量,薄膜的主要成分是(110)择优取向的四方相Ti2N。随着N2流量的增加,薄膜的厚度逐渐增加,薄膜粗糙度、颗粒尺寸和电阻率     

偏压对磁控溅射Cr-N薄膜组织及性能影响

采用磁控溅射离子镀制备Cr-N薄膜,研究基体偏压对Cr-N薄膜组织结构和性能的影响。分别用辉光放电光电子谱(GDOES)、场发射扫描电镜(FESEM)和X射线衍射(XRD)分析薄膜成分和组织结构,显微硬度计测量薄膜硬度。结果表明,薄膜为非化学计量比的Cr-N薄膜,N/Cr原子比均小于0.25,薄膜主要以Cr的衍射峰为主。在偏压达到60 V后薄膜显示了较高的硬度(25 GPa),其归因于离子轰击导致的薄膜的致密度的提高。偏压超过60 V后,致密度达到饱和,硬度增加不明显。     

磁控溅射薄膜沉积速率的研究

沉积速率是影响薄膜性能的重要参数,直接影响着薄膜质量的优劣.本文采用磁控溅射方法,在玻璃基底上沉积钛膜.通过对比研究了平衡磁控溅射和非平衡磁控溅射两种工作模式下,靶基距、氩气流量等工艺参数对沉积速率的影响,同时测试了非平衡磁控溅射线圈励磁电流大小变化对薄膜沉积速率的影响.结果表明：磁控溅射源以非平衡模式工作时,线圈励磁电流在60～180 A范围内,沉积速率随励磁电流的调整而变化;磁控溅射薄膜沉积速率随靶基距的增大而下降;相同工艺条件下,非平衡模式下薄膜沉积速率高于平衡模式,且更易受到氩气流量变化的影响.     

离子束辅助蒸发镀制硫化锌,氟化镁薄膜的工艺研究

研究了用离子束辅助蒸发方法镀硫化锌、氟化镁薄膜的基本工艺.重点研究在不同能量和种类的离子束辅助条件下,基底温度和蒸发速率对薄膜性质的影响.给出了对薄膜的耐磨、耐潮湿、耐盐水浸泡性能,和薄膜的折射率、应力及微观结构与成分的实验结果.通过分析实验结果,提出了离子束辅助蒸发镀制硫化锌、氟化镁薄膜的最佳工艺.     

磁控溅射CdTe薄膜的光电学特性

采用射频磁控溅射方法在玻璃和Si(111)衬底上制备了碲化镉(CdTe)薄膜,并研究了溅射功率对薄膜的结构、光学和电学性能的影响.X射线衍射分析表明,所有样品均沿(111)面择优取向; 平均晶粒尺寸随溅射功率的增加而增加,即从73.0 nm(70 W)增加到123.6 nm(110 W).紫外 - 可见 - 近红外光谱分析表明, CdTe薄膜在可见光范围内具有较高的吸光度; 薄膜的带隙随着溅射功率的增加而减小,最小值为1.38 eV.CdTe薄膜的导电性随溅射功率的增加而明显增强,当溅射功率为110 W时电阻率仅为21.5 Ω?cm.该研究结果可为制备高导电性和高吸收率的半导体薄膜提供参考.     

真空蒸镀ITO薄膜退火特性分析

采用真空蒸发镀膜工艺制备了ITO透明导电薄膜,以四探针表面电阻仪测量得薄膜方块电阻为400Ω,用组合式多功能光栅光谱仪测得透光率为80%,利用扫描电镜测得膜厚为103 nm.用XRD分析了薄膜的物相,并用原子力显微镜分析了薄膜的表面形貌及粗糙度.对薄膜进行退火处理,结果表明,随着热处理温度的升高,晶化趋于完整,组织结构逐渐均匀致密,晶粒有所长大.随退火时间的增加,透光率增加,但方块电阻先减小后增加.     

直流磁控溅射铂电阻薄膜

根据薄膜理论和通过成膜工艺实验,研究了影响铂薄膜电阻温度系数的主要因素。1)对铂靶材料的纯度要求高,含杂质极少;2)淀积薄膜要有一定厚度,通常近于1μm才能有较大的α;3)成膜以后,需经过高温热处理,减少缺陷,结晶化改善。通过大量实验,使用高铝陶瓷基片或微晶玻璃基片,溅射铂薄膜的厚度为800nm,高温热处理1h,可以获得电阻温度系数为3.850×10-3/℃的铂电阻薄膜。     

磁控溅射Ti掺杂NbN薄膜的机械和摩擦学特性研究

为研究Ti掺杂的NbN薄膜的机械和摩擦学特性,采用射频和直流磁控共溅射技术制备了Ti掺杂的NbN(Ti:NbN)薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)、能量色散X射线光谱仪(EDX)、扫描电子显微镜(SEM)、纳米压痕仪、高温摩擦磨损实验机分别对Ti掺杂的NbN薄膜的微观结构、组成成分、表面形貌、机械和摩擦学性能进行了研究.XRD测试结果显示,薄膜的结晶性随着Ti靶掺杂功率的增加(从0 W逐渐升高到40 W)而呈明显增强趋势,晶粒尺寸也由18.010 nm增加到21.227 nm.当Ti靶的掺杂功率为30 W时,NbN薄膜的硬度由4.5 GPa(未掺杂)增加到20.4 GPa,弹性模量由145.8 GPa(未掺杂)增加到224.5 GPa; 当Ti靶的掺杂功率为40 W时,NbN薄膜的摩擦系数由0.73(未掺杂)下降到0.51,磨损率由3.3×10^-6 mm³/(N·mm)(未掺杂)下降到2.1×10^-6 mm³/(N·mm).这表明,掺杂Ti可使NbN薄膜的机械性能和摩擦学性能得到很大的改善.     

AFM分析磁控溅射法制备的TiO2纳米薄膜

采用磁控反应溅射法，在室温条件下制备了TiO2纳米薄膜，用原子力扫描显微镜(AFM)分析考察了溅射功率、溅射时真空室压力等工艺参数对薄膜结晶状态、晶粒尺寸的影响．实验结果表明，在室温下，只有溅射功率大于100W以上时，才能形成粒子结晶完全的纳米薄膜，随着溅射功率的增加，真空室溅射气压的降低，薄膜中TiO2粒子尺寸显著增大；随着溅射时间的延长，薄膜厚度增加．并根据溅射薄膜的成膜机理，讨论了实验工艺参数对薄膜微结构的影响。     

磁控反应溅射沉积AlN薄膜的制备工艺

采用反应磁控溅射的技术,利用高纯氮气和氩气混合气体在K9玻璃基片上沉积了AlN薄膜.通过正交实验,分析了工艺参数与沉积速率的关系.研究了氮气浓度对透过率的影响.实验结果表明:在各工艺参数中靶功率对沉积速率影响最大,靶功率为1.0 kW,氮气浓度控制在25%～35%时薄膜的性能良好,沉积速率为39 nm/min,薄膜在可见光区域平均透过率为90%.该薄膜可以广泛用于光学薄膜和压电薄膜材料.     

射频磁控溅射AlN薄膜的场发射性能研究

氮化铝(Al N)是一种宽禁带深紫外半导体材料,其良好的性能可作为紫外固态光源。采用射频磁控溅射法,在p型Si(100)衬底上制备了Al N薄膜。通过X射线衍射分析(XRD)、紫外-可见光光谱(UV-Vis)、场发射测试对制备的Al N薄膜进行了测试分析,针对薄膜生长特性对光吸收的影响及其场发射性能进行了研究。结果显示:在Si衬底上成功的制备了高度(002)取向的Al N薄膜,薄膜在230~250nm间有强紫外吸收,阈值电场为6.39V/μm。场发射测试结果表明,磁控溅射法制备的Al N薄膜具备良好的场发射性。     

工艺参数对磁控反应溅射AlN薄膜沉积速率的影响

采用射频磁控反应溅射法，以高纯Al为靶材，高纯N。为反应气体，成功制备了氮化铝(AlN)薄膜。研究了N2气流量、射频功率、溅射气压等工艺参数对AlN膜沉积速率的影响规律。结果表明，随着N2气流量的增加，靶面溅射由金属态过渡到氮化态，沉积速率随之明显降低；沉积速率随射频功率的增大几乎成线性增大，随靶基距的增大而减小；随着溅射气压的增大，沉积速率不断增大，但在一定气压下达到最大值后，沉积速率又随气压不断减小。     

直流反应磁控溅射氧化物光学薄膜及其性能研究

本文报道了应用直流反应磁控溅射技术淀积透明的TiO 2、Ta_2O_5、ZnO、Al_2O_3等氧化物光学薄膜。研究了这些氧化物薄膜的光学和机械等性能;讨论了反应溅射的SiO_x薄膜其光学吸收的反应动力学原因;摸索了TiO_2薄膜的性能与溅射镀膜条件的关系;研究了TiO_2薄膜的晶相结构;观察了TiO_2和ZnO薄膜的表面微观形貌。     

中频磁控反应溅射制备硅基氮化铝薄膜

利用中频磁控反应溅射技术,以高纯Al为靶材、高纯N2为反应气体,在Si(111)衬底上成功制备出氮化铝薄膜.通过X衍射分析和原子力显微镜测试发现:提高N2分压和升高衬底温度有利于AlN(110)的形成;随着衬底温度的改变,AlN薄膜的表面粗糙度也在变化,当衬底温度为230℃时,RMS表面粗糙度最小.实验结果表明:升高衬底温度有利于制备(110)面择优取向的AlN薄膜,退火是影响氮化铝薄膜表面粗糙度的重要因素.     

工艺参数对反应磁控溅射TiN薄膜硬度的影响

采用反应磁控溅射工艺,在W18Cr4V高速钢基片上制备TiN薄膜;运用正交设计方法选取工艺参数,研究溅射电流、N_2流量、Ar流量、负偏压等工艺参数对TiN薄膜硬度的影响;并进一步研究了负偏压对薄膜硬度影响。结果表明,各参数对硬度的影响次序由大到小依次为:负偏压、N_2流量、溅射电流、Ar流量。当负偏压小于100V时,负偏压可增加离子对基片的轰击作用,提高致密度,从而提高薄膜硬度;当负偏压大于100V时,过强的离子轰击使薄膜产生更多的缺陷,使薄膜硬度降低。     

磁控溅射制备Ti-Zn-O复合薄膜及其光学性质研究

TiO2是作为一种宽禁带半导体材料可作为紫外器件,但因其间接带隙结构、禁带宽度仅为3.0eV等特点,严重影响其应用范围。本文利用共溅射技术,通过Zn掺杂,在K9玻璃基底上制备了Ti-Zn-O复合薄膜,并研究了Zn溅射功率对其结构及光学性质的影响。结果显示：所制备的薄膜为ZnTiO3和不饱和TiO2的复合结构,随着Zn粒子的溅射能量增加,晶粒尺寸和表面粗糙度增加,并可将薄膜本征吸收边蓝移至3.61eV。     

非平衡磁控溅射TiCxN1-x薄膜微结构及性能分析

为了研究不同沉积条件下TiCxN1-x(0≤x≤1)薄膜的相结构、显微硬度及摩擦性能的影响因素,用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪分析薄膜的形貌和相结构,用HXD-1000数字式显微硬度计、MCMS-1摩擦磨损仪测试薄膜的硬度和摩擦系数.研究结果表明:TiN,TiC薄膜显示出〈111〉择优取向生长趋势,Ti(C,N)有较强的〈200〉取向,Ti(C,N)衍射峰涵盖了TiN峰和TiC峰,薄膜存在TiN和TiC两相共存.与TiN,TiC相比,Ti(C,N)薄膜具有更高硬度,当C原子含量x＝0.582时,Ti(C,N)薄膜硬度达到最大值为33.6 GPa,且表现出更低的摩擦系数和更好的耐磨性能.