微波ECR等离子体源离子注入法制备DLC薄膜

用微波ECR等离子体源离子注入(PSⅡ)法，在硅片(100)上制备了类金刚石(DLC)薄膜，工作气体采用CH4气体，研究了不同的气体流量对薄膜的影响。对制备的DLC薄膜，用拉曼光谱、FT-IR光谱、AFM以及纳米压痕等手段对化学成分、化学键结构、表面形貌以及硬度等进行了表征。     

脉冲偏压对等离子体沉积DLC膜化学结构的影响

以乙炔为气源，用等离子体基脉冲偏压沉积（plasma based pulsd bias deposition缩写PBPBD）技术进行了不同负脉冲偏压条件下制备DLC膜的试验，通过X射线光电子谱（XPS）、激光喇曼光谱[Raman]以及电阻分析方法考察了负脉冲偏压幅值对DLC膜化学结构的影响，结果表明由-50kV到-10kV随负脉冲偏压降低，DLC膜中SP^3键分数单调增加，但当脉冲偏压为0时形成高电阻的类聚合物膜，说明荷能离子的轰击作用形成DLC化学结构的必要条件，键角混乱度和SP^2簇团尺寸与脉冲偏压之间不具有单调关系，在中等幅值负脉冲偏压条件下，键用混乱度较大且SP^2簇团尺寸细小。     

反应气压对MWPCVD金刚石膜中 非金刚石相碳含量的影响

在水冷反应室式MWPCVD装置中以CH4和H2为反应气体进行了金刚石膜的沉积实验,研究了反应气体的压强对金刚石膜中非金刚石碳相含量的影响。实验发现,当微波输入功率较小时,随着反应气压的上升,沉积膜中非金刚石相碳的含量单调下降;当微波输入功率较大时,沉积膜中非金刚石相碳的含量先随着反应气压的上升而降低,后又随着反应气压的上升而稍稍增加。     

氧气对MWPCVD制备金刚石膜的影响

在水冷反应室式微波等离子体化学气相沉积装置中以混合的CH4/H2/O2为反应气体,研究了O2浓度对制备金刚石膜的影响.实验发现,很低浓度的O2会显著促进金刚石的沉积,并稍稍抑制非晶C的沉积,因而沉积膜中非晶C的含量急剧下降;较高浓度的O2会同时抑制金刚石和非晶C的沉积,但由于抑制金刚石的作用更强烈,沉积膜中非晶C的含量反而有所升高.另外,O2的存在,有利于沉积颗粒较小的金刚石膜.     

反应气压对MWPCVD金刚石膜中非金刚石相碳含量的影响

在水冷反应室式MWPCVD装置中以CH4和H2为反应气体进行了金刚石膜的沉实验，研究了反应气体的压强对金刚石膜中非刚石碳相含量的影响，实验发现，当微波输入功率较小时，随着反应气压的上升，沉积膜中非金刚石相碳的含量单调下降，当微波输入功率较大时，沉积膜中非金铡石相碳的含量先随着反应气压的上升而降低，后又随着反应气压的上升而稍稍增加。     

RF-PECVD工艺参数对DLC膜结构及性能的影响

用射频等离子增强化学气相沉积(RF-PECVD)法,在常温下实现在载玻片和单晶硅基片上沉积类金刚石(DLC)薄膜。研究结果表明,工艺参数(功率密度、氩气分压、丁烷分压和极间距)的变化对薄膜硬度和透过率影响较大。薄膜硬度随着功率密度的增加而增加;随着氩气分压或丁烷分压的增加,薄膜硬度降低。薄膜的透过率随着氩气分压先增后减;丁烷分压为0.42～0.7Pa或板极间距为4.5～8cm时,薄膜的透过率均达到90%。     

基片位置对微波等离子体合成金刚石的影响

用自制的微波功率为5kW的微波等离子体(MPCVD)装置、用H2/CH4/H2O作为反应气体在较高的沉积气压(12.0kPa)条件下,研究了基片放置在等离子体球边缘附近不同位置对CVD金刚石沉积和生长的影响。结果表明,CVD金刚石的形核和生长对环境的要求是不同的;在等离子体球边缘处不利于金刚石的形核,但有利于高质量金刚石的沉积。     

PBII制备TiNx/DLC多层膜的结构及摩擦学性能

采用等离子体基离子注入技术在30CrMnSi钢上制备了TiNx/DLC多层膜，通过X射线光电子谱和激光喇曼光谱测试分析了膜的结构特征，TiNx/DLC膜大气下的摩擦性能和在球盘式摩擦磨损试验机上进行。结果表明：DLC膜的结构强烈依赖于基权脉冲偏压，－5kV制得的DLC膜具有较多的C－H键结构，因而硬度最低，仅有8.3GPa；而-15kV的DLC膜由于含有较多的sp^3键，获得了最高的显微努氏硬度（23.6GPa)。DLC膜与GCr15钢球大气下的摩擦因数为0.17左右，其磨损性能由于TiNx，过渡层引入而显著提高。     

氧气对MWPCVD制备金刚石膜的影响

在水冷反应室式微波等离子体气相沉积装置中以混合的CH4／H2／O2为反应气体,研究了O2浓度对制备金刚石膜的影响,实验发现,很低浓度的O2会显著促进金刚石的沉积,并稍稍抑制非晶C的沉积,因而沉积膜中非晶C的含量急剧下降;较高浓度的O2会同时抑制金刚石和非晶C的沉积,但由于抑制金刚石的作用更强烈,沉积膜中非晶C的含量反应有所升高,另外,O2的存在,有利于沉积颗粒较小的金刚石膜。     

退火温度对DLC膜热稳定性及摩擦学性能的影响

采用非平衡磁控溅射技术分别在氮化硅陶瓷球和高速工具钢圆盘表面制备了类金刚石(DLC)膜。使用箱式电阻炉对DLC膜在大气环境中进行高温退火处理以研究环境温度对DLC膜摩擦学性能的影响;并分别采用激光拉曼光谱仪和球-盘式摩擦磨损试验机对退火处理前后DLC膜的结构和摩擦学性能进行了研究。采用金相显微镜观察了摩擦副磨损表面的形貌。研究发现,随着退火温度的升高,DLC膜中sp3杂化键向sp2杂化键的转化加快,当退火温度为600℃时,DLC膜发生严重的石墨化。而当退火温度为400℃时,DLC膜的摩擦系数及磨损率最小。拉曼测试表明400℃退火处理后DLC膜表层含有Si及SiO2,在摩擦过程中形成了含SiC的转移膜,使得DLC膜的摩擦系数明显降低,磨损减小。研究结果表明,退火处理对DLC膜的热稳定性和摩擦学性能有重要的影响。     

电子回旋共振等离子体源的朗谬尔探针诊断

电子回旋共振(ECR)等离子体以其密度高、工作气压低、均匀性好、参数易于控制等优点在超大规模集成电路工艺中获得了广泛的应用.利用朗谬尔探针对ECR等离子体进行了初步的诊断研究,测量了等离子体的单探针伏安特性并计算出电子温度,电子密度和等离子体电势等参量.实验证明,ECR等离子体源能够稳定地产生电子温度较低的高密度等离子体.     

微波ECR等离子体刻蚀系统

研制成功了一台微波电子回旋共振等离子体刻蚀系统。该系统采用微波通过同轴开口电介质空腔产生表面波 ,由Nd Fe B永磁磁钢形成高强磁场 ,通过共振磁场区域内的电子回旋共振效应产生大面积、均匀、高密度等离子体。利用该系统实现了SiO2 、SiN、SiC、Si等材料的微细图形刻蚀 ,刻蚀速度分别为 2 0 0nm/min ,5 0 0nm/min ,4 0 0nm/min ,70 0nm/min ,加工硅圆片Φ2 0 0mm ,线条宽度 <0 3μm ,选择性 (SiO2 、Si) >2 0 ,剖面控制 >83° ,均匀性 95 % ,等离子体密度 2 0× 10 11cm-3 。电离度大(>10 % ) ,工作气压低 (1Pa～ 10 -3 Pa) ,均匀性好 ,工艺设备简单 ,参数易于控制等优点。     

电子回旋共振等离子体用于聚四氟乙烯材料表面改性

在电子回旋共振 (ECR)等离子体装置中 ,使用Ar气 ,N2 气 ,H2 气和普通空气放电 ,对聚四氟乙烯 (PTFE)材料进行表面处理以提高其表面粘结性能。详细研究了在不同的放电气压 ,微波功率 ,处理时间 ,气体种类的情况下 ,样品表面的接触角的变化。同时也讨论了样品导电性能和外观等的变化。使用红外吸收谱对样品结构处理前后的变化进行了测量 ,对等离子体处理的机理进行了初步的讨论。使用Langmuir探针测量了Ar气和N2 气等离子体中的离子密度 ,用能量分析器测量了离子的能量。发现在对样品的处理中 ,ECR等离子体的离子密度是影响表面性能的主要因素 ,离子能量的作用不明显     

微波电子回旋共振等离子体的阻抗特性分析

基于微波电子回旋共振（ECR）等离子体中的物理和化学性质变化会引起微波传输线阻抗的变化，采用微波三探针研究了ECR等离子体的微波阻抗随装置运行参数的变化情况，并通过一个简单的放电等效电路将阻抗的变化和等离子体性质的变化联系起来。实验结果表明，通过对ECR等离子体进行阻抗特性分析，可以在不对其产生干扰的情况下了解其性质的变化。阻抗特性分析为ECR等离子体的机理研究提供了一种新的诊断途径，有利于ECR等离子体工艺的推广和应用。     

新型微波ECR-PECVD装置的研制

介绍一台新型的ECR-PECVD装置.这一装置设计和采用了一种由单个电磁线圈和永磁体单元组合的新型磁场,使整个装置结构明显简化.为提高装置的微波转换效率,通过计算机仿真微波场在等离子体室的分布,选择和采用了一种新型的矩形耦合波导.应用这一装置分解H2稀释的SiH4气体以沉积a-Si:H薄膜,获得了2 nm/s以上的高沉积速率.     

Langmuir探针诊断微波ECR非平衡磁控溅射等离子体

利用朗谬尔探针诊断了ECR非平衡磁控溅射等离子体,给出了微观等离子体参量随宏观工艺参量变化关系.实验测得基片架附近等离子体密度达到1010～1011数量级,电子温度在(5～10) eV之间.随溅射靶功率变化,等离子体密度在130W时取得最大值;同样随微波源功率变化,等离子体密度在功率为850W时也达到最大值.电子温度、等离子体空间电位变化与等离子体密度呈相同趋势.     

溅射沉积氢化非晶硅中辉光放电等离子体的Langmuir探针诊断

为揭示磁控溅射辉光放电等离子体参量对Si薄膜沉积过程的本质影响,采用Langmuir探针于不同的靶电流、靶基距和氢分压条件下对直流辉光放电等离子体进行了诊断,分析了直流辉光放电等离子体参量(离子密度、离子流通量、等离子体电势、电子密度、电子温度)的变化规律,并以此为依据探讨了其对Si靶溅射过程和溅射Si粒子输运过程的影...     

ECR等离子体对硅表面的低温大面积氮化

利用电子回旋共振微波放电氮等离子体对单晶硅表面进行了低温大面积氮化的探索 ,通过样品表征和等离子体成分探测 ,分析讨论了氮化机理。结果表明 ,这种方法可以用于硅表面的低温氮化处理 ,获得大面积的均匀氮化硅表层。     

类金刚石薄膜光学特性的椭偏法研究

本文采用脉冲电弧离子镀的方法,在p型硅上沉积类金刚石薄膜,用椭偏法测试薄膜的光学常数.根据沉积方法的特点,建立一个四层结构的膜系,并由每一层的吸收情况合理选择色散关系;结合透过率的测试结果,利用光度法给测出薄膜折射率和厚度的估计值,作为椭偏法拟合的初值,拟合效果良好,得到薄膜的折射率、消光系数和几何厚度.