氟化非晶碳(a-C:F)薄膜的研究

氟化非晶碳(a-C：F)薄膜是一种电、光学新材料。介绍了它的制备方法，对其制备工艺作了较全面的探讨；分析了该膜制备方法和工艺参数对薄膜组分及化学键结构的影响；研完了该膜的电学、光学、热学、力学等物理性质及其在相关方面的应用，并对该膜的物理性质与制备工艺参数的关联作了详细的论述；指出介电常数和热稳定性的矛盾是阻碍该膜实用化的主要原因。     

氮掺杂氟化非晶碳薄膜光学性质的研究

用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)法制备氮掺杂氟化非晶碳(a-C:F:N)薄膜.用紫外-可见分光光谱仪、椭偏仪、傅立叶变换红外光谱仪对薄膜进行了检测.结果表明:随源气体中氮气含量的增加,光学带隙先减小后升高,折射率变化情况与之相反.在其它条件相同的情况下,升高沉积温度使得薄膜的光学带隙和折射率降低.光学带隙的大小与sp2键含量密切相关,sp2键浓度越大,薄膜的光学带隙越小.     

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.     

ICP—CVD制备氟化非晶碳（a—C：F）薄膜的研究

本文使用CH2F2为源气体,利用电感耦合等离子体增强化学气相沉积(ICP-CVD)法在不同放电模式(连续或脉冲)、沉积气压、射频功率和位置下制备了a-C∶F薄膜.用原子力显微镜(AFM)观察了薄膜的表面形貌,通过FTIR、XPS对其结构进行了表征.研究结果表明:放电模式、放电气压、射频功率、基底位置均对薄膜的表面粗糙度(RMS)和组成具有重要的影响.在脉冲波模式下,增加放电气压,薄膜RMS值的变化呈现出先降低后升高的变化趋势;基底距离线圈的距离越远,所沉积薄膜的RMS值越小.而在连续波模式下,距离线圈较远的B、C位置薄膜的RMS值却相对较高.增加放电功率导致沉积薄膜的RMS值较小.本文也对CH2F2等离子体进行了发射光谱(OES)诊断研究.结果表明,对比脉冲波模式,连续波放电时等离子体中含碳物种明显减少.结合表征结果和OES结果对薄膜的生长机理进行了探讨.     

非晶碳膜及掺氮非晶碳膜的制备及光学性质的比较

用射频磁控溅射法成功地制备了非晶碳薄膜薄膜。拉曼光谱表征表明所沉积的非晶碳薄膜是非晶结构,具有类金刚石特性。对所制备的掺氮非晶碳薄膜用光电子能谱和红外光谱进行了表征。同时还研究了两种薄膜的光学性质,为该类薄膜的实际应用提供了可靠的实验依据     

氟化非晶碳薄膜的低频介电性质分析

研究了电子回旋共振等离子体技术沉积的氟化非晶碳(α-C：F)薄膜的低频(10^2～10^6Hz)介电性质。发现α-C：F薄膜的低频介电色散随源气体CHF3／C6H6的比例、微波入射功率而改变。结合薄膜键结构的红外分析,发现薄膜中C=C相对含量的增大是导致低频介电色散增强的原因,而C—F相对含量的增大则使低频介电色散减弱。     

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。     

低介电常数材料和氟化非晶碳薄膜的研究进展

目前微电子器件正经历着一场材料结构的变革.由于其特征尺寸进入100nm,由内部金属连线的电阻和线间绝缘介质层的电容构成的阻容延时已经成为限制器件性能的主要因素.用电阻更小的铜取代目前使用的铝作金属连线,用低介电常数(低K)材料取代二氧化硅作线间介质成为重要的、应用价值巨大的研究课题.着重叙述了具有低介电常数的氟化非晶碳薄膜的研究进展.     

氟化非晶碳膜结构的Raman和FTIR研究

利用反应射频磁控溅射法,以单晶Si片为衬底,在不同功率下制备了氟化非晶碳膜样品,并进行了不同温度的退火处理。采用拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱和原子力显微镜对样品的结构进行了表征。通过谱线Lorentzian分峰拟合方法,分析比较了不同功率下制备的氟化非晶碳膜sp杂化结构,得到了薄膜生长过程功率控制与结构的关系,功率增大、退火温度升高,膜内sp2相对含量增加。退火温度达到350℃时,薄膜中石墨结构明显增加。     

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.     

氟化类金刚石(F-DLC)薄膜的红外分析

以CF4和CH4为源气体,利用射频等离子体增强化学气相沉积法,在不同条件下制备了氟化类金刚石(F-DLC)薄膜,并进行了退火处理。红外分析表明,F-DLC薄膜中主要有C-Fx(x=1,2,3)、C-C、C-H2、C-H3和C=C化学键等。低功率下制备的薄膜主要由C-C、CF和CF2键构成,功率增加时,薄膜内C-C键含量相对增加;气体流量比R(R=CF4/[CF4 CH4])增大,薄膜内F的含量增加,C-C键相对减少;高温退火后,薄膜内部分F和几乎全部的H从膜内逸出,薄膜的稳定温度在300℃以上。低功率、高流量比下制备的薄膜,F含量相对较大,介电常数较低。     

基体负的低偏压对氟化非晶态碳膜结构及性能的影响

为了研究基体负的低偏压Vb对氟化非晶态碳膜的结构、纳米硬度和疏水性能的影响,采用等离子体浸没与离子注入装置,CF4和CH4作为气源,在不同的基体偏压下制备了一系列氟化非晶态碳膜.使用XPS、ATR-FTIR和Raman谱对其成份和结构进行了表征.薄膜硬度通过纳米压痕仪进行测量,采用躺滴法测量薄膜与双蒸水之间的接触角来评价其疏水性能.XPS和FTIR结果表明薄膜中存在C-CF、C-Fx基团.Raman谱结果表明:随着基体偏压的增加,薄膜从类聚合物状结构逐渐转变为类金刚石结构,薄膜的硬度逐渐增加.接触角测量结果表明:在低偏压范围内,单纯地依靠调节偏压并不能显著地提高薄膜的疏水性能.     

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.     

PECVD法沉积类金刚石膜的结构及其摩擦学性能

以C2H2为碳源,Ar气为辅助气体,利用射频等离子体化学气相沉积的方法在有机薄膜PET和载玻片上制备了类金刚石(diamond-like carbon,DLC)薄膜.通过红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)分析了所制备DLC薄膜的结构;利用原子力显微镜(AFM)分析了薄膜的表面形貌;另外,还利用摩擦磨损仪对薄膜的机械性能进行了研究.实验得到:FTIR、Raman谱图分析发现碳氢膜主要由sp2和sp3杂化的碳氢化合物呈层状堆积而成,其组分与沉积参数密切相关;同时,sp2和sp3杂化比例影响所制备薄膜的致密性、均匀性和耐磨性能.     

等离子体气相沉积非晶SiO2薄膜的特性研究

用傅立叶红外吸收光谱 ,电子自旋共振 ,表面台阶仪等研究了等离子体增强化学气相沉积法制备的非晶SiO2 薄膜的特性与膜厚的关系。当膜厚从 0 1 μm递增到 1 1 μm时 ,1 0 60cm- 1 附近的Si—O—Si伸缩振动吸收峰从 1 0 50cm- 1 漂移到1 0 75cm- 1 ,但是 80 0cm- 1 处的Si—O—Si弯曲振动吸收峰不随膜厚变化而变化。通过比较 ,由于多重反射而引起的Si—O—Si伸缩振动吸收峰漂移的理论计算值 ,认为本研究中的Si—O—Si伸缩振动吸收峰的漂移不仅是由于多重反射效应 ,而且更主要是由于薄膜的物理性能随膜厚增加而发生了变化。Si悬挂键密度、应力以及HF缓冲溶液中的腐蚀速度等实验结果验证了以上的观点     

超薄四面体非晶碳膜的结构和性能

使用磁过滤阴极真空电弧(FCVA)技术制备不同厚度的超薄四面体非晶碳膜(ta-C)，研究了表征和测量超薄ta-C碳膜微观结构和性能的方法以及膜厚的影响。使用X射线衍射仪验证椭圆偏振光谱仪联用分光光度计表征膜厚度的可靠性并测量了膜密度；用拉曼谱分析薄膜的内在结构，验证用椭偏联用分光光度计表征sp³ C含量的可靠性；用Stoney^，s公式计算了薄膜的残余应力。结果表明，薄膜的厚度由7.6 nm增大到33.0 nm其沉积速率变化不大，为1.7±0.1 nm/min；根据椭偏联用分光光度计的表征结果，薄膜中sp³ C的含量逐渐减少，拓扑无序度降低，与拉曼谱的表征结果一致；厚度为7.6 nm的超薄ta-C碳膜中p³ C的含量最高；随着厚度的增大薄膜中的残余压应力从14 GPa降低到5 GPa；厚度为11.0 nm的薄膜主体层密度最大，为3070 kg/m³，致密性较好；厚度对薄ta-C碳膜表面粗糙度的影响较小。用椭偏和分光光度计测量超薄ta-C碳膜的厚度和表征显微结构是可行的，X射线反射法可用于测量超薄ta-C碳膜密度和表面粗糙度，但是对薄膜的质量要求较高。