不同厚度四面体非晶碳薄膜的拉曼表征和内应力

为了探讨膜厚对四面体非晶碳薄膜拉曼结构表征和内应力的影响规律，进而确定应力与拉曼光谱之间的关系，采用过滤阴极真空电弧技术以相同的工艺条件在P（100）单晶抛光硅衬底上制备了从3nm～350nm不同厚度的四面体非晶碳薄膜。利用表面轮廓仪和原子力显微镜测试膜厚，表面轮廓仪确定曲率半径并计算薄膜应力，共聚焦拉曼光谱表征薄膜的结构细节。实验发现，随着膜厚的增加，四面体非晶碳薄膜的应力持续下降，当膜厚超过30nlll时，应力的下降趋势变得平缓，并保持在小于5GPa的较低水平。随着膜厚的增加，可见光拉曼光谱中衬底硅的一阶和二阶谱峰强度逐渐降低，在50nm～80nm膜厚范围，半高宽最窄，峰强最高，能够最有效地获得拉曼结构信息。随着膜厚的增加和应力的下降，非晶碳一阶谱峰的峰位表现为逐渐向低频偏移。     

硼掺杂四面体非晶碳薄膜的光学特性研究

采用过滤阴极真空电弧技术制备了不同硼含量的掺杂四面体非晶碳薄膜(ta-C:B)。使用椭偏仪和紫外-可见光分度计测试了薄膜的折射率、消光系数、透过率和反射率。结果表明,硼含量小于2.13%时,硼含量增加,薄膜折射率缓慢增大;消光系数基本保持不变。当硼含量继续增加到3.51%和6.04%时,折射率分别迅速增加至2.65和2.71,相应的消光系数增大至0.092和0.154;而薄膜的光学带隙从2.29eV缓慢减小至1.97eV,后又迅速降至1.27eV。同时ta-C:B膜的透过率逐渐减小,反射率逐渐增大,表明硼的掺入降低了薄膜的透光性能。ta-C:B膜光学性能的变化,除了与sp3杂化碳的含量有关外,还取决于薄膜中sp2杂化碳的空间分布特点。     

脉冲磁过滤阴极弧等离子体制备四面体非晶碳膜

介绍了脉冲磁过滤阴极电弧法制备四面体非晶碳膜(tetrahedral amorphous carbon即ta-C),并对制得的薄膜表面形貌、硬度、电阻等进行了测试.结果表明,脉冲磁过滤阴极电弧法制备的ta-C膜有优良的性能.拉曼光谱分析显示,制得的薄膜为非晶结构,有明显的sp3结构特征,符合ta-C膜的特征峰.     

掺硼四面体非晶碳膜的微观结构及光谱表征

分别采用过滤阴极真空电弧技术制备了不同含硼量四面体非晶碳(ta-C:B)膜, 并用X射线光电子能谱(XPS)、Raman光谱对薄膜的微观结构和化学键态进行了研究. XPS分析表明薄膜中B主要以石墨结构形式存在, 随着B含量的增加, sp³杂化碳的含量逐渐减小, Ta-C:B膜的Raman谱线在含硼量较高时, 其D峰和G峰向低频区偏移, 且G峰的半峰宽变窄, 表明B的引入促进了sp²杂化碳的团簇化, 减小了原子价键之间的变形, 从而降低了薄膜的内应力．     

过滤阴极真空电弧法制备四面体非晶碳薄膜

利用离面双弯曲过滤阴极其空电弧沉积系统，在Ф200mm单晶硅片上制备四面体非晶碳薄膜。利用Dectek3型表面轮廓仪检验膜厚均匀性(小于5％)，并利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、激光拉曼光谱(Raman)、X射线光电子谱(XPS)以及纳米压痕(Nano—Indenter)仪器测试薄膜的性能和结构。结果表明：试验制备的薄膜是四面体非晶碳薄膜，其中sp^3键含量高达80％以上，薄膜表面纯净，几乎没有大颗粒的污染，表面粗糙度(Rq)小于0．3nm(取样面积1μm^2)，薄膜硬度可达50GPa，杨氏弹性模量高于550GPa。     

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。     

掺磷四面体非晶碳薄膜电极的电化学伏安特性

采用过滤阴极真空电弧技术, 以高纯磷烷气体为掺杂源制备掺磷四面体非晶碳(ta-C:P)薄膜. 利用X射线光电子能谱和激光拉曼光谱表征薄膜的成分和结构, 采用循环伏安和微分脉冲伏安分析薄膜的电化学行为. 结果表明, 磷的掺入没有引起薄膜非晶结构的明显变化, 只是促进了sp²杂化碳原子的团簇. 经过酸预处理的ta-C:P薄膜在硫酸溶液中有宽的电势窗口和低的背景电流; 对Cl^-有催化活性; 薄膜表面电子传输速度快; 对水溶液中Cu²⁺和Cd²⁺有检测活性. 因此具有良好导电性的ta-C:P薄膜适于作为电极并有望用于污水中重金属离子的分析检测等领域.     

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.     

激光脉冲能量对四面体非晶碳薄膜的结构及血液相容性的影响

采用脉冲激光方法制备了sp3/sp2不同比率的四面体非晶碳薄膜.利用拉曼光谱、紫外可见光谱等材料表征方法, 研究了脉冲激光能量对四面体非晶碳薄膜的微结构及血液相容性的影响.结果表明:脉冲激光能量显著影响四面体非晶碳薄膜中sp3/sp2的比率,调控单脉冲激光能量范围为150～250mJ,可使薄膜的光学带隙从1.41～2.44eV发生变化.血小板粘附实验和动态凝血实验表明制得的薄膜具有优良的血液相容性.分析了四面体非晶碳薄膜的抗凝血机理.     

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     

厚度对真空电弧制备传感器用非晶ta-C膜性能的影响

采用双弯曲磁过滤阴极真空电弧沉积方法在传感器用P型单晶硅上制备ta-C膜,并通过实验测试的手段研究厚度对其组织及性能的影响。研究结果表明:逐渐延长沉积时间后,沉积速率始终保持1.6 nm/min的稳定状态。分别运用椭偏仪和光度计测定ta-C膜的厚度结果基本一致,差值小于2 nm。随着膜厚的增加,sp³C比例发生了减小,原先的sp³结构逐渐转变为sp²结构。当膜厚增大后,ta-C膜内形成了更高比例的sp³C。当膜厚增大后,G峰发生了低位移动,此时膜内的sp³C比例发生了降低。当膜厚增大后,ta-C膜色散值和残余压应力发生了不断减小,表明膜获得了更小的拓扑无序度。不同厚度的涂层粗糙度基本接近,都在0.6 nm以内。膜表面呈现光滑的连续分布形态,粗糙度保持基本恒定。     

非晶碳膜中sp2和sp3相的检测方法

非晶碳薄膜由sp2和sp3杂化的碳原子组成.sp2和sp3碳原子的比例是决定非晶碳膜的结构和性能的重要参数.如何定量或定性地分析碳薄膜中sp2和sp3碳的含量一直是十分重要的问题.目前用来测定sp2和sp3碳及其比例的实验方法有13C核磁共振谱(NMR)、电子能量损失谱(EELS)、X射线光电子能谱(XPS)、椭圆偏振谱、拉曼光谱(Raman)、红外光谱(IR)等.综述了这些测定方法及其特点.     

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.     

乙烯掺杂APCVD法沉积非晶硅薄膜的光学特性

通过硅烷、乙烯和氮气的混合气体在620下采用常压化学气相沉积(APCVD)法沉积了非晶硅薄膜,讨论了乙烯/硅烷的体积比(R=VC2H4/VsiH4)对薄膜的光学性质的影响.用Raman光谱、红外光谱和紫外-可见光光谱仪对薄膜进行表征.结果表明通过乙烯掺杂制备的薄膜样品中存在着Si-C键,在R值变化的开始阶段薄膜的光学带隙随着R值增大而增大,在R=0.1时达到最大值,然后随着R值的增大而减小.     

过渡层对含氢非晶碳膜生长的影响

本文利用射频等离子体增强化学气相沉积（RFPECVD）工艺在不锈钢基底上制备了含氢非晶碳膜（a-C：H膜）。在沉积碳膜之前，首先在基底表面预先沉积了Ti／TiC、Ti／TiN和Ti／TiN／TiC等过渡层以提高膜基结合力。利用激光Raman光谱分析了过渡层对a-C：H膜生长过程及膜中sp^3含量的影响。实验结果表明，采用Ti／TiN／TiC过渡层时所制备的a-C：H膜中sp^3含量最多，同时膜基结合力最大。     

磁过滤阴极弧制备四面体非晶碳膜热稳定性研究

为研究磁过滤阴极弧制备的四面体非晶碳(tetrahedral amorphous carbon, ta-C)膜在自然环境中使用的热稳定性, 将ta-C膜在空气中退火3h, 退火温度分别为200、400和500℃. 用XPS和Raman谱对膜的微观结构进行表征. 结果表明, 在400及400℃以下退火, XPS谱C1_s峰和Raman谱都没有明显变化. 当退火温度为500℃时, C1_s峰峰形仍然没有变化; Raman峰I_D/I _G增大, G峰峰位未变, 峰的对称性变好. 分析显示膜中石墨颗粒长大, 但没有发生石墨化. 说明磁过滤阴极弧制备的ta-C膜因不含氢和结构致密而表现出良好的热稳定性. 另外, 在退火温度为500℃时, 样品边缘已经氧化挥发.     

电子束与电阻复合蒸发法制备Zr-Cu非晶薄膜及性能表征

主要采用电子束蒸发与电阻蒸发复合镀膜系统制备Zr-Cu二元非晶薄膜,衬底基板无冷却装置。通过X射线衍射仪(XRD)、场发射透射电子显微镜(FE-TEM)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、微控四探针测量仪等仪器,系统地研究了样品沉积时间对薄膜厚度、微观结构、表面形貌以及电学性能的影响,另外还分析了与磁控溅射制备的Zr-Cu非晶样品的区别。结果显示,该复合镀膜技术制备的ZrxCu100-x非晶薄膜玻璃形成成分范围为x=30~85;薄膜的结构与性能对沉积时间比较敏感。样品随沉积时间的延长从非晶结构逐渐向非晶纳米晶复合结构转变;相比磁控溅射制备的薄膜样品,复合蒸发法制备的薄膜表面呈现较大尺寸的"团簇"形貌;样品的电阻率和方块电阻随沉积时间的延长逐渐减小。