原子层沉积制备纳米TiO_2薄膜研究进展

原子层沉积技术(ALD)可制备出平滑、均匀可控的高质量薄膜,较传统制备方法而言,具有高度可控性和重现性,成为纳米二氧化钛(TiO_2)薄膜制备的首要选择。从沉积温度、等离子体的增强作用、沉积载体、掺杂及应用等方面综述了ALD法制备纳米TiO_2薄膜的相关研究进展。     

原子层沉积低温制备AZO薄膜

采用原子层沉积技术与改进的Al掺杂模式在石英玻璃基体上低温制备AZO薄膜,利用椭圆偏振仪、原子力显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、Hall效应测试仪系统地对样品的生长速率、表面形貌、晶体结构、薄膜成分与电学性能进行了表征和分析。结果表明,采用原子层沉积在150℃下制备AZO薄膜,其为六方纤锌矿结构,Al掺杂对Zn O的(002)有明显的抑制作用,Al在基体中弥散分布,其部分替换Zn O晶格中的Zn,以Al—O的形式存在于晶体中,晶体中存在大量的氧空位,最佳铝锌循环比为1∶19,此条件下AZO薄膜电阻率为4.61×10-4Ω·cm。     

沉积法制备纳米TiO_2薄膜

利用TiO2胶体在石英玻璃表面沉积制备TiO2薄膜,用分光光度计测量TiO2薄膜的吸光度,研究沉积时间、TiO2胶体浓度、镀膜次数对TiO2薄膜的沉积吸附过程和等效膜厚的影响,讨论纳米TiO2沉积吸附的类型。结果表明,最大等效膜厚随着TiO2胶体浓度的增大而增加;最佳镀膜次数与TiO2胶体浓度无关,随着沉积时间的延长而减少;用气体吸附的B.E.T.和Langmuir吸附理论分析的纳米TiO2在石英玻璃上的沉积过程与实验结果相符。     

高取向锐钛矿TiO2薄膜的MOCVD法制备与表征

采用热壁低压ＭＯＣＶＤ方法，以Ｔｉ（ＯＣ４Ｈ９）４为源在ＳｉＯ２／Ｓｉ衬底上制备出高取向锐钛矿ＴｉＯ２薄膜。用Ｘ射线衍射技术研究了沉积温度和衬底对薄膜的结构和相组成的影响规律，采用ＸＰＳ和ＳＥＭ分别研究了薄膜的组成和形貌，结果表明，当沉积温度为５００＾０Ｃ和６００＾０Ｃ时，薄膜为锐钛矿结构，３００＾０Ｃ和４００＾０Ｃ地，薄膜以无定形结构为主，薄膜的组成为ＴｉＯ２，衬底影响薄膜的相组成，不同沉积温度     

原子层沉积制备VO_2薄膜及特性研究

原子层沉积(ALD)技术在制备薄膜时因具有厚度精确可控、三维均匀性好以及可以实现大面积成膜和低的成膜温度等优点而使其在各个领域受到广泛关注。本文采用ALD技术,以VO(acac)2和O2分别为钒源和氧源,使用不同的沉积温度(420~480℃)和退火条件(自然冷却、4和8h程序降温)在玻璃基底表面制备VO2薄膜。通过X-射线光电子能谱、X-射线衍射以及扫描电镜对薄膜的价态、结晶状况及表面微观形貌进行表征;通过四探针测试仪对所制备薄膜的半导体-金属相变特性进行了研究。实验结果表明:VO2薄膜相变特性与其微观结构和晶体取向有着直接关系。选择ALD脉冲时序为[10s-20s-20s-20s],循环周期数为300,在450℃沉积且采取自然冷却所制备的VO2薄膜结晶状态良好,相变前后薄膜方块电阻突变量大,具有良好的热致相变特性。因此,该ALD技术可以制备相变特性较好的VO2薄膜。     

锐钛矿型TiO_2薄膜的水热法制备及其表征

通过探索最佳条件[硫酸氧钛(TiOSO_4)浓度、添加剂加入量、反应的温度与时间],于玻璃基板上采用水热法制备了TiO_2薄膜,并对产物晶体进行了X射线衍射和扫描电镜表征。结果表明:所制TiO_2薄膜的最佳条件是:0.15mol/L TiOSO_4、Ti~(4+)/添加剂摩尔比4/1、170℃、4h;所制备的TiO_2薄膜晶体为锐钛矿型即A-TiO_2,晶体为八面体,其长度约1μm,晶体的三角面边长在100~200nm之间,薄膜约2μm厚。     

热液法低温制备锐钛矿型TiO_2水溶胶

以钛酸四丁酯为原料,采用热液法在低于100℃的条件下制备了锐钛矿型TiO2水溶胶。通过差热分析、X射线衍射和高分辨透射电镜对TiO2粉体进行表征。结果表明:所制备的TiO2粉体均为锐钛矿相,颗粒大小随着热液处理温度的升高而增大,其粒径介于4.8～6.9nm之间。同时,所合成的TiO2具有较高的光催化活性。     

等离子体增强原子层沉积技术制备铜薄膜

集成电路的高速发展为铜互连提出诸多要求, 其中, 如何低温条件 (≤ 150℃) 下在大深宽比的通孔或沟槽中沉积保形性好、纯度高、导电性好的铜籽晶层是亟需解决的问题。本文利用等离子体增强原子层沉积技术, 以脒基铜为铜前驱体, 以氢等离子体为还原物质, 在较低的沉积温度 (100℃) 下, 沉积了纯度高、导电性能优良的铜薄膜。在10:1的硅基沟槽中, 表面与沟槽底部厚度均匀 (~80 nm)。考察了放电输入功率对薄膜形貌的影响并利用时间分辨发射光谱技术对氢等离子体进行在线诊断。本论文研究表明铜脒基前驱体用于低温等离子体辅助原子层沉积工艺, 可有效地解决铜薄膜沉积过程中铜粒子的团聚问题, 并为其它类脒基前驱体进行金属薄膜的沉积提供借鉴。     

锐钛矿型TiO2薄膜的低温制备及性能研究

采用液相沉积法,在低温下制备TiO2薄膜,研究了制备条件对薄膜中TiO2的晶型、薄膜厚度、透光性、亲水性及光催化活性的影响.结果表明,在90℃下制备的TiO2为锐钛矿型,薄膜的厚度与反应温度、沉积时间、HBO3的加入量及反应物浓度有关,所制备的薄膜具有良好的光诱导超亲水特性和光催化活性,在可见光区的透光率＞80%.     

原子层沉积铜薄膜研究进展

微电子领域中的铜互连工艺需要沉积一层连续且保形好的铜籽晶层,随着集成电路中特征尺寸的减小及沟槽深宽比的增加,传统的热沉积工艺难以满足其将来的制作要求。本文介绍了使用新的强还原剂前驱体沉积铜金属工艺的研究进展,重点综述了利用氢气等离子体辅助原子层沉积铜薄膜工艺的研究现状,概述了应用各类铜前驱体进行铜薄膜沉积的参数及所制备铜薄膜的性能,总结了各工艺的优缺点。     

热型和等离子体原子沉积低温生长TiO_2研究

选择TiCl_4作为前驱体,使用热型原子沉积(TALD)设备,研究了低温(350℃以下)制备TiO_2的生长速率和晶格结构;使用等离子沉积(PEALD)设备,通过等离子H_2还原出Ti单质,再通过O_3氧化Ti单质层的方法,低温下(300℃以下)制备TiO_2。试验发现,衬底、等离子H_2的曝光时间对TiO_2的生长速率有很大影响,而增加Ti单质层厚度直接导致Ti单质层氧化成锐钛矿TiO_2所需要的时间大大增加。PEALD制备的TiO_2,结晶性能与Ti单质层厚度和O_3曝光时间有很大关系,在不外加能量的情况下,300℃以下无法制备纯金红石相的TiO_2。     

直流磁控溅射制备锐钛矿TiO_2薄膜生长速率的研究及其在多层膜制备中的应用

利用直流磁控溅射技术(DCMS)制备锐钛矿TiO_2薄膜,研究了工艺参数中的衬底温度、压强和溅射功率对TiO_2薄膜的沉积速率的影响,利用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)和椭圆偏振光测试仪表征了样品的表面形貌、结构和膜厚,实验结果表明:利用DMS制备薄膜为单一的的锐钛矿结构,表面组成颗粒均匀。随着沉积温度的增加,薄膜的沉积速率从100℃的2.16nm/min增加至400℃的4.03nm/min;压强增加,薄膜的沉积速率降低,0.75Pa、1.5Pa和3.0Pa条件下的沉积速率分别为4.48nm/min、3.18nm/min和2.42nm/min;溅射功率增加,沉积速率提高,100W、295W和443W对应的沉积速率分别为2.95nm/min、3.18nm/min和7.50nm/min。最后用TFC膜系设计软件在玻璃基底上设计了双层TiO_2薄膜,利用设计结果制备了薄膜,实验值和理论设计结果非常吻合。     

等离子体增强原子层沉积技术制备碳化钴薄膜

报道了一种新型PE-ALD工艺用于沉积碳化钴薄膜。以脒基钴为前驱体,在氢等离子体作用下,成功制备了碳化钴薄膜。薄膜厚度与沉积循环关系显示薄膜生长为理想的逐层生长行为,100℃下薄膜生长速率为0.066 nm/cycle。利用XRD和TEM对所沉积的薄膜进行表征,结果表明薄膜是多晶的六方晶系Co_3C晶体结构。XPS的结果表明沉积的碳化钴膜具有高纯度。在深宽比高达20:1的硅基底沟槽中研究碳化钴薄膜的保型性,显示该PE-ALD工艺可以沉积厚度均匀、光滑且高度保形的碳化钴薄膜,这有利于在高深宽比的3D结构中的涂覆并且在负载催化剂领域具有潜在应用。     

自组装树枝状锐钛矿TiO_2的低温合成

以四乙基氢氧化铵(TEAOH)作为模板剂,NH_4HCO_3作为添加剂,在乙醇-水体系中,用两步低温水热法合成了树枝状结构的纳米TiO_2。研究了NH_4HCO_3添加量和溶液中乙醇含量对TiO_2的晶粒结构影响。通过X射线衍射和透射电子显微镜对合成的TiO_2的晶相结构、形貌等进行了表征。结果表明:合成的TiO_2均为锐钛矿型,TEAOH、NH4HCO3和乙醇协同作用使产品呈现树枝状结构。     

锐钛矿型TiO_2纳米粉的低温热容研究

采用溶胶－凝胶法制备了１６、２６ｎｍ锐钛矿型ＴｉＯ２纳米晶超微粉末,测定了其纳米尺寸和晶态．在７８～３７０Ｋ温区测定了热容,拟合出热容随温度变化的多项式方程,并与锐态矿型粗晶ＴｉＯ２热容文献值进行比较,从能量不同的角度分析了各曲线不同的原因．     

低温制备锐钛矿TiO2溶胶水溶液

利用过氧化的方法低温制备锐钛矿相TiO2溶胶水溶液,其制备过程由4个步骤组成:利用新制备的正钛酸沉淀得到过氧化钛溶液;利用氨水溶液沉淀过氧化钛得到过氧化钛水合物;利用阳离子交换树脂除去杂质NH4 ;得到的溶液于100℃下密闭加热5h得到最终产物.XRD和FTIR结果表明,可以通过此法在低温下合成稳定的锐钛矿型TiO2溶胶水溶液,而且在制备过程中不会引入任何杂质.TiO2溶胶水溶液的光催化活性通过光催化降解丙酮来表征,结果表明其光催化表观反应速率常数相对P25大0.9×10-3min-1.     

原子层沉积技术及其在铁电薄膜制备中的应用

讲述原子层沉积技术原理与特点的同时,进一步论述了它在沉积机理和实验真空度这两方面与传统薄膜沉积工艺的异同;综述了此技术在铁电薄膜制备研究方面的最新进展,前驱体的制备与选择、薄膜缺陷的控制以及表面化学反应动力学依然是当前原子层制备铁电薄膜研究的重点;最后展望了原子层沉积技术制备铁电薄膜的发展方向.     

原子层沉积技术及其在铁电薄膜制备中的应用

讲述原子层沉积技术原理与特点的同时，进一步论述了它在沉积机理和实验真空度这两方面与传统薄膜沉积工艺的异同；综述了此技术在铁电薄膜制备研究方面的最新进展，前驱体的制备与选择、薄膜缺陷的控制以及表面化学反应动力学依然是当前原子层制备铁电薄膜研究的重点；最后展望了原子层沉积技术制备铁电薄膜的发展方向。     

热原子层沉积技术制备的TiAlC薄膜的性能

为了解以热原子层沉积技术制备的TiAlC薄膜的特性,在不同基底温度下,以硅和二氧化硅为基底材料制备了TiAlC薄膜;采用椭偏仪、分光光度计、X射线光电子能谱、原子力显微镜、X射线衍射仪对薄膜的性能进行了测试。结果表明:随着基底温度的升高,TiAlC薄膜平均透射率逐渐降低,吸收边产生红移,光学带隙由2.56eV降低到0.61 eV;薄膜的沉积速率由0.09 nm/cycle升高到0.20 nm/cycle,表面粗糙度由1.82 nm降低到0.49 nm;不同基底温度下生长的薄膜均为无定型结构;膜层中的氧源于空气的自然氧化,且膜层的氧化程度与膜层中TiC的含量及膜层的致密性有关;TiAlC薄膜的形成主要源于高温条件下TiC的形成及三甲基铝的分解。     

离子束辅助沉积制备TiO_2-Nb_2O_5氧敏薄膜

采用离子束辅助沉积方法在Ａｌ２Ｏ３陶瓷衬底上制备了ＴｉＯ２Ｎｂ２Ｏ５氧敏薄膜。考察了薄膜组分比及退火温度对薄膜氧敏特性和结构的影响。电阻氧分压特性测试结果表明，纯Ｎｂ２Ｏ５薄膜的氧敏特性优于纯ＴｉＯ２薄膜；掺入少量的Ｔｉ可使Ｎｂ２Ｏ５薄膜的氧敏特性提高，以５ｍｏｌ％ＴｉＯ２掺杂的Ｎｂ２Ｏ５薄膜最佳；过量掺杂则使Ｎｂ２Ｏ５薄膜的氧敏特性明显变差。在５ｍｏｌ％ＴｉＯ２Ｎｂ２Ｏ５薄膜中再掺入少量的Ｐｔ（０３％０５％）可使其氧敏特性更好，而且其响应时间大大缩短。Ｘ射线衍射谱（ＸＲＤ）和Ｘ射线光电子谱（ＸＰＳ）分析表明，在退火后的ＴｉＯ２Ｎｂ２Ｏ５薄膜中Ｎｂ２Ｏ５为单斜（Ｍｆｏｒｍ）结晶相，而掺杂的Ｔｉ以非晶的ＴｉＯ２形式存在，即使在高达３４ｍｏｌ％ＴｉＯ２Ｎｂ２Ｏ５薄膜中也不例外。纯ＴｉＯ２膜为金红石结构。不同退火温度（９００１１０００Ｃ）对薄膜的氧敏特性和结构无明显影响。