反应淀积氮化铝薄膜及其性质的研究

实验使用脉冲激光熔蚀金属铝靶,使溅射的物质粒子和真空室中的氮气反应以淀积氮化铝（ＡｌＮ）薄膜,淀积时引入氮气直流放电以促使Ａｌ和Ｎ发生完全反应制备高质量符合化学计量比的ＡｌＮ薄膜。讨论了脉冲能量密度、基底温度、气体放电对所沉积薄膜组织结构的影响。实验结果表明,当ＤＥ＝１．０Ｊ·ｃｍ－２,ＰＮ２＝１３．３３３ｋＰａ,Ｔｓｕｂ＝２００℃,Ｖ＝６５０Ｖ,ｆ＝５Ｈｚ,ｄＳ－Ｔ＝４ｃｍ时,高质量的ＡｌＮ薄膜被成功地沉积于Ｓｉ（１００）基片上。分析表明薄膜是具有高取向性的ＡｌＮ（１００）多晶膜,薄膜的能带间隙约为６．２ｅＶ,其电阻率和击穿电场分别为２×１０１３Ω·ｃｍ和３×１０６Ｖ·ｃｍ－１。     

MEMS薄膜中的残余应力问题

在制造微电子机械系统(MEMS)的器件的过程中,通常要进行高温的薄膜淀积或生长,因此薄膜中存在的残余应力很多情况下影响着器件结构的特性,有时甚至严重劣化器件的性能。本文以实例具体分析了薄膜残余应力的影响,并介绍了残余应力的起源、产生机制以及控制。     

薄膜残余应力有限元分析研究

利用有限元软件对薄膜残余应力进行了分析与计算，并与理论计算结果进行对比，说明所建立的模型是合理的。     

反应式脉冲激光溅射淀积AlN薄膜化学稳定性研究

就反应式脉冲激光溅射淀积制备氮化铝薄膜的过程，讨论了激光脉冲能量密度及脉冲频率对所有制备薄膜结构性能的影响，并对薄膜的化学稳定性作了比较详细的研究，结果表明，当薄膜中存在有未反应的单质铝时，薄膜的化学稳定性较差。比较而言具有高取向性，择优生长的致密ＡＩＮ微晶膜的化学稳定性优于结构相对疏松的非晶膜。     

微机械薄膜残余应力研究

阐述了薄膜残余应力对MEMS器件结构的影响及其产生根源、测量技术与控制技术，对多层薄膜结构中热应力的产生进行了有限元建模和理论分析。通过对一种残余应力测量结构(微旋转结构)的仿真分析表明，旋转梁端的偏移量与残余应变成线性对应关系。最后，简单介绍了沉积工艺条件、应变相消法以及快速热退火在薄膜残余应力控制中的应用。     

BST薄膜的残余应力分析

采用射频磁控溅射在Pt/Ti/SiO2/Si(100)衬底上制备了钛酸锶钡(BST)薄膜,利用气氛炉对薄膜进行晶化处理,晶化后薄膜的应力采用XRD表征。研究其残余应力随晶化温度变化的趋势。结果表明:在550,650,700℃晶化后的BST薄膜宏观残余应力表现为压应力,且随着晶化温度的升高,呈线性变大。     

AlN薄膜制备技术研究

采用磁控溅射法制备了AlN薄膜并研究了射频(RF)等离子清洗对AlN薄膜结晶取向度的影响,实验表明,RF等离子清洗基片3min后AlN薄膜c轴取向摇摆曲线半峰宽达到1.3°;通过Mo薄膜衬底对AlN薄膜结晶取向度的影响发现,取向度好的Mo薄膜衬底有利于c轴取向AlN薄膜的生长;Ar气体流量对AlN薄膜应力的影响使AlN薄膜应力从-390(压应力)~73 MPa(张应力)可调。     

脉冲激光沉积法制备的PZT铁电薄膜的残余应力

根据压电本构方程和细观力学统计平均法，采用X射线衍射（XRD）测量Pb（Zr0.52Ti0.48）O5（PZT）铁电薄膜的残余应力。考虑激光沉积生长过程中，薄膜相变应力、热应力和本征应力对自由能的贡献，分析薄膜晶胞在晶体坐标系上的应力应变状态。由坐标转换将晶胞残余应力从晶体坐标系转换到样品坐标系得到任意取向晶粒的残余应力，通过取向平均得到薄膜样品坐标系上的残余应力。用脉冲激光沉积法（PLD）制备了不同厚度的PZT薄膜。利用X射线衍射分别采用细观力学统计平均法和传统sin^2φ法测量了PZT薄膜的残余应力。结果表明，两种结果在数值上是比较接近的（绝对差范围0．3～16．6MPa），残余压应力随着膜厚的增加从96MPa左右减少到45MPa左右。最后讨论了细观力学统计平均法的优缺点。     

离子束增强沉积AlN薄膜的研究

利用离子束增强沉积9IBED）法成功地在Si(100）衬底上合成了大面积均匀的非晶AlN薄膜。XRD和XPS测试结果证实该薄膜为非晶且无单质Al和N2存在,随着Al蒸发速率的提高,N/Al下降,在0.05nm/s及0.10nm/s的蒸发速率下制得的薄膜N／Al分别为0.402:1和0.250:1。SRP测试结果表明,随着Al蒸发速率的提高,表面电阻下降,并助在0.05nm/s的速率下制得的薄均匀致密,表面电阻高于10^8Ω,性能良好,而当蒸发速率≥0.25nm/s时,薄膜绝缘性能迅速下降。AFM分析显示薄膜呈岛状分布,且0.05nm/s制取的样品表面呈鹅卵石密堆积,颗粒均匀,表面比0.10nm/s样品起伏平缓、光滑,薄膜的生长机制可能是三维岛状生长。     

AlN薄膜的热应力模拟计算

本文通过ANSYS有限元分析软件对薄膜的热应力进行了模拟计算,并通过理论计算验证了其合理性.模拟出了薄膜应力值及分布情况,分析了薄膜沉积温度与薄膜厚度对薄膜度应力的影响.从模拟的结果可以看出,薄膜上表面X方向应力主要集中在薄膜中心,边缘应力较小,但边缘的形变较大;薄膜的热应力随着薄膜沉积温度的升高而增大,随着膜厚的增加...     

磁控溅射Cu膜的织构与残余应力

用磁控溅射工艺在不同沉积温度制备200 nm与2μm厚的Cu膜,并用X射线衍射仪(XRD)与光学相移方法测量薄膜织构与残余应力.结果表明,对于200 nm厚Cu膜,随着沉积温度T增加,晶粒取向组成几乎保持不变,薄膜具有较低拉应力且不断减小;而对于2μm厚Cu膜,随着T增加,Cu<111>/Cu<200>晶粒取向组成比值急剧减小.薄膜具有较大的拉应力且不断减小.根据表面能、应变能及缺陷形成等机制对薄膜残余应力与织构的演化特征进行了分析.     

氮化铝薄膜的椭偏法研究

文章采用真空磁过滤电弧离子镀法在单晶Si(100)基片上成功制备了氮化铝(AlN)薄膜,并利用椭偏法对AlN膜进行了研究.根据沉积方法的特点,建立合适的膜系进行拟合,得到薄膜的折射率、消光系数和几何厚度;分析薄膜与基片之间的附着方式为简单附着,以及引起薄膜材料比块体材料折射率偏小的原因为:薄膜中含有空隙,Al/N不符合化学剂量比,薄膜表面形成了Al2O3钝化层.     

直流磁控反应溅射制备硅基AIN薄膜

采用直流磁控反应溅射法,在Si(100)和Pt/Ti/Si(100)上制备了AlN薄膜。用X-射线衍射(XRD)、电镜扫描(SEM)、原子力显微(AFM)对薄膜的晶向结构和表面形貌进行了分析,研究了不同工艺参数对薄膜择优取向的影响,分析了AlN晶粒生长的有关机理。制备出的AlN薄膜显示出较好的(002)面择优取向性,半高宽(FWHM)为0.35°～0.40°,折射率约为2.07。     

激光热冲击引起PZT压电薄膜铁电性能的变化

应用高能量单脉冲激光作用在锆钛酸铅 (PZT)压电薄膜上 ,研究脉冲激光的热冲击对PZT薄膜性能产生的影响。发现在激光未烧熔薄膜的能量密度下 ,经过激光作用后 ,PZT薄膜的铁电性能发生变化 :在外加电压为 6V时 ,剩余极化强度值Pr 从 32 6 99μC/cm2 变到 2 6 316 μC/cm2 ;矫顽电场保持为 38 396kV/cm不变 ;疲劳性能变稳定 ,在循环 1 75× 10 9次时 Pr 衰变率由 4 4 3%变为 34 7%。最后讨论分析了产生这种现象的微观机理。     

复合CrCO-Ti保护薄膜的热稳定性研究

用非平衡脉冲直流磁控溅射技术制备出了复合CrCO-Ti和CrCO保护薄膜,在氮气气氛条件下,研究了这些薄膜的结构、粘合力、耐磨性等随退火温度的变化规律和掺Ti对其性能的影响.得出结论:沉积的薄膜是非晶态薄膜,这些薄膜的耐磨能力达到10-8mm3/Nm;掺Ti能增强薄膜的柔韧性和负载能力,但在400℃及以上退火条件下,薄膜的结构、粘合力、耐磨能力等开始变化,而OEM为40%的复合CrCO-Ti薄膜具有较好的热稳定性.     

溅射功率对AlN薄膜结构形貌的影响

采用直流反应磁控溅射法在Si(111)基片上制备了AlN薄膜,利用X线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)对不同溅射功率下制备的AlN薄膜的结构及形貌进行了分析表征。结果表明:在一定范围内,随着溅射功率的增大,薄膜厚度增加,晶粒逐渐长大,表面粗糙度也随之增大;AlN(002)择优取向改善明显,120W时达到最佳。