射频磁控溅射沉积高质量ZnO薄膜的工艺研究

在室温下利用射频磁控溅射法在硅(100)基片上制备ZnO薄膜,利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对其结晶性能进行分析。研究了制备条件对薄膜沉积速率的影响。分析了薄膜沉积速率对薄膜结晶状况的影响及源气体中的氧气和氩气的流量比对薄膜结晶状况的影响。研究结果表明,薄膜的生长速率强烈依赖于射频功率和工作气压,薄膜的结晶性能强烈依赖于薄膜的沉积速率和反应气体中氧气和氩气的流量比。制备高结晶质量的ZnO薄膜的最佳工艺参数为靶到衬底的距离为4cm,输入功率为250W,源气体中氩气和氧气的流量比n(Ar)∶n(O2)为5∶20,溅射工作气压为2Pa。在最佳工艺条件下所制备的薄膜表面平整致密,接近单晶,在可见光区的透射率高达90%。     

CoTaZr薄膜的制备及结构研究

室温下采用直流磁控溅射法在玻璃基片上沉积CoTaZr薄膜。利用EDS、SEM、XRD等方法研究溅射气压、功率对CoTaZr薄膜成分、生长形貌和组织结构的影响。结果表明,溅射功率为96W时,沉积制备的薄膜成分随Ar气压变化不大,薄膜成分基本稳定。在溅射气压为2Pa、功率为96W时,成功制备出具有非晶+纳米晶结构的CoTaZr薄膜。在2Pa时,随着功率的增大,薄膜由1区、T区向3区转变;在96W时,随着气压的增大,薄膜由3区向T区或1区转变。     

射频磁控溅射制备Bi2Te3热电薄膜

通过射频磁控溅射，在溅射气体为Ar，气压为1Pa，溅射功率为120W时分别在聚氨酯和玻璃基底上沉积了不同厚度的Bi2Te3薄膜。Bi2Te3薄膜主要是以（221）晶面平行于基底进行外延生长，先在基底形成大量微小晶粒，合并长大成典型的纤维状组织结构。在此条件下薄膜生长速率为26nm/min，通过控制溅射时间可沉积几纳米到几微米不同厚度的薄膜。得到的p-型半导体Bi2Te3薄膜，其电阻率随薄膜厚度的增大而减小。     

PECVD法沉积氢化非晶硅薄膜内应力的研究

利用等离子体增强化学气相沉积技术在硅基底上沉积了氢化非晶硅(α-Si:H)薄膜,通过纳米压入仪、电子薄膜应力分布仪、傅里叶变换红外光谱仪等表征技术,研究了沉积时的工艺参数(射频功率、沉积温度、工作压强)对薄膜内应力的影响,对薄膜的本征应力、热应力进行分析,并探讨了射频功率对薄膜红外吸收光谱的影响。研究结果表明,提高射频功率能够使薄膜从张应力转变为压应力,且压应力随射频功率的增大而增大;提高工作压强能够使薄膜从压应力转变为张应力;应力随沉积温度的升高而增大;薄膜中氢含量、SiH组态、SiH2组态含量随射频功率的增大而增大。通过优化工艺,得到了沉积具有较小张应力薄膜的工艺参数(射频功率30W,沉积温度250℃,气体流量80cm3/min(标准状态),工作压强67Pa),并将其成功应用于非晶硅薄膜自支撑悬空结构。     

射频磁控反应溅射制备Al2O3薄膜的工艺研究

采用射频磁控反应溅射法,以高纯Al为靶材,高纯O2为反应气体,在不锈钢和单晶Si基片上成功地制备了氧化铝(Al2O3)薄膜,并对氧化铝薄膜的沉积速率、结构和表面形貌进行了研究.结果表明,沉积速率随着射频功率的增大先几乎呈线性增大而后缓慢增大;随着溅射气压的增加,沉积速率先增大,在一定气压时达到峰值后继续随气压增大而减小,同时随着靶基距的增大而减小;随着氧气流量的不断增加,靶面溅射的物质从金属态过渡到氧化物态,沉积速率也随之不断降低.X射线衍射图谱表明薄膜结构为非晶态;用原子力显微镜对薄膜表面形貌观察,薄膜微结构为柱状.     

非晶硅薄膜的沉积速率研究

利用PECVD方法在硅片上制备了非晶硅薄膜,通过正交实验得出影响薄膜沉积速率和折射率的主要参数为气体流量和射频功率,分别研究了这两个参数对沉积速率和折射率的影响.结果表明当气体流量低于240sccm时,薄膜沉积速率随气体流量增加而增加,而折射率则随之减小;当流量大于240sccm时,沉积速率出现饱和,折射率的变化并不明显.当射频功率低于120W时,薄膜沉积速率随着功率的提高而增大,而折射率则随之减小;当功率大于120W并进一步提高时,沉积速率成下降趋势,折射率则随之增大.     

HFPECVD法沉积BN薄膜及其生长机理的研究

本文介绍了用HFPECVD(hot filament plasma enhanced chemical vapor deposition)法制备BN薄膜.通过红外吸收谱和x射线衍射图谱分析确定,射频功率和反应气体(N2)气流量显著影响薄膜中立方相BN(c-BN)的相对含量.当射频功率小于200W时,薄膜中立方相的相对含量随它的增加而增大;而当射频功率大于200W时,则随它增加而减小.当N2气流量增加时,薄膜生长速率增加,但立方相的相对含量却减少.最后通过对不同沉积时间样品的红外吸收谱的分析对BN薄膜的生长机理进行了探讨.     

直流磁控溅射铝纳米颗粒膜的微结构及电学特性

采用直流磁控溅射法,以高纯铝(99.99%)为靶材,高纯氩气(99.999%)为起辉气体,在经机械抛光的单晶Si衬底上制备铝纳米颗粒薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、光学薄膜测厚仪、扫描电子显微镜(SEM)和四探针测试仪分别测试了铝纳米颗粒薄膜的晶相结构、薄膜厚度、表面形貌及电阻率。XRD衍射图谱表明此薄膜为面心立方的多晶结构,择优取向为Al(111)晶面。随溅射功率由30 W增至300 W,铝纳米颗粒薄膜的沉积速率由3.03 nm/min增加至20.03 nm/min;而随溅射压强由1 Pa增加至3 Pa,沉积速率由2.95 nm/min降低到1.66 nm/min。在溅射功率为150 W,溅射压强为1.0 Pa条件下制备的样品具有良好的晶粒分布。随溅射功率从80 W增大到160 W,样品电阻率由4.0×10-7Ω·m逐渐减小到1.9×10-7Ω·m;而随溅射压强从1 Pa增至3 Pa,样品电阻率由1.9×10-7Ω·m增加到7.1×10-7Ω·m。     

溅射工艺及底层对SmCo薄膜磁性能的影响

用多靶射频磁控溅射系统在玻璃基片上制备了SmCo磁性薄膜。并采用控制变量法研究了溅射功率、溅射时间以及溅射气压等工艺参数对薄膜磁性能的影响。结果发现，当磁性层溅射功率为60W,溅射气压为0.5Pa，溅射时间为8min；底层溅射功率为125W，溅射气压为0．5Pa，溅射时间为4min时，薄膜的矫顽力高达2．79×10^5。底层对SmCo薄膜的磁性能也有影响，振动样品磁强计测量结果表明：相比Cr、Ti底层，以Cu作为底层所得到的SmCo薄膜磁性能更好，薄膜矫顽力分别比用Cr、Ti作底层时高出56％，40％。     

衬底温度对低温制备纳米晶硅薄膜的影响

采用传统的射频等离子体增强化学气相沉积技术,在较高的工作气压130Pa和较高的射频功率70W下,在＞100℃的低温下,以0.14nm/s速率制备出优质的纳米晶硅薄膜.研究结果表明,薄膜晶化率和沉积速率与衬底温度有密切关系.当衬底温度＞100℃,薄膜由非晶相向晶相转化,随着衬底温度的进一步升高,薄膜晶化率增大,当温度为300℃时,薄膜的晶化率达82%,暗电导率为10-4·cm-1数量级,激活能为0.31eV.当薄膜晶化后,沉积速率随衬底温度升高而略有增加.     

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。     

直流溅射工艺参数对Mo薄膜结构及电性能的影响

采用直流磁控溅射法在SLG衬底上沉积Mo薄膜,对不同溅射功率和溅射工作气压下沉积的薄膜进行X射线衍射、SEM(扫描电子显微镜)、电阻率测试,讨论了工艺参数对沉积Mo薄膜相结构、表面微观形貌、薄膜沉积速率和电学性能的影响。结果表明,随着溅射功率的增加,薄膜的结晶性能变好,沉积速率提高,在沉积功率范围内薄膜均匀致密,表面无空隙,电阻率较低;随着溅射工作气压增加,薄膜结晶性能变差,沉积速率先增加后降低,在沉积工作气压范围内,薄膜致密;随气压降低,电阻率急剧减小。因此,较高的溅射功率和较低的工作气压沉积的Mo薄膜更适合作CIGS薄膜太阳电池的BC层(背接触层)。     

不同工艺参数下DLC薄膜的应力状态北大核心CSCD

类金刚石(DLC)薄膜制备过程中,容易出现较大应力,从而导致DLC薄膜产生裂纹、破裂甚至脱落,对基底过早失去保护作用,导致光学系统失效,严重影响了DLC薄膜的工作时间和应用领域。基于射频磁控溅射技术,在双面抛光Si(100)基底上,沉积DLC薄膜,制备不同射频功率(250、350、450 W)、不同氩气流量(40、60、80 mL/min)、不同溅射角(30°、60°、90°)下的DLC薄膜,获得不同工艺参数对DLC薄膜应力的影响规律。经过测试结果表明:在相同的基底形状与尺寸下,当射频功率为350 W,氩气流量为60 mL/min,溅射角为90°时,薄膜的应力表现出最小值,为0.85 GPa。     

ZnO 薄膜包装材料溅射制备工艺与阻隔性能研究

目的为了解决普通聚合物包装塑料对水、氧的阻隔能力不足,以及包装内容物货架时间短等问题,研究氧化锌(ZnO)沉积复合薄膜制备工艺与阻隔性能之间的关系,探索其应用于包装材料的可行性。方法采用射频磁控溅射技术(RF),以ZnO为靶材,在PET塑料表面沉积制备氧化锌薄膜包装材料,并详细分析射频溅射功率、沉积时间与工作气压对ZnO复合薄膜微观形貌、沉积速率以及阻隔性能的影响。结果当溅射功率为150 W,沉积时间为30 min,工作气压为0.8 Pa时,ZnO薄膜均匀且致密,阻隔能力最强,其氧气透过率(OTR)降低为1.23 m L/(m2·d),水蒸汽透过率(WVTR)降低为0.382 g/(m2·d)。与相同厚度下的PET原膜相比,所制备的ZnO高阻隔薄膜的透氧率降低了49.5倍,透湿率降低了17.6倍。结论射频溅射参数通过影响复合薄膜的微观形貌、致密程度、沉积速率以及沉积层厚度等方面对其阻隔能力会产生较大影响。     

反应溅射GexC1—x薄膜的沉积速率

系统地研究了射频磁控反应溅射中工艺参数ＧｅｘＣ１－ｘ薄膜沉积率的影响，结果表明，当气体流量比过某值后，沉积速率较大的下降。沉积速率随射频率功率的增大而增大，某工作气压下有沉积速率的最大值，薄膜厚度时间增长规律在出现靶中毒及未出的靶中毒的情况下略有差别。     

RF磁控溅射制备Al_2O_3薄膜及其介电性能研究

以-αAl2O3为靶材,采用射频磁控溅射法制备了非晶Al2O3薄膜。利用X射线衍射仪、扫描电镜、划痕仪、表面粗糙轮廓仪和阻抗仪研究了不同溅射功率和不同溅射气压对薄膜制备的影响,探索了不同溅射功率下制备的Al2O3薄膜的介电常数和介电损耗与频率的关系。试验结果表明,制备的非晶Al2O3薄膜表面平滑致密;随着工作气压的增加,薄膜沉积速率增加;随着溅射功率的增加,Al2O3薄膜的沉积速率和介电常数逐渐增加、介电损耗逐渐减小;随着频率的增加,Al2O3薄膜的介电常数逐渐减小,高频阶段趋于稳定。     

射频功率占比对氮掺杂二氧化钛薄膜性能的影响

本研究主要利用射频耦合直流磁控溅射技术,在室温下用TiO2陶瓷靶在玻璃基底上制备N掺杂到TiO2薄膜。同时也利用光学轮廓仪、X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱和紫外可见光分光光度计研究了不同射频功率占比对薄膜的微观结构和光学性能的影响。实验结果表明:随着射频功率的增加,薄膜的沉积速率增加,薄膜的结晶性变优,晶粒尺寸变大,N掺入的比例增加,Ti的价态出现未完全氧化的Ti3+,薄膜的禁带宽度也相应地减小,N掺杂TiO2薄膜的吸收边扩展到可见光区域。     

总气压对直流反应磁控溅射制备TiO2薄膜的光学性质的影响

用DC(直流)反应磁控溅射设备在硅基底上制备TiO2薄膜，在固定电源功率、氩气流量42．6sccm、氧流量15sccm、溅射时间30min的条件下，通过控制总气压改变TiO22薄膜的光学性质。应用n＆k Analyzer 1200测量，当总气压增加时薄膜的平均反射率降低，同时反射低谷向短波方向移动，总气压对消光系数k影响不大；随着总气压的增加薄膜的折射率出现了下降的趋势，但当总气压达到一定量值时折射率的变化趋于稳定。通过XRD和SEM表征发现，随着总气压的增加TiO2的晶体结构由金红石相向锐钛矿相转变，薄膜表面的颗粒度大小由粗大变得微小细密。     

气压对射频磁控溅射Bi4Ti3O12薄膜的影响

在不同溅射气压下,采用射频磁控溅射技术在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了钛酸铋（Bi4Ti3O12）薄膜。在较低的气压（0.45-0.8Pa）下,得到了单相的Bi4Ti3O12薄膜;在较高气压（1.0-1.8Pa）下,薄膜中出现Bi2Ti2O7焦绿石相;随着气压的增加,薄膜的沉积速率和晶粒尺寸先增大后减小,表面粗糙度也逐渐增加;在适宜的气压（0.6Pa）下,得到的Bi4Ti3O12薄膜物相单一、表面平整致密、结晶良好。     

沉积速率及相关工艺条件对直流反应磁控溅射制备TiO2薄膜性质的影响

在玻璃基板上用直流反应磁控溅射钛靶的方法制备TiO2 薄膜。在溅射总气压为 0 4Pa ,氧氩比分别为 1∶9,1∶5及 1∶3 2的情况下 ,调节溅射功率使沉积速率由 0 99nm/min变化到 12 12nm/min ,而且当基板温度为 34 0℃时 ,薄膜在可见光范围内的平均折射率基本不变 ,为 2 48± 0 0 3,而薄膜的表面形貌却有明显变化。XRD表明 ,在pO2 /pAr为 1∶9的条件下 ,薄膜中出现了TiOx(x <2 )的晶粒 ,但这对薄膜的光学性质并无影响。另外对TiO2 薄膜用于多层光学薄膜也作了初步试验及讨论