第十二讲:真空工艺

2.1.3 离子轰击除气(上接2003年第4期第66页) 利用离子源或空间辉光放电而产生的气体离子轰击被除气的表面,使吸附在材料表面层的污染物(吸附气体、氧化物等)发生溅射作用而分解解吸出来.由于重离子的溅射作用比较强烈,因此常将惰性气体离化作为轰击离子.用于离子轰击除气的离子能量一般为200～1000 eV.     

透明氧化物半导体薄膜的制备技术及理论基础

为了进一步提高透明氧化物半导体薄膜制备水平,提高半导体薄膜的利用率,现以磁控溅射法应用为例,介绍了磁控溅射的具体应用,从衬底清洗、衬底反溅、溅射镀膜三个方面入手,分析了透明氧化物半导体薄膜制备的实验过程.结果表明,磁控溅射法具有非常高的可靠性和可行性,不仅增加了气体的离化率和溅射率,还保证了薄膜表面的平整性和光滑性,为进一步提高沉积镀膜的规模和透明氧化物半导体薄膜制备水平打下坚实的基础.     

真空技术及应用系列讲座 第十二讲:真空工艺

2.1 .3　离子轰击除气 (上接 2 0 0 3年第 4期第 66页 )利用离子源或空间辉光放电而产生的气体离子轰击被除气的表面 ,使吸附在材料表面层的污染物(吸附气体、氧化物等 )发生溅射作用而分解解吸出来。由于重离子的溅射作用比较强烈 ,因此常将惰性气体离化作为轰击离子。用于离子轰击除气的离子能量一般为 2 0 0～ 1 0 0 0 e V。一般离子与金属组合的溅射阈能约为 1 5～ 30e V,这个阈能随轰击离子质量的增加而降低 ,同时阈能与被溅射金属的升华热并无严格的对应关系。表 2给出了某些真空常用金属材料的溅射阈能与升华热。表 2　在离子轰击下…     

射频磁控溅射中离子输运的计算机模拟

采用射频辉光放电等离子体壳层模型和蒙特卡罗法 ,模拟了射频磁控溅射镀膜中工作气体离子 (Ar+)的输运过程 ,得到了离子到达靶面时的入射能量、角度和位置。模拟结果 :对靶材溅射的离子主要来自于溅射坑上方的等离子体区域 ,初始离子的位置分布可通过靶材溅射坑的形貌拟合得到 ;离子的能量主要集中在壳层电压附近 ,离子大多数以垂直入射。模拟与实际相符 ,可用作进一步模拟离子对靶材溅射时的输入参数。     

射频磁控溅射中离子输运的计算机模拟

采用射频辉光放电等离子体壳层模型和蒙特卡罗法，模拟了射频磁控溅射镀膜中工作气体离子(Ar^ )的输运过程，得到了离子到达靶面时的入射能量、角度和位置。模拟结果：对靶材溅射的离子主要来自于溅射坑上方的等离子体区域，初始离子的位置分布可通过靶材溅射坑的形貌拟合得到；离子的能量主要集中在壳层电压附近，离子大多数以垂直入射。模拟与实际相符，可用作进一步模拟离子对靶材溅射时的输入参数。     

《真空镀膜技术》和《真空镀膜设备》出版发行

由东北大学张以忱主编的真空工程技术丛书:《真空镀膜技术》和《真空镀膜设备》两书由冶金工业出版社出版发行。《真空镀膜技术》主要内容:薄膜基础理论、真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜、真空离子镀膜、真空卷绕镀膜技术、真空化学气相沉积(CVD)、离子注入与离子辅助沉积技术、ITO导电玻璃镀膜工艺、薄膜厚度测量与监控、薄膜与表面分析检测技术。书中还系统地介绍了反应溅射镀膜、非平衡磁控溅射和中频交流溅射镀膜技术。《真空镀膜设备》详细介绍了真空镀膜设备的设计方法与镀膜机各机构元件的设计计算、设计参数的选择,其中还重点系统地介绍了磁控溅射靶的设计计算和膜厚均匀性设计。     

《真空镀膜技术》和《真空镀膜设备》出版发行

由东北大学张以忱主编的真空工程技术丛书:《真空镀膜技术》和《真空镀膜设备》两书由冶金工业出版社出版发行。《真空镀膜技术》主要内容:薄膜基础理论、真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜、真空离子镀膜、真空卷绕镀膜技术、真空化学气相沉积(CVD)、离子注入与离子辅助沉积技术、ITO导电玻璃镀膜工艺、薄膜厚度测量与监控、薄膜与表面分析检测技术。书中还系统地介绍了反应溅射镀膜、非平衡磁控溅射和中频交流溅射镀膜技术。     

《真空镀膜技术》和《真空镀膜设备》出版发行

由东北大学张以忱主编的真空工程技术丛书:《真空镀膜技术》和《真空镀膜设备》两书由冶金工业出版社出版发行。《真空镀膜技术》主要内容:薄膜基础理论、真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜、真空离子镀膜、真空卷绕镀膜技术、真空化学气相沉积(CVD)、离子注入与离子辅助沉积技术、ITO导电玻璃镀膜工艺、薄膜厚度测量与监控、薄膜与表面分析检测技术。书中还系统地介绍了反应溅射镀膜、非平衡磁控溅射和中频交流溅射镀膜技术。     

磁控溅射TiN薄膜的工艺及电学性能研究

采用反应直流磁控溅射法,在Si基底上制备TiN薄膜.研究了溅射沉积过程中溅射气压和Ar/N2气体流量比对TiN薄膜结构及其电学性能的影响,并对试验结果进行了分析.研究发现,在Ar/N2气体流量比为15:1时,TiN薄膜的表面均方根粗糙度和电阻率都为最小.当溅射气压增大时,薄膜厚度减小.当溅射气压为0.3～0.5Pa时,薄膜表面较光滑,电阻率较小.     

《真空镀膜技术》和《真空镀膜设备》出版发行

正由东北大学张以忱主编的真空工程技术丛书:《真空镀膜技术》和《真空镀膜设备》两书由冶金工业出版社出版发行。《真空镀膜技术》主要内容:薄膜基础理论、真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜、真空离子镀膜、真空卷绕镀膜技术、真空化学气相沉积(CVD)、离子注入与离子辅助沉积技术、ITO导电玻璃镀膜工艺、薄膜厚度测量与监控、薄膜与表面分析检测技术。书中还系统地介绍了反应溅射镀膜、非平衡磁控溅射和中频交流溅射镀膜技术。     

Evolution of texture of CeO2 thin film buffer layers prepared by ion-assisted deposition

Evolution of texture in CeO₂ thin films was studied using biased magnetron sputtering and ion beam assisted magnetron sputtering. Films deposited onto polycrystalline Hastelloy metal substrates by biased magnetron sputtering develop preferential (002) growth as the energy of the ions is increased from zero to above 100 eV. For ion beam assisted magnetron sputtering (magnetron IBAD), with the ion beam directed at 55° to the substrate normal, the evolution of biaxial alignment is controlled by the ion beam energy and the ion/atom arrival rate ratio. Ion beam energies >200 eV and ion/atom ratios >0.3 lead to perfect biaxial alignment with one pole aligned along the ion beam direction. Epitaxial growth of CeO₂ films was observed for MgO(001) substrates at 750°C without any ion assistance, and on yttria-stabilised zirconia (001) buffer layers at room temperature and a bias of −80 V.     

氧离子能量对离子束辅助沉积Al2O3薄膜的结构及光学性能的影响

利用氧离子束辅助脉冲反应磁控溅射技术在聚酰亚胺基底上沉积Al2O3薄膜。这项技术在溅射高纯铝靶材的同时利用低能氧离子进行氧化来控制薄膜的化学配比。研究了薄膜沉积过程中离子束辅助的作用以及离子束放电电压对Al2O3薄膜的化学成分、结构、表面形貌、光学性能以及沉积速率的影响。结果发现,离子束放电电压对薄膜的化学成分具有显著影响,当电压增加到200 V,薄膜已基本达到完全化学计量比且薄膜为非晶结构;薄膜表面粗糙度随着离子束放电电压的增加而减小,当电压达到300V时,薄膜具有最小的表面粗糙度;通过对Al2O3薄膜透射谱的测量,分析薄膜的光学特性,获得了薄膜的光学常数随离子束放电电压的变化规律,发现氧离子束辅助沉积的薄膜具有较高的折射系数和较低的消光系数;另外,薄膜的沉积速率在电压增加到300V时达到最大值70 nm/min,是未采用离子束辅助时沉积速率的5倍。     

Hg1-xCdxTe材料AES定量分析中的电子束和离子束效应

在Hg1-xCdxTe材料的AES分析中 ,由于分析电子束辐照作用 ,可诱导表面Hg原子的脱附和热升华 ,导致短时间内样品表面严重失Hg ,使AES定量分析结果产生很大的误差。实验结果表明 ,在超高真空中分析电子束辐照下局部Hg元素的挥发损失以负指数关系进行。通过选择离子束溅射速率大于电子束蒸发速率 ,并在溅射的同时进行俄歇信号收集 ,则可减小或消除分析电子束对元素Hg的蒸发作用 ,获得稳定的俄歇信号。实验结果还指出 ,溅射离子束的参数会影响元素的相对溅射产额 ,具体定量分析时应选择相同的溅射条件     

离子束溅射沉积Ta2O5光学薄膜的实验研究

根据择优溅射的理论,在不同的通氧方式下,详细分析了离子辅助对离子束溅射沉积Ta2O5薄膜光学特性的影响。结果表明,在薄膜生长的过程中,由于氩离子的轰击作用,薄膜中的氧原子被优先溅射出来,造成了薄膜化学剂量比失调、吸收增加。但是,通过优化辅助离子源中氧气的比例,可获得合理化学剂量比、低损耗的Ta2O5薄膜。     

30.4 nm Si/C多层膜反射镜的制备与测量

采用离子束溅射镀膜装置制备了一种新的材料组合Si/C多层膜 ,用于 30 4nm波段的正入射多层膜反射镜。并用软X射线反射率计测得其反射比最大值为 0 14。有效地抑制了 15 0nm处的二级衍射峰。     

工艺参数对Ar~+改性无氧铜表面形貌及二次电子发射的影响

为了降低材料的二次电子发射系数,本文对高导电无氧铜(OFHC,简称无氧铜)进行离子束表面改性处理,并研究其最优工艺条件,重点考查了温度、时间等工艺参数对表面形貌以及二次电子发射系数(δ)的影响。利用扫描电镜、能谱仪等对表面形貌及成分进行分析并在此基础上对改性后样品的表面形貌形成机理进行了初步探讨。实验得出最佳工艺为:在600℃下离子束改性处理1 h。该参数下处理的无氧铜样品的二次电子发射系数降低63.5%。     

Enhanced exchange field of NiO/NiFe biyer by dual ion beam sputtering process control

Dual IBS (Ion Beam Sputtering) technique was used to fabricate NiO/NiFe bilayers. Various process conditions were examined to enhance the exchange field of the bilayer. Ion beam sputtering with an ion beam voltage above the threshold voltage and with the optimum ion beam current produced a fine-grained and smooth NiO film. This fine-grained surface followed by optimum etching exhibited an enhanced exchange field of 100 Oe. Growing NiO films were ion bombarded with a secondary ion-beam source having various beam voltages. The texture, surface roughness and grain size of the NiO films changed due to the ion bombardment; however, the grain size and/or surface roughness rather than texture was found to be responsible for controlling the exchange coupling. Furthermore, it was demonstrated that an optimum etching time of the NiO film prior to the depositing of NiFe for a large exchange field exists. With this optimum etching of the NiO film, surface segregated impurities could be eliminated without deteriorating the surface unnecessarily. Exchange fields and coercivities of the NiO/NiFe bilayers were measured with a MOKE (Magneto–Optic Kerr Effect) hysteresis looper and the surface properties of NiO films were examined with an AFM (Atomic Force Microscope) and an AES (Auger Electron Spectroscope).     

1.6 Composition and stress state of thin films deposited by ion beam sputtering

The ion beam sputtering technique offers several advantages over conventional sputtering systems. This technique operates at a lower pressure and substrate temperature than conventional sputtering. In addition, the angle of deposition which is easily varied with ion beam sputtering is essentially fixed in dc and rf diode sputtering. As a result of these advantages, many of the parameters which effect film stress, resistivity, and grain size can be varied independently.Several properties of ion beam sputtered Ni, Al, Ni₃Al and Au thin films have been evaluated as a function of ion beam current density, target material, and the angle and distance of the substrate from the target.The grain size and stress were found to vary with the angle of deposition. There is an apparent correlation between electrical resistivity and the oxygen content in the films. Both properties depend upon the grain size. The stress levels of the films are shown to be influenced by the oxygen content. These experimental results are discussed in light of models proposed to explain the origin of stress in thin films.     

离子束溅射淀积光学薄膜的膜厚均匀性实验

介绍了离子束溅射技术改善薄膜均匀性的两种方法。研究了修正板技术,根据工程需要将修正板技术应用于行星转动条件下的光学薄膜的均匀性修正。分别研究了靶摆动和不摆动的情况下,淀积薄膜的均匀性修正。实验结果表明,修正后的均匀性结果优于 1%,能满足实际应用的要求;靶摆动修正的均匀性结果优于修正板技术。     

TiO2和SiO2薄膜应力在线测量与研究

研究了离子能量在薄膜制备过程中对TiO2和SiO2薄膜应力的影响。用电子束蒸发的方法制备TiO2和SiO2薄膜,使用实验室自行设计制作的基于哈特曼传感器的薄膜应力仪在线监测TiO2和SiO2薄膜应力随膜厚的变化。结果表明,离子辅助沉积的TiO2薄膜张应力值要比传统工艺低40 MPa,并且随着离子能量的增加,薄膜逐渐由张应力变为压应力,薄膜的最大折射率为2.56;而离子辅助的溅射效应在制备SiO2薄膜时比较明显,传统工艺制备的SiO2薄膜表现为压应力,而用离子辅助的方法制备的SiO2薄膜表现为张应力,并且随着离子能量的增加,薄膜变得疏松,折射率逐渐降低。