射频等离子体增强化学气相沉积SiN_x薄膜的研究

采用射频等离子体增强化学气相沉积技术,以N2和SiH4作为反应气体,在P型硅基片上进行SiNx薄膜的沉积.使用椭偏仪对薄膜厚度和光学常量进行了测量,用傅里叶变换红外光谱仪对SiNx薄膜的化学键合结构进行了分析.研究了基片温度、射频功率以及N2和SiH4的气体流量比率等实验工艺参量对薄膜沉积速率和光学常量的影响.结果表明,射频等离子体增强化学气相沉积技术沉积的SiNx薄膜是低含氢量的SiNx薄膜,折射率在1.65～2.15之间,消光系数k在0.2～0.007之间,当SiNx薄膜为富氮时k≤0.01,最高沉积速率高达6.0nm/min,N2和SiH4气体流量比率等于10是富硅和富氮SiNx薄膜的分界点.

直流射频等离子体增强化学气相沉积类金刚石碳薄膜的结构及摩擦学性能研究

利用直流射频等离子增强化学气相沉积技术在单晶硅表面制备了类金刚石碳薄膜.采用Raman光谱、红外光谱、X射线光电子能谱和原子力显微镜等研究了薄膜的微观结构和表面形貌,在UMT-2MT型摩擦磨损试验机上考察了薄膜在不同载荷与滑动速度下的摩擦学性能.结果表明:所制备的类金刚石碳薄膜具有典型的类金刚石结构特征,薄膜均匀、致密,表面粗糙度小,硬度较高;薄膜与Si3N4陶瓷球对摩时显示出良好的抗磨减摩性能;随着试验载荷与滑动速度的提高,薄膜的摩擦系数降低,耐磨寿命降低;薄膜的减摩抗磨性能同其在Si3N4陶瓷球偶件磨损表面形成的转移膜相关.

高压射频等离子体增强化学气相沉积制备高效率硅薄膜电池的若干关键问题研究

报道了采用高压射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)制备高效率单结微晶硅电池和非晶硅/微晶硅叠层电池时几个关键问题的研究结果,主要包括:1)器件质量级本征微晶硅材料工艺窗口的确定及其结构和光电性能表征;2)孵化层的形成机理以及减小孵化层的有效方法;3)氢稀释调制技术对本征层晶化率分布及其对提高电池性能的作用;4)高电导、高晶化率的微晶硅p型窗口层材料的获得,及其对减小微晶硅电池p/i界面孵化层厚度和提高电池性能的作用等.在解决上述问题的基础上,采用高压RF-PECVD制备的单结微晶硅电池效率达8.16%,非晶硅/微晶硅叠层电池效率11.61%.

等离子体增强化学气相沉积法制备类金刚石薄膜研究综述

类金刚石薄膜由于其独特的物理化学特性,使得该薄膜在光学、电学、机械、医学、航空航天等领域得到了广泛应用。等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)制备类金刚石是近几十年兴起的新的制备类金刚石薄膜的方法,因其对沉积温度要求低,对基底友好,同时还具有沉积速率快和无转移生长的优势,获得了越来越多的研究者关注。详细介绍了类金刚石薄膜优异的特性,阐述了在等离子化学气相沉积条件下,不同沉积条件对沉积类金刚石薄膜结构特性的影响。衬底的选择直接影响着沉积类金刚石薄膜的性能,不同的衬底直接决定着生成类金刚石结构中sp^(3)相的数量和质量;沉积参数是最为常见的控制条件,对沉积薄膜的总体效果影响也是最大的,改变沉积参数,沉积薄膜的表面将会变得更加光滑致密;常用的掺杂元素是硅和氮,掺杂元素的引入往往是为了降低沉积薄膜的内应力,提高与衬底间的结合力,延长使用寿命等;由于很难直接在金属上沉积类金刚石薄膜,所以常通过制备复合层来改善沉积效果。最后对类金刚石薄膜的发展以及今后研究方向进行了展望。

H_(2)对HfO_(2)衬底上等离子体增强化学气相沉积石墨烯的影响

HfO_(2)薄膜和石墨烯是用于制作石墨烯场效应晶体管的主要材料,而采用PECVD(等离子体增强化学气相沉积法)在HfO_(2)衬底上原位生长石墨烯是极具潜力的一种石墨烯制备方法,这种方法有助于降低石墨烯转移过程对石墨烯质量的影响,从而提高石墨烯场效应晶体管的性能。使用真空电子束蒸镀方法在重掺杂单抛硅片衬底上分别于50、150、250℃下沉积了100 nm厚的HfO_(2)薄膜样品;随后选用最优质量的HfO_(2)薄膜作为生长石墨烯的衬底,采用PECVD方法在温度为600℃、CH4流速为4 sccm的条件下,以不同的H2流速(0、5、10、15、20 sccm)原位生成石墨烯薄膜。结果显示,150℃下蒸镀的HfO_(2)薄膜粗糙度最低,表面最平整,同时也拥有最佳的介电性能。当H2流速为10 sccm时,可获得少层石墨烯薄膜,此时的石墨烯薄膜缺陷最小,表面平整且连续性好。通过对HfO_(2)衬底上石墨烯的生长机理进行分析发现,HfO_(2)衬底的低表面能导致含碳物种难以吸附到衬底上,石墨烯不易生长,但适当的H2参与可以有效降低CH4裂解反应的活化能,促进CH4的裂解,有利于生长出大面积的连续型石墨烯薄膜。

等离子体增强化学气相沉积氮化碳薄膜过程中的光学发射谱研究

利用光学发射谱技术对直流辉光放电等离子体增强的化学气相沉积氮化碳薄膜过程中的等离子体进行了原位诊断 ,结果表明主要的辐射有N2 的第二正系跃迁、N+2 的第一负系跃迁、CN和NH的紫外跃迁。研究了气源中氢气含量、放电电流及沉积气压的变化对N2 (337 1nm) ,N+2 (391 4nm)和CN(388 3nm)辐射强度的影响 ,并在此基础上探讨了这几种跃迁的激发机制 ,其结果为氮化碳合成中优化沉积参数。

射频等离子体辅助化学气相沉积Ti-B-N薄膜的结构与性能

研究了射频等离子体辅助化学气相沉积获得的Ti B N薄膜的微观组织结构和力学性能。结果表明 :B的加入使Ti B N薄膜中出现TiN纳米晶、BN非晶和TiB2 非晶 (nc TiN/a BN/a TiB2 )的复相结构。Ti B N薄膜组织致密 ,晶粒细小 ,薄膜硬度显著提高。用球盘式磨损实验考察了薄膜的摩擦学特性。与TiN相比 ,Ti B N薄膜抗磨损性能有显著提高 ,磨损机制为微观切削与疲劳磨损共同作用 。

射频辉光放电等离子体化学气相沉积类金刚石膜的性能研究

用自行设计的RF PCVD(射频辉光放电等离子体化学气相沉积 )设备沉积类金刚石膜 ,并对膜的力学、光学、化学性能进行了分析。表明用该设备制备的类金刚石膜具有显微硬度高、磨擦系数小、膜基结合力高、对红外有良好的增透性 ,并且耐磨耐蚀、化学稳定性好。

大气压射频等离子体化学气相沉积TiO_2体系的发射光谱诊断

开展了大气压射频(RF)等离子体化学气相沉积(PCVD)TiO2放电体系的发射光谱诊断研究,分别考察了氧气分压、钛酸四异丙酯(TTIP)分压和输入功率对氧原子谱线相对强度、氩原子激发温度、OH振动温度以及转动温度的影响.结果表明:随着氧气分压的增加,氧原子谱线相对强度先迅速增加至峰值后缓慢下降,OH振动温度缓慢增加,而氩原子激发温度和OH转动温度基本不变.随着TTIP分压的增加,氧原子谱线相对强度下降,氩原子激发温度没有明显变化,而OH振动温度和转动温度增加.随着输入功率的增加,氧原子谱线相对强度下降,氩原子激发温度、OH振动温度和转动温度升高.

射频辉光放电等离子体辅助化学气相沉积法制备类金刚石碳膜工艺与性能表征

使用射频辉光放电等离子体辅助化学气相沉积技术(简称RFGDPECVD)在玻璃载玻片表面沉积类金刚石薄膜。用原子力显微镜(AFM)、摩擦试验仪、划痕试验机测定了其表面形貌、耐磨性及附着性。采用X射线光电子能谱(XPS)、分光光度计对两种气源(C4H10、C2H2)制备的DLC薄膜微观组成和透光率进行了检测和对比。结果表明:DLC薄膜的表面光滑、平整,表面粗糙度随沉积时间的增加单调递增;耐磨性及附着性优良;与C4H10相比使用C2H2作为碳源气体可以得到较高sp3含量和较低sp1含量的DLC膜;C2H2制备DLC薄膜的透光率低于C4H10;同一种碳源气体,反应流量比例越小,则DLC薄膜的透光性越好。

脉冲直流等离子体增强化学气相沉积Ti-Si-N纳米薄膜的摩擦磨损特性

采用工业型脉冲等离子体增强化学气相沉积设备,通过调节氯化物混合比例控制薄膜成分,在高速钢基材表面于550℃下沉积由纳米晶TiN和纳米非晶Si3N4组成的Ti-Si-N复合薄膜;采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪及X射线光电子能谱仪分析了薄膜的结构、组成和化学状态;采用球-盘高温摩擦磨损试验机考察了薄膜同GCr15钢对摩时的摩擦磨损性能.结果表明:薄膜的Si含量在0%～35%范围内变化,随着Si含量增大,薄膜沉积速率增大,但薄膜由致密形态向大颗粒疏松态过渡;薄膜的晶粒尺寸为7～50nm;Ti-Si-N薄膜的显微硬度高于TiN的硬度,最高可达60GPa;引入少量Si可以显著改善TiN薄膜的抗磨性能,但薄膜的摩擦系数较高(室温下约0.8、400℃下约0.7);随着Si含量的增加,Ti-Si-N薄膜的耐磨性能有所降低,其原因在于引入导电性较差的Si元素使得薄膜的组织变得疏松.

用等离子体增强化学气相沉积技术制备类金刚石碳薄膜的摩擦磨损性能研究

利用射频-直流等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅衬底上沉积类金刚石碳薄膜,采用激光拉曼光谱仪和原子力显微镜对薄膜的结构和表面形貌进行表征,采用纳米压痕仪测定薄膜的硬度,并用UMT型微摩擦磨损试验机考察了薄膜在不同试验条件下的摩擦磨损性能.结果表明:所制备的类金刚石碳薄膜表面光滑致密且硬度较高;在干摩擦条件下与GCr15钢球或Al2O3球配副时显示出良好的减摩抗磨性能,摩擦系数较低,耐磨寿命较长,而在水润滑条件下同Al2O3球配副时发生灾难性磨损.

内表面等离子体增强化学气相沉积TiN涂层研究

介绍了一种新型等离子体增强化学气相沉积内表面复合处理系统。利用此系统沉积TiN涂层的结果表明,100mm×1000mm316不锈钢管内表面沉积涂层相对均匀,且具有较好的表面特性和机械特性。

等离子体增强化学气相沉积制备的ZnO薄膜研究

鉴于ZnO薄膜材料的多功能性,用等离子体增强化学气相沉积方法在金属Cu和普通玻璃上生长了ZnO薄膜。扫描电子显微镜获得其表面形貌;能谱分析获得其元素种类及相对含量,在能谱图上明显地观察到了Zn峰和O峰的存在,且Cu基上Zn和O原子比接近1∶1;X射线光电子能谱分析得出样品中的Zn和O全部以化合态存在而不存在Zn原子和O原子。但Cu基上的ZnO薄膜易吸收空气中的氧和水蒸汽,薄膜质量期望通过生长合适过渡层得到改善。

偏压对低气压等离子体增强化学气相沉积TiO_2薄膜的结构和性能的影响

使用等离子体增强化学气相沉积(PE-CVD)的方法,以TTIP(Ti(OC3H7)4)为单体,用氧气为载气,以脉冲偏压为辅助在室温的玻璃基片上沉积无定型TiO2薄膜,分析探讨在射频等离子体增强化学气相沉积TiO2薄膜的过程中,基片上施加脉冲偏压和远离脉冲偏压的情况下成膜的比较.在沉积的过程中,利用USB-2000型光纤光谱仪对等离子体的发射光谱进行测量,定性分析等离子体沉积过程中的成分组成.用UV-1901探讨薄膜的光学特性,发现紫外和近紫外区域有一定吸收;用扫描电镜分析薄膜表面形貌的变化,可以看到偏压下的薄膜致密无孔,而远离偏压下的薄膜形貌粗糙;用红外光谱分析薄膜的结构组成,可以看到明显的Ti—O吸收峰.脉冲偏压下得到的薄膜在化学、光学以及电学方面有很好应用前景.

常压等离子体增强化学气相沉积纳米晶TiO_2多孔薄膜的研究

采用等离子体增强化学气相沉积(PE-CVD)的方法及TiCl4/O2混合气体在常温常压下可制备纳米晶TiO2多孔薄膜.利用偏光显微镜分析(PM)、扫描电子显微镜分析(SEM)、高分辨透射电镜分析(HRTEM)、X光衍射分析(XRD)等检测手段,系统地对纳米晶TiO2多孔膜表面形貌以及成分进行表征.研究结果表明:使用等离子体化学气相沉积方法,可以在常温常压下快速沉积纳米晶TiO2多孔薄膜,并且PE-CVD与传统的化学方法相比具有低能耗、低污染、方法简便、成本低等优点,是具有良好发展前景的纳米晶多孔薄膜制备新方法.

低温等离子体增强化学气相沉积纳米结构碳化钨薄膜

采用氟化钨（WF6）和甲烷为前驱体气体，以氩气为载气，在氢气氛下，采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）方法在低温下制备具有纳米结构的碳化钨薄膜。采用SEM、AFM、XRD、EDS等方法表征了碳化钨薄膜的形貌、晶体结构和化学组成，表明基体温度在450℃，甲烷与氟化钨气体流量比为10时得到的碳化钨薄膜是以直径为Ф40～80nm，高度为150～200nm的圆柱状的纳米晶粒聚合体组成。探讨了低温制备纳米结构碳化钨薄膜的机理，分析了基体温度对薄膜物相和微观结构的影响。

金刚石的射频喷射等离子体化学气相沉积及其Ni-N掺杂的研究

对自行设计的RF喷射等离子体增强化学气相沉积系统(RF plasma jet CVD)进行了电子温度和电子密度的模拟计算分析。在优化的参数下进行了金刚石膜体的制备,并应用光发射谱技术(OES)在线分析了等离子体的成分。通过Raman、XRD和SEM分析了沉积样品的成分、晶体结构和形貌。通过在反应气体中加入NH3,并利用载气技术将含有Ni元素的金属有机物引入到沉积区,进行了Ni、N共掺杂沉积。利用XPS以及PL谱分析了掺杂样品的化学价键和光致发光特性,结果发现Ni-N价键的存在以及在800 nm附近的光发射峰。

磁激活等离子体增强化学气相沉积设备的研制

针对PECVD中等离子体的密度沿径向分布均匀性较差、空间气氛化学活性较差的问题,在PECVD的基础上加入电子发射源和正交电磁场以控制电子的运动,从而增强等离子场的强度和范围,使反应场的活力增加,以提高反应空间的活化能力,继而提高膜层质量。结果表明,该方法可以使等离子场的分布发生改变,使等离子体密度及范围做到可控制且可调整。

用锌金属有机源和二氧化碳等离子体增强化学气相沉积的方法制备高质量氧化锌薄膜

报道了用金属锌有机源和二氧化碳混合气源等离子体增强化学气相沉积 (PECVD)的方法成功地制备高质量择优取向 (0 0 0 2 )的ZnO薄膜。通过X ray衍射谱进行了结构分析得到六方结构 ,择优取向 ,晶粒尺寸大约在 2 2 0nm。并通过原子力显微镜分析更进一步验证了晶粒的尺寸。通过透射谱分析观察到了典型的激子吸收线。这种方法的特点是可以在低温条件下在任何衬底上生长大面积均匀性好。