氟化非晶碳(a-C:F)薄膜的研究

氟化非晶碳(a-C:F)薄膜是一种电、光学新材料。介绍了它的制备方法,对其制备工艺作了较全面的探讨;分析了该膜制备方法和工艺参数对薄膜组分及化学键结构的影响;研究了该膜的电学、光学、热学、力学等物理性质及其在相关方面的应用,并对该膜的物理性质与制备工艺参数的关联作了详细的论述;指出介电常数和热稳定性的矛盾是阻碍该膜实用化的主要原因。

含氮氟化非晶碳（a-C：F：N）薄膜电学性能的研究

用射频等离子体增强化学气相沉积（RF-PECVD）法制备氮掺杂氟化非晶碳（a-C：F）薄膜，用电桥测试薄膜的介电常数．研究不同工艺参量对薄膜电学性能的影响．结果表明：掺杂氮、高射频功率、高沉积温度以及热退火都导致薄膜介电常数上升．

ICP-CVD制备氟化非晶碳(a-C：F)薄膜的研究

本文使用CH2F2为源气体,利用电感耦合等离子体增强化学气相沉积(ICP-CVD)法在不同放电模式(连续或脉冲)、沉积气压、射频功率和位置下制备了a-C∶F薄膜。用原子力显微镜(AFM)观察了薄膜的表面形貌,通过FTIR、XPS对其结构进行了表征。研究结果表明:放电模式、放电气压、射频功率、基底位置均对薄膜的表面粗糙度(RMS)和组成具有重要的影响。在脉冲波模式下,增加放电气压,薄膜RMS值的变化呈现出先降低后升高的变化趋势;基底距离线圈的距离越远,所沉积薄膜的RMS值越小。而在连续波模式下,距离线圈较远的B、C位置薄膜的RMS值却相对较高。增加放电功率导致沉积薄膜的RMS值较小。本文也对CH2F2等离子体进行了发射光谱(OES)诊断研究。结果表明,对比脉冲波模式,连续波放电时等离子体中含碳物种明显减少。结合表征结果和OES结果对薄膜的生长机理进行了探讨。

CF_4,CH_4制备氟化非晶碳薄膜工艺研究

以CF4和CH4为源气体,用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法制备了不同工艺条件下的氟化非晶碳(a-C∶F)薄膜。发现薄膜的沉积速率和射频功率几乎成正比关系,薄膜中氟的存在是导致薄膜具有紫外吸收特性的根本原因;用傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析可知薄膜中有C-F基团的存在,使得薄膜的介电常数降低;合理控制沉积条件,可获得理想的电介质薄膜。

氟化非晶碳薄膜的低频介电性质分析

研究了电子回旋共振等离子体技术沉积的氟化非晶碳(a C∶F)薄膜的低频(102～106Hz)介电性质。发现a C∶F薄膜的低频介电色散随源气体CHF3/C6H6的比例、微波入射功率而改变。结合薄膜键结构的红外分析,发现薄膜中CC相对含量的增大是导致低频介电色散增强的原因,而C—F相对含量的增大则使低频介电色散减弱。

氮掺杂氟化非晶碳薄膜光学性质的研究

用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)法制备氮掺杂氟化非晶碳(a-C:F:N)薄膜。用紫外-可见分光光谱仪、椭偏仪、傅立叶变换红外光谱仪对薄膜进行了检测。结果表明:随源气体中氮气含量的增加,光学带隙先减小后升高,折射率变化情况与之相反。在其它条件相同的情况下,升高沉积温度使得薄膜的光学带隙和折射率降低。光学带隙的大小与sp2键含量密切相关,sp2键浓度越大,薄膜的光学带隙越小。

低介电常数材料和氟化非晶碳薄膜的研究进展

目前微电子器件正经历着一场材料结构的变革。由于其特征尺寸进入到100nm,由内部金属连线的电阻和线间绝缘介质层的电容构成的阻容延时已经成为限制器件性能的主要因素。用电阻更小的铜取代目前使用的铝作金属连线,用低介电常数(低 K)材料取代二氧化硅作线间介质成为重要的、应用价值巨大的研究课题。着重叙述了具有低介电常数的氟化非晶碳薄膜的研究进展。

氮掺杂氟化非晶碳薄膜的拉曼光谱结构研究

以CF4、CH4和N2的混合气体为源气体,采用PECVD技术,在不同源气体流量比下制备了α-C:F:N薄膜。对制备的薄膜进行了真空退火处理,并对退火前后的薄膜进行了拉曼结构分析。拉曼分析表明:α-C:F:N薄膜是由sp2和sp3混合结构组成的非晶碳薄膜;随源气体流量比的增大,α-C:F:N薄膜中sp2键的含量增加,交联结构加强,薄膜的热稳定性得到提高;对低流量比下沉积的薄膜,退火处理可以提高其热稳定性。

射频功率对氟化非晶碳薄膜微观性能的影响

以CH4和CF4的混合气体作源气体,利用等离子体增强型化学气相沉积法(PECVD),改变射频功率,制备了一批氟化非晶碳薄膜样品。用原子力显微镜(AFM)观察了薄膜的表面形貌,发现随着射频功率增大,薄膜均匀性变差,掩蔽效应作用加剧。FITR光谱分析表明:薄膜中主要含有CFx和C＝C键,较低功率下沉积的薄膜中主要含有CF2和CF3,较高功率下沉积的薄膜中主要含CF和CF2。Raman光谱分析发现在较高沉积功率下沉积的薄膜中出现了由sp2和sp3混合微晶结构。

氟化非晶碳氢薄膜的红外结构及其电学特性

通过感应耦合等离子体(ICP)化学气相沉积方法并利用C4F8和H2的混合气体制备了氟化非晶碳氢(a C:F,H)薄膜.使用红外光谱仪分析了薄膜的结构.研究了金属Al/a C:F、H/SiMIS结构在不同环境光和不同频率下的电容 电压(C V)特性.红外结果表明,在800cm～1800cm-1和2700～3100cm-1的波数范围内,薄膜存在大量的C——C、C—F和C—H的振动结构.从薄膜的C V曲线的计算结果表明,薄膜当中的缺陷电荷约为1.07×1010cm-2,这些电荷主要局域在C——C双键周围 同时,由于界面陷阱电荷的存在,使得C V曲线随着测试频率的增加向负偏置方向偏移.

面向大空间建筑的氟化非晶碳薄膜性能调控方法研究

大空间建筑既是城市景观的重要组成元素,又是展现城市特色、彰显时代风貌、传承城市历史的重要载体。氟化非晶碳薄膜有望作为外立面修饰材料,提升大空间建筑的自清洁、防雾和抗冰能力。本文介绍了氟化非晶碳薄膜的射频/直流共溅射方法,系统分析了薄膜微观形貌、粗糙度和化学组分随溅射功率比的变化规律,详细研究了化学组分和微观形貌对薄膜浸润性能的影响。结果表明:氟化非晶碳薄膜以岛状模式生长,当石墨/聚四氟乙烯溅射功率比从0升高至1.25时,含氟组分种类和含量的减少是薄膜亲水性增强的主要原因。

ECR-CVD沉积a-C∶F薄膜

采用电子回旋共振等离子体化学气相沉积 (ECR CVD)技术 ,用苯和三氟甲烷混合气体 ,制备了氟化非晶碳膜 (a C∶F)。用红外吸收光谱 (FTIR)和X射线光电子能谱 (XPS)分析了a C∶F薄膜的结构。FTIR结果表明 ,氟主要以C—F、CF2 的形式成键形成a C∶F薄膜 ;XPS结果进一步证明a C∶F膜中存在C—F、CF2 键 。

氟化非晶碳膜的微结构分析

利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法,在不同的温度下制备了氟化非晶碳膜。采用原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶红外吸收光谱(FTIR)等仪器对薄膜微结构进行了表征。研究发现,氟化非晶碳膜微观结构与薄膜生长过程温度控制密切相关,温度升高,膜内键合结构变化,sp2相对含量增加。

α-C∶F薄膜的键合结构与电子极化研究

利用微波电子回旋共振等离子体化学气相沉积技术 ,通过改变微波输入功率的方法 ,沉积了具有不同结构特征的氟化非晶碳 (α C∶F)薄膜。随着微波功率从 14 0W升高到 5 6 0W ,薄膜的光频介电常数从 2 .2 6降至 1.6 8,红外光谱 (FTIR)分析表明薄膜的键结构由以CF基团为主变化到CF与CF2 基团共存。由于CF2 基团的极化比CF基团弱 ,薄膜中CF2

真空退火对a-C:F:H薄膜的结构与光学带隙的影响

使用CF4和CH4为源气体 ,利用射频等离子体增强化学气相沉积 (RF PECVD)法制备了掺氟非晶碳 (a C :F :H)薄膜 ,并在N2 气氛中进行了不同温度的退火。用原子力显微镜 (AFM)观察了薄膜在退火前后表面形貌的变化 ,发现退火后薄膜表面变得平坦 ,疏松。用紫外 -可见光透射光谱 (UV VIS)并结合傅里叶变换红外光谱 (FTIR)和喇曼 (Raman)光谱对薄膜进行了分析 ,获得了薄膜化学键结构和光学带隙的变化情况 ;发现薄膜的化学键结构和光学带隙与真空退火密切相关 ,高温退火后薄膜化学键结构 :CHx(x=1,2 ,3下同 )、F -芳基、CF2 和CF等基团的含量改变 ;薄膜的光学带隙决定于CHx、退火后CHx 含量减少导致薄膜光学带隙的减小。

射频功率对反应磁控溅射法沉积的a-C:F薄膜的影响

以高纯石墨作靶、CHF3/Ar作源气体,采用反应磁控溅射沉积法制备了具有低介电常数(k～2.18)的氟化非晶碳(a C:F)薄膜.薄膜的结构和性质由红外吸收光谱、紫外可见光光谱、沉积速率及介电常数等作了表征.有关数据显示,薄膜的沉积速率随着射粒输入功率的增大而上升.所沉积的a C:F薄膜中存在着一定比例的苯环结构.改变射频功率可以改变薄膜中的F/C比值,调制薄膜中环式结构与链式结构的比例,从而影响薄膜的介电常数和光学带隙等性能.

源气体流量比对a-C:F:N薄膜的影响

以CF4、CH4和N2的混合气体为源气体，利用rf-PECVD沉积技术制备了氮掺杂氟化非晶碳（a_C：F：N）薄膜，研究了源气体流量比对a_C：F：N薄膜沉积速率和结构的影响。用椭圆偏振光谱测试仪测量了薄膜厚度，结合沉积时间计算了薄膜的沉积速率（在18～21nm／min之间），随流量比增大，薄膜的沉积速率先升高后降低。FTIR光谱分析表明，随流量比增大，薄膜中含F量降低，交联结构增强。Raman光谱分析发现，薄膜中的碳原子由sp^2和sp^3两种组态的混合结构组成，并进一步证明，随流量比增大，薄膜中sp^2键含量增加，交联程度增强。

氟化非晶碳薄膜的光学带隙分析

研究了CHF3 C6 H6 沉积的氟化非晶碳 (α C∶F)薄膜的光学带隙 .发现α C∶F薄膜光学带隙的大小取决于薄膜中C—F ,CC的相对含量 .这是由于CC形成的窄带隙π键和C—F形成的宽带隙σ键含量的相对变化 ,改变了带边态密度分布的结果 .在微波功率为 1 4 0— 70 0W、沉积气压为 0 1— 1 0Pa、源气体CHF3 ∶C6 H6 流量比为 1∶1— 1 0∶1条件下沉积的α C∶F薄膜 ,光学带隙在 1 76— 3

微波电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积法沉积氟化非晶碳薄膜的研究

使用三氟甲烷和苯的混合气体 ,利用微波电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积法制备了F/C比在0 11— 0 6 2之间的α C∶F薄膜 .研究了微波功率对薄膜沉积和结构的影响 ,发现微波功率的升高提高了薄膜的沉积速率 ,降低了薄膜的F/C比 ,也降低了薄膜中CF和CF3 基团的密度 ,而使CF2 基团的密度保持不变 .在高微波功率下可以获得主要由CF2 基团和CC结构组成的α C∶F薄膜 .薄膜的介电频率关系 (1× 10 3 — 1× 10 6Hz)和损耗频率关系 (1× 10 2 — 1× 10 5Hz)均呈指数规律减小 ,是缺陷中心间简单隧穿引起的跳跃导电所致 .α

真空退火对氟化非晶碳薄膜结构的影响

在苯 (C6H6)和四氟化碳 (CF4)混合气体中 ,用微波电子回旋共振等离子体化学气相沉积技术 (ECR CVD)在不同功率下制备了氟化非晶碳膜 (a C :F) ,为了检测膜的热稳定性对其进行了真空退火处理 ,测量了退火前后膜厚的变化率 ,并用傅里叶变换红外吸收光谱 (FTIR)研究了其结构的变化 .结果表明 ,膜厚变化率与沉积功率有关 ;40 0℃退火后低功率下沉积的膜的结构变化显著 ,高功率下沉积的膜则呈现了较好的热稳定性 .