面向基因测序芯片应用的TiN电极薄膜制备及性能研究

基因测序技术正处于快速发展阶段,作为灵敏度极高的测序技术——纳米孔测序,对薄膜电极的电阻率和储能特性提出了更高的要求。为了降低薄膜的电阻率并提高储能特性,本文利用反应磁控溅射方法,基于原位生长原理,分别制备了TiO_(x)N_(y)和Ti/TiN/TiO_(x)N_(y)电极薄膜。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和电化学工作站对薄膜的微观结构、化学成分及其电化学性能进行研究。结果表明,在TiN高导电性和TiO_(x)N_(y)高比表面积的协同作用下,Ti/TiN/TiO_(x)N_(y)电极薄膜表现出优异的电化学性能。当电流密度为0.15 mA/cm^(2)时获得7.01 mF/cm^(2)的比电容,是TiO_(x)N_(y)电极薄膜比电容值的1.3倍。同时,与TiO_(x)N_(y)单电极相比,Ti/TiN/TiO_(x)N_(y)电极薄膜电阻降低约2个数量级。分析发现:将致密结构的TiN用作集流体引入疏松多孔的TiO_(x)N_(y)单电极中,可以有效降低Ti/TiN/TiO_(x)N_(y)体系内阻,同时保持良好的比电容,可为磁控溅射方法制备高性能基因测序芯片电极提供理论基础。

磁控溅射制备大面积原子级平滑超低电阻率TiN薄膜电极

利用射频反应磁控溅射法制备了大面积原子级平滑的TiN薄膜电极,针对衬底偏压对TiN电极性能与结构的影响进行了系统探究。采用四探针方阻测试仪、XPS、GIXRD和AFM等测试手段对TiN薄膜电极的电阻率、化学成分、择优取向、表面形貌及薄膜均匀性进行表征分析。结果表明,施加-200 V衬底偏压可获得超低电阻率的TiN薄膜电极。采用最佳衬底偏压在4英寸单晶硅衬底上沉积的TiN电极薄膜具有较好的均匀一致性。最后将该TiN薄膜电极集成在HfO2薄膜电容器中,该电容器展现出良好的顺电性能和低漏电特性。