氮氩体积流量比对AlN薄膜生长取向、晶体质量及沉积速率的影响及机理分析

采用反应磁控溅射法,在溅射气压、溅射功率和衬底温度恒定的条件下,通过调控氮氩体积流量比,在单晶Si衬底上制备AlN薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)研究氮氩体积流量比对AlN薄膜的生长取向、晶体质量及沉积速率的影响规律并分析其机理。结果显示,提高氮氩体积流量比有利于AlN薄膜(002)择优取向的生长,但过高的氮氩体积流量比会降低薄膜的沉积速率。在溅射气压为5 mTorr(1 Torr=133.3 Pa)、溅射功率为500 W、衬底温度为200℃、氮氩体积流量(cm3/min)比为14∶6时,在单晶Si衬底上可以制备出质量较好的,具有良好(002)择优取向的AlN薄膜。研究结果可为反应磁控溅射制备高质量AlN薄膜提供工艺参数设置规律指导。

反应溅射制备AlN薄膜中沉积速率的研究

通过对溅射过程中辉光放电现象及薄膜沉积速率的研究 ,发现随着氮浓度的增大 ,靶面上形成一层不稳定的AlN层 ,由于AlN的溅射速率远小于Al,从而使薄膜的沉积速率显著下降。同时还研究了其它溅射参数对薄膜沉积速率的影响。结果表明 :随靶基距的增大和靶功率的减小 ,不同程度引起沉积速率的下降 ;随着溅射气压的增大 ,最初沉积速率不断增大 ,当溅射气压增大到一定程度时 ,沉积速率达到最大值 ,之后随溅射气压的增大 ,又不断减小。

溅射沉积AlN薄膜结构与基片种类的关系

采用高真空直流磁控反应溅射成功地在５种基片上制备出多晶择优取向的ＡｌＮ薄膜。结果表明，５种基片均可生长（１００）面择优取向的ＡｌＮ薄膜，并且具有良好的纵向组成均匀性，表面粗造度小，晶粒均匀致密。在金属电极和 Ｓｉ片上沉积的 ＡｌＮ薄膜结晶度、取向性、衍射强度差别较小，两者的结构均优于在盖玻片上沉积的 ＡｌＮ薄膜。

直流反应磁控溅射制备氧化铝薄膜

采用直流反应磁控溅射,以高纯Al为靶材,高纯O2为反应气体,在镍基合金和单晶硅基片上制备了氧化铝薄膜,并对氧化铝薄膜的沉积速率和表面形貌进行了研究。结果表明,氧化铝薄膜的沉积速率随溅射功率的增大先几乎呈线性增大而后增速趋缓;随溅射气压的增加,沉积速率先增大,在1.0Pa时达到峰值,而后随气压继续增大而减小;随Ar/O2流量比的不断增加,沉积速率也随之不断增大,但是随着负偏压的增大,沉积速率先急剧减小而后趋于平缓。用扫描电子显微镜对退火处理前后的氧化铝薄膜表面形貌进行观察,发现在500℃退火1h能够使氧化铝薄膜致密化和平整化。

沉积速率及相关工艺条件对直流反应磁控溅射制备TiO_2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

工艺参数对磁控反应溅射AlN薄膜沉积速率的影响

采用射频磁控反应溅射法 ,以高纯 Al为靶材 ,高纯 N2 为反应气体 ,成功制备了氮化铝( Al N)薄膜。研究了 N2 气流量、射频功率、溅射气压等工艺参数对 Al N膜沉积速率的影响规律。结果表明 ,随着 N2 气流量的增加 ,靶面溅射由金属态过渡到氮化态 ,沉积速率随之明显降低 ;沉积速率随射频功率的增大几乎成线性增大 ,随靶基距的增大而减小 ;随着溅射气压的增大 ,沉积速率不断增大 ,但在一定气压下达到最大值后 ,沉积速率又随气压不断减小。

HfO2薄膜的制备与光学性能

采用射频磁控反应溅射法，以高纯热压HfO2陶瓷为靶材，在Si衬底上成功制备出HfO2薄膜。系统研究了工艺参数对薄膜沉积速率的影响规律，并对薄膜的光学性能进行了研究。结果表明，射频功率对薄膜沉积速率的影响最为明显，O2／Ar流量比和衬底温度对沉积速率的作用不明显，所制备薄膜的折射率较高在近红外波段趋于1．95，在500-1650nm波段范围内薄膜几乎无吸收，透过率较高。

间断充氧提高TiO_2膜沉积速率的研究

用直流反应磁控溅射法,进行了连续充氧和不同周期间断充氧方式在玻璃基片上沉积TuO_2膜的实验。用得到的最佳间断充氧条件,TiO_2膜沉积速率是连续充氧条件的1.8倍。TiO_2膜组分、深度分布及理化性能与连续充氧无明显区别。

中频磁控反应溅射AlN薄膜及微观结构研究

采用中频磁控反应溅射工艺进行了氮化铝薄膜的制备,对沉积速率、晶体结构和表面形貌与氮气流量和溅射功率之间的变化关系进行了研究。结果表明,通过调节N2流量和溅射功率选择性地获得非晶态和沿着c轴方向择优生长的晶态AlN薄膜。在化合物沉积模式下,增加溅射功率和增加反应气体流量均有利于获得非晶态AlN薄膜,并且减小薄膜表面粗糙度,获得光滑的AlN薄膜,并采用薄膜生长原理对这种现象进行了解释。

首饰基材表面反应磁控溅射SiO_(2)薄膜工艺

采用反应磁控溅射工艺在S950首饰基材表面沉积防指纹用的SiO_(2)薄膜,研究了氧气流量、氧气体积分数、溅射电流和沉积时间对沉积速率和薄膜化学组成的影响。结果表明,膜层沉积速率随着溅射电流增大而快速增加,随着氧气流量增加而先升后降,随着氧气体积占比增加而先略升后稳定,随着镀膜时间的延长而略降。膜层的氧硅原子比随着氧气流量增加而快速增加,随着氧气体积分数增加而略有增加,随着溅射电流以及沉积时间的增加而降低。

氮分压对反应溅射(Ti,Al)N薄膜微结构与力学性能的影响

采用Ti Al复合靶在不同氮分压下制备了一系列 (Ti,Al)N薄膜 ,用EDS、XRD、TEM和微力学探针表征了薄膜的沉积速率、化学成分、微结构和力学性能。结果表明 ,氮分压对 (Ti,Al)N薄膜影响显著 :合适的氮分压可以得到化学计量比的(Ti,Al)N薄膜 ,薄膜为单相组织 ,并呈现 (111)择优取向 ,最高硬度和弹性模量分别达到 34.4GPa和 392GPa ;过低的氮分压不但会造成薄膜贫氮 ,而且薄膜中的Al含量偏低 ,硬度不高 ;过高的氮分压下 ,由于存在”靶中毒”现象 ,尽管薄膜的成分无明显变化 ,但会大大降低其沉积速率 ,并使薄膜形成纳米晶或非晶态结构 ,薄膜的硬度也较低。

基体偏压对直流非平衡磁控溅射氮化硅薄膜生长特性的影响

采用高纯硅靶和氮气,以直流非平衡磁控溅射技术在单晶硅表面制备氮化硅薄膜。借助台阶仪、原子力显微镜、红外光谱和X射线光电子能谱考察了基体偏压(-50^-200 V)对氮化硅薄膜沉积速率、表面形貌及元素化学态的影响。结果表明:所得氮化硅薄膜表面光滑,连续致密,均匀。随着样品负偏压的提高,薄膜的生长速率逐渐降低,但当偏压超过-150 V时,薄膜的沉积速率又升高。当基体偏压从-50 V提高到-200 V时,薄膜中Si 2p的峰位向高能端移动了0.41 eV。基片偏压为-150 V时,薄膜生长较为缓慢,但致密,Si─N键含量高。

直流磁控反应溅射制备Al_2O_3薄膜的工艺研究

应用直流磁控反应溅射技术在不锈钢基体上制备Al2O3薄膜,研究了溅射气压、氧气流量和基体温度对Al2O3薄膜的沉积速率和膜基结合力的影响规律。结果表明,随着压力的增大,沉积速率和膜基结合力先增大后减小。在压力为1.0Pa时最大;随着氧气流量的增加,沉积速率和膜基结合力也随之不断减小;随着温度的升高,沉积速率和膜基结合力略有下降。利用扫描电子显微镜观察了薄膜与基体界面及薄膜的表面微观形貌,薄膜与基体的结合性好,薄膜表面晶粒大小均匀,组织致密。

射频磁控反应溅射法制备Y_2O_3薄膜的工艺研究

采用射频磁控反应溅射法制备氧化钇(Y2O3)薄膜。系统研究了工艺参数对Y2O3薄膜沉积速率的影响规律,使用X射线光电子能谱仪(XPS)分析表征了薄膜的成分。结果表明,Y2O3薄膜的沉积速率随射频功率的增大而增大,在合适的溅射压强下沉积速率呈现极大值,O2/Ar气体流量比和衬底温度的影响不明显,对此从理论上进行了解释。制备的薄膜中Y和O元素的原子浓度基本符合Y2O3的化学计量比。

反应溅射 Ge_XC_(1-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对ＧｅＸＣ１－Ｘ薄膜沉积速率的影响。结果表明，当气体流量比超过某值后，沉积速率有较大的下降。沉积速率随射频功率的增大而增大。某工作气压下有沉积速率的最大值。薄膜厚度随时间的增长规律在出现靶中毒及未出现靶中毒的情况下略有差别。

射频磁控反应溅射制备Al_2O_3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A(l2O3)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。

基板偏压对溅镀AlCrNbSiTiV高熵合金氮化物薄膜性能的影响

用真空电弧熔炼法制备了AlCrNbSiTiV高熵合金,并将其作为靶材,利用直流反应式磁控溅镀法在T1200A金属陶瓷刀具或硅晶片上沉积了高熵合金氮化物薄膜。通过扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪和纳米压痕仪考察了基板偏压对薄膜形貌、元素含量、物相成分和性能的影响。所得氮化物薄膜均匀、致密,所有元素的原子分数与靶材相当。由于再溅射,沉积速率随着基板偏压增大而减小。薄膜的弹性恢复和显微硬度在基板偏压为0^-100 V时随着偏压增大而提高,进一步增大偏压反而减小。相比未溅镀薄膜的刀具,用溅镀了AlCrNbSiTiV氮化物薄膜的刀具干切削S45C中碳钢圆柱工件,工件表面的粗糙度和刀具的侧面磨损显著降低。-100 V偏压溅镀的刀具的切削性能最佳。

磁控反应溅射沉积AlN薄膜的制备工艺

采用反应磁控溅射的技术，利用高纯氮气和氩气混合气体在K9玻璃基片上沉积了AlN薄膜．通过正交实验，分析了工艺参数与沉积速率的关系．研究了氮气浓度对透过率的影响．实验结果表明：在各工艺参数中靶功率对沉积速率影响最大，靶功率为1．0kW，氮气浓度控制在25％～35％时薄膜的性能良好，沉积速率为39nm／min，薄膜在可见光区域平均透过率为90％．该薄膜可以广泛用于光学薄膜和压电薄膜材料．

中频反应磁控溅射制备氧化铝薄膜的工艺探索

采用中频反应磁控溅射工艺进行氧化铝薄膜的沉积实验,研究了反应气体(O2)含量和溅射功率与薄膜沉积速率的关系,并探讨了氧化铝薄膜制备过程中存在的“迟滞回线”问题.

蓝宝石衬底上制备氮化硅薄膜的研究

采用射频磁控反应溅射法在蓝宝石和硅衬底上制备出Si3N4薄膜。利用XPS和FTIR分析了所制备薄膜的成分和结构,讨论了工艺参数对沉积速率的影响。结果表明,Si3N4薄膜的沉积速率随溅射气压的增大出现先增后减的趋势,衬底温度对沉积速率没有明显的影响。溅射气压的降低、衬底温度的提高将有利于获得高质量的Si3N4薄膜。