纯氮气反应溅射AlN薄膜及性质研究

在不同氮气浓度、不同溅射气压和衬底温度为20～370 ℃的条件下,分别在多种衬底上采用反应磁控溅射法沉积AlN薄膜.X射线衍射图谱表明:温度大于180 ℃时可在多种衬底上沉积出具有c轴择优取向的纤锌矿AlN薄膜.衬底温度和溅射时间的增加有利于薄膜结晶性的改善. 1.5 Pa的纯氮气气氛和Si(100)衬底是最佳择优生长条件.由紫外-可见光透射谱计算得到:在石英衬底上沉积的薄膜折射率为1.80～1.85,膜厚约为 1 μm、光学能隙为6.1 eV.原子力显微镜照片表明:在Si(100)衬底上制备的薄膜表面平滑,均方根粗糙度为2.2～13.2 nm.     

磁控溅射法制备AlN: Er薄膜的XPS和PL研究

采用磁控溅射法,以Al/Er合金为靶材,在Si衬底上制备出AlN: Er薄膜.XRD分析结果表明样品为非晶态.XPS分析结果表明,制备的AlN具有良好的化学计量比,Er的含量为1 at;左右,氧很难避免,含量约为10;.光致发光光谱的测试表明,样品的PL光谱呈现宽谱之上叠加尖峰谱的特征,其中,尖荧光峰谱源于Er~(3+)的4f轨道直接激发跃迁,而宽谱则与Er~(3+)的4f轨道的间接激发跃迁和O杂质有关.     

双靶反应磁控溅射共沉积AlN薄膜粘结性能研究

采用单、双靶反应磁控溅射法分别在45钢、GCr15钢、硅(100)和钼衬底上制备了AlN薄膜.X射线衍射和电子显微分析表明,双靶反应磁控溅射沉积的AlN薄膜具有高致密度和低残余应力,同时采用划痕法和压痕法等对AlN薄膜的粘结强度进行测试, 结果表明:双靶反应磁控溅射共沉积AlN薄膜的粘结强度明显比单靶沉积的薄膜高,划痕临界载荷提高0.5～2倍.不同衬底上沉积的AlN薄膜粘结强度存在很大的差别,以钼衬底上沉积的薄膜粘结强度最高,划痕法测得的临界载荷高达64 N;GCr15衬底上AlN薄膜摩擦试验表明,AlN薄膜能明显起到减磨作用.     

低温磁控溅射法制备氧化锌薄膜的光学性能研究

采用射频磁控溅射法,在较低的衬底温度(100℃)下,改变溅射时间,制备了一组氧化锌(ZnO)薄膜.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线能谱仪(EDS)、傅里叶红外光谱(FTIR)、拉曼光谱和紫外-可见分光光度计对制备的ZnO薄膜的微观结构、形貌和光学特性进行了研究.XRD图谱表明,制备的ZnO薄膜具有良好的结晶性和c轴择优取向,随着溅射时间的增加,(002)衍射峰的强度先增大后降低,溅射时间为40 min时,(002)衍射峰的强度达到最大,衍射峰半高宽最小;AFM测试表明制备的ZnO薄膜表面呈现球状颗粒,随着溅射时间的延长,薄膜的颗粒尺寸和表面均方根粗糙度均逐渐变大;EDS结果显示溅射时间较长(40 min和60 min)的ZnO薄膜,O和Zn的原子比更接近1:1.FTIR光谱中,发现位于408 cm-1附近的ZnO的E1(TO)声学模式和位于380 cm-1处的A1(TO)模式;拉曼光谱中,观测到了分别位于99 cm-1和438 cm-1处的ZnO的E2(Low)和E2(high)模式拉曼特征峰;紫外-可见透过光谱显示,在可见光范围,ZnO薄膜具有高的透光率,平均透光率高于90;,ZnO薄膜的光学禁带宽度范围为3.27～3.28 eV,溅射时间为40 min时,ZnO薄膜的光学禁带宽度最接近单晶ZnO的.     

射频溅射功率对Mn-Co-Ni-O薄膜结构与性能的影响

采用射频磁控溅射技术在硅衬底上制备了锰钴镍氧(Mn-Co-Ni-O, MCNO)薄膜并进行了后退火处理。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、光学测试仪器等测试手段对晶体结构、表面形貌及光学性能进行表征。分析了不同射频溅射功率(60~100 W)对MCNO薄膜表面微观形貌、晶体结构和光学性能的影响。结果表明,在60~90 W下获得的薄膜表面致密且均匀,但在100 W下获得的MCNO薄膜表面晶粒尺寸显著增大。物相分析表明,采用射频磁控溅射沉积的MCNO薄膜主要为尖晶石结构,溅射功率对薄膜结晶质量和择优取向具有显著影响,在80 W下获得的MCNO薄膜结晶质量最佳。同时,拉曼光谱测试也表明该MCNO薄膜表现出最强的Mn⁴⁺—O对称弯曲振动和最小的压应力。紫外-可见-近红外光谱分析表明,MCNO薄膜的吸光范围主要在可见光-近红外波段,在80~90 W溅射功率下获得的MCNO薄膜在近红外波段表现出更强的吸收峰。射频溅射功率的改变会影响薄膜的厚度和结晶质量,从而对薄膜的光学带隙起到调控作用。光致发光光谱测试不同溅射功率下薄膜的缺陷峰发光强度,且在功率为80 W时沉积的薄膜具有最强紫外发射峰,表明改变溅射功率能够有效改善薄膜缺陷及提高晶体质量。     

Al衬底取向与ZnO薄膜织构的关系

以发生了二次再结晶的高纯Al为衬底材料,采用射频磁控溅射法制备了ZnO薄膜.研究了溅射工艺及Al衬底取向对ZnO薄膜的影响,分析了Al衬底取向与ZnO薄膜织构的关系.结果显示,当溅射工艺恰当时,高纯Al衬底上可以制备出晶态ZnO薄膜,但Al衬底的取向对ZnO薄膜的结晶性具有更大的影响.Al衬底的轧面上主要为{100}面织构,沉积的ZnO薄膜主要是{0002}面织构和少量的{1120}面织构组分.     

溅射功率对射频磁控溅射制备非晶In-Ga-Zn-O薄膜的影响

采用射频磁控溅射法在室温玻璃衬底上成功地制备出了铟镓锌氧(In-Ga-Zn-O)透明导电薄膜.研究了不同溅射功率对In-Ga-Zn-O薄膜结构、电学和光学性能的影响.X射线衍射(XRD)表明,在80～150 W溅射功率范围内In-Ga-Zn-O薄膜为非晶结构.随着溅射功率的增加,生长速率成线性增加,电阻率逐渐降低.透射光谱显示在350 nm附近出现较陡的吸收边缘,说明In-Ga-Zn-O薄膜在以上溅射功率范围内具有良好的薄膜质量.光学禁带宽度随着溅射功率增加而减小.In-Ga-Zn-O薄膜在500～800nm可见光区平均透过率超过90;.     

金属Ta缓冲层上生长微晶Si薄膜的结晶性研究

利用射频磁控溅射技术,在生长了Ta缓冲层的石英玻璃衬底上采用不同溅射功率下制备了一系列的硅薄膜样品,用拉曼光谱和X射线衍射表征了薄膜的结晶性随溅射功率的变化情况.实验结果表明:随着溅射功率的增加,薄膜逐渐由非晶向微晶过渡,晶粒沿Si(311)面呈柱状生长,功率升高到80 W时薄膜的晶化率达到75.4;,薄膜为典型的微晶结构.继续增加功率,薄膜的结晶性变差,晶化率下降,在60～120 W之间存在一个优化理想的射频溅射功率,在此功率下生长的薄膜样品的结晶性最高.本文还尝试解释了Ta缓冲层在Si晶化过程中的作用.     

氢气对AlN薄膜择优取向的作用机制

采用脉冲反应磁控溅射方法在Si衬底上沉积了(100)和(002)择优取向的AlN薄膜,随着溅射功率的降低或氢气浓度的增加,放电电压下降,沉积粒子能量降低,薄膜由(002)取向逐渐向(100)取向转变.在溅射气氛中加入氢气后,薄膜中的氧含量降低,表面形貌与表面粗糙度均随着择优取向的改变发生变化.溅射功率及氢气浓度对AlN薄膜择优取向的影响规律表明,氢气主要是通过降低沉积粒子的能量和在衬底表面产生吸附两种作用方式来影响AlN薄膜的择优取向.     

溅射功率对脉冲磁控溅射沉积Cu2O薄膜结构和光学性能的影响

利用脉冲磁控溅射制备技术,采用单质金属铜靶作为溅射靶,在氧气(O2)和氩气(Ar)的混合气氛下,在石英玻璃衬底上制备了Cu2O薄膜.研究了溅射功率对脉冲反应磁控溅射沉积法在室温下对生长Cu2O薄膜结构、表面形貌及光学性能的影响.结果表明,在O2、Ar流量比(O2/Ar)为30∶80的气氛条件下,在60～90 W的溅射功率范围内可获得＜ 111＞取向的Cu2O薄膜;薄膜的表面粗糙度的均方根值随溅射功率的增加而增大;薄膜的光谱吸收范围为300 ～670 nm,不同溅射功率下制备的薄膜均在430 nm附近出现明显的带边吸收,其光学带隙(Eg)在2.15～2.53 eV之间变化.