反应磁控溅射法制备Zn_3N_2薄膜的工艺研究

制备和研究高质量的Zn3N2薄膜有助于拓展新型薄膜材料体系。文章采用反应磁控溅射技术,研究不同的溅射功率、N2-Ar流量比、衬底类型和衬底温度等沉膜工艺对Zn3N2薄膜结晶质量的影响;采用XRD、SEM和AFM等测试手段,分析Zn3N2薄膜的微结构和表面形貌。结果表明:几种衬底上,以石英玻璃作衬底沉积的Zn3N2薄膜晶粒尺寸较大,衍射峰较强,且为多晶向薄膜;当N2-Ar流量比提高时,Zn3N2薄膜为单一择优取向的结晶薄膜;衬底温度升高后,Zn3N2薄膜晶粒尺寸减小,但是单一择优取向不变;溅射功率提高后,薄膜晶粒尺寸增大,择优取向改变,由单一晶向变为多晶向,以100晶向单晶硅作衬底可获得单一晶向Zn3N2薄膜,而以111单晶硅作衬底制备的Zn3N2薄膜经XRD测试,未检测到Zn3N2晶体。     

衬底效应对LiTaO3薄膜制备的影响

用溶胶凝胶法在N型硅、P型硅、石英、铂、镍衬底上制备了钽酸锂(LiTaO3)薄膜,用XRD和SEM对钽酸锂薄膜性能参数进行了表征;发现掺杂少量环氧树脂能提高钽酸锂薄膜的均匀性,改善薄膜与衬底的粘附性;研究了衬底效应与薄膜厚度的关系,薄膜厚度超过0.2 μm,Ni衬底的XRD峰值强度几乎不再出现,说明衬底对薄膜初始结晶取向有重要影响;利用不同衬底上生长钽酸锂薄膜,XRD研究结果表明:N型硅、P型硅、石英衬底上只能制备多晶钽酸锂薄膜,铂衬底上制备的钽酸锂薄膜在(012)晶向有强大的择优取向性,镍衬底上制备的钽酸锂薄膜有更好的C轴择优取向性,C轴择优取向系数可达0.082。     

在蓝宝石、MgO衬底上ZnO波导膜的制备

以ZnO烧结陶瓷为靶材,应用射频磁控溅射技术在（001）蓝宝石、（100）MgO衬底上制备ZnO波导薄膜。利用棱镜耦合、X射线衍射、RBS背散射分析等技术研究了所沉积薄膜的光波导及内部结构信息。结果表明：在两种衬底上所沉积的ZnO薄膜可以形成优良的平面光波导结构;薄膜结晶状况为存在少量其他晶向的C轴择优取向;薄膜含有的Zn及O组分原子数比例为近化学计量比;薄膜的沉积速率受衬底材料表面能作用轻微影响;薄膜的有效折射率较ZnO体材料小且受衬底材料影响。生长在蓝宝石衬底上ZnO薄膜的平均晶粒尺寸较在MgO衬底上的小,且其随膜厚的增加无明显变化,但在MgO衬底上晶粒尺寸则随膜厚的增加有增大趋势。     

氧氩比和退火温度对AZO薄膜结构与性能的影响

在通氩气和不同比率氧氩混合气体的条件下,利用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备铝(Al)掺杂氧化锌(AZO)薄膜(溅射功率为180W,衬底温度为300℃),并对部分薄膜样品进行400℃或500℃退火处理.采用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)和分光光度计对薄膜的结构、表面形貌和光学性能进行测试研究.结果表明,制备的所有薄膜均呈现(002)晶面择优生长;与氩气溅射相比,当采用氧氩混合气体溅射时,生长的AZO薄膜晶粒尺寸显著增大;退火处理使2类薄膜的表面粗糙度都明显减小,晶粒也有所增大(7%~13%).其中,在氧氩比为1∶2的混合气体中制备的薄膜,经过500℃退火后,晶粒尺寸最大(39.4nm),薄膜表面更平整致密,在可见光区平均透过率接近最大(89.3%).     

衬底温度对ZnO薄膜结构和光学特性的影响

采用射频磁控溅射的方法在不同温度下Si(111)衬底上制备出了具有高c轴择优取向的ZnO薄膜,利用X射线衍射(XRD),原子力显微镜(AFM),光致发光(PL)谱等分析手段研究了衬底温度对ZnO薄膜微观结构及发光特性的影响.通过XRD和AFM分析发现随着衬底温度的升高,制备样品的X射线衍射半高宽(FWHM)减小,晶粒尺寸增大,在300 ℃时晶粒尺寸达到最大,但随温度的进一步升高(至400 ℃)晶粒尺寸减小,缺陷增多.薄膜样品PL谱均在520nm处出现绿光发射峰,本文认为这是由于氧空位(V_O)和氧替位(O_(Zn))共同作用的结果,绿光发射峰强度与其结晶质量密切相关,结晶质量越好,杂质和缺陷态就越少,发光峰越弱.     

原子力显微镜在ZAO薄膜表征中的应用

利用磁控溅射法在溅射功率分别为30,50,80,100W条件下制备ZAO薄膜,并通过原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)谱对制得的薄膜样品进行表面形貌、结构特性和黏附性能进行研究。XRD结果表明,随着溅射功率的增加,ZAO薄膜呈现了明显的(002)择优取向,结晶质量获得提高。通过原子力显微镜对样品的二维、三维以及剖面线图进行分析。随着溅射功率增大,薄膜样品表面较均匀致密,晶粒生长较充分,结晶质量较高,粗糙度和黏附力均增大。     

直流磁控溅射工艺参数对β-FeSi_2薄膜性能的影响

采用室温直流磁控溅射Fe-Si组合靶的方法,经过后续Ar气氛围退火,在单晶Si(111)衬底上生长β-FeSi2薄膜。研究了溅射功率、工作气压、Ar气流量、沉积时间等工艺参数对β-FeSi2薄膜结构特性及电学特性的影响,通过Raman、Hall、X射线衍射(XRD)等测试对其性能进行表征,对工艺参数进行了优化,在溅射功率为80W、工作气压为1.3Pa和Ar气流量为35SCCM时溅射沉积Fe-Si薄膜,不仅可以得到单一相的β-FeSi2,而且薄膜结晶质量较好。最终,在上述实验条件下制备得到的未掺杂的β-FeSi2薄膜是n型导电的,β-FeSi2薄膜中载流子浓度约为3.3×1016cm-3,迁移率为381cm2/Vs。     

电子束蒸发法制备MoO3薄膜及其性质研究

采用电子束蒸发法在玻璃衬底上制备MoO3薄膜.X射线衍射谱表明制备样品属于正交晶系,沿<010>晶向择优取向生长.随着衬底温度的升高,样品的晶粒尺寸先增大后减小,退火后又增大.此外,样品的(040)衍射峰随衬底温度升高单调向低衍射角方向移动.扫描电镜照片显示制备样品具有针状晶粒特征,退火后晶粒大小的分布趋于均匀.紫外-...     

磁控溅射CdTe薄膜的光电学特性

采用射频磁控溅射方法在玻璃和Si(111)衬底上制备了碲化镉(CdTe)薄膜,并研究了溅射功率对薄膜的结构、光学和电学性能的影响.X射线衍射分析表明,所有样品均沿(111)面择优取向; 平均晶粒尺寸随溅射功率的增加而增加,即从73.0 nm(70 W)增加到123.6 nm(110 W).紫外 - 可见 - 近红外光谱分析表明, CdTe薄膜在可见光范围内具有较高的吸光度; 薄膜的带隙随着溅射功率的增加而减小,最小值为1.38 eV.CdTe薄膜的导电性随溅射功率的增加而明显增强,当溅射功率为110 W时电阻率仅为21.5 Ω?cm.该研究结果可为制备高导电性和高吸收率的半导体薄膜提供参考.     

AFM分析磁控溅射法制备的TiO2纳米薄膜

采用磁控反应溅射法,在室温条件下制备了TiO2纳米薄膜,用原子力扫描显微镜(AFM)分析考察了溅射功率、溅射时真空室压力等工艺参数对薄膜结晶状态、晶粒尺寸的影响.实验结果表明,在室温下,只有溅射功率大于100W以上时,才能形成粒子结晶完全的纳米薄膜,随着溅射功率的增加,真空室溅射气压的降低,薄膜中TiO2粒子尺寸显著增大;随着溅射时间的延长,薄膜厚度增加.并根据溅射薄膜的成膜机理,讨论了实验工艺参数对薄膜微结构的影响.     

衬底和热处理温度对ZnO薄膜的微观结构的影响

采用Sol-gel法,在普通载玻片和Si（100）上使用旋转涂覆技术制备了具有c轴择优取向生长的ZnO薄膜。利用XRD和SEM研究了衬底和热处理温度对ZnO薄膜的物相结构、表面形貌和（002）定向性的影响。结果表明,sol—gel旋涂法制备的ZnO薄膜为六角纤锌矿结构,玻璃衬底上生长的ZnO薄膜为多晶形态,Si（100）衬底表现出更优取向生长特性。随着热处理温度的升高,c轴择优取向程度逐渐增强,晶粒尺寸逐渐增大,ZnO的晶格参数先增加后减小。当温度在700℃时长出明显的柱状晶粒。     

AFM分析磁控溅射法制备的TiO2纳米薄膜

采用磁控反应溅射法，在室温条件下制备了TiO2纳米薄膜，用原子力扫描显微镜(AFM)分析考察了溅射功率、溅射时真空室压力等工艺参数对薄膜结晶状态、晶粒尺寸的影响．实验结果表明，在室温下，只有溅射功率大于100W以上时，才能形成粒子结晶完全的纳米薄膜，随着溅射功率的增加，真空室溅射气压的降低，薄膜中TiO2粒子尺寸显著增大；随着溅射时间的延长，薄膜厚度增加．并根据溅射薄膜的成膜机理，讨论了实验工艺参数对薄膜微结构的影响。     

氮气流量对反应磁控溅射制备TiN_x薄膜的影响

采用直流磁控溅射法,在S i基底上制备TiNx薄膜。研究了溅射沉积过程中氮气流量对TiNx薄膜生长及性能的影响。研究发现:在其它工艺参数不变的情况下,改变N2流量,薄膜的主要成分是(110)择优取向的四方相Ti2N。随着N2流量的增加,薄膜的厚度逐渐增加,薄膜粗糙度、颗粒尺寸和电阻率     

正交实验法优化六方氮化硼薄膜的制备工艺

采用射频磁控溅射法,在Si(100)衬底上制备了适用于声表面波(SAW)器件的氮化硼(BN)薄膜。通过正交实验法,以薄膜中六方相的纯度和取向为指标,优化了磁控溅射方法制备六方BN(h-BN)薄膜的工艺条件。利用傅里叶变换红外光(FTIR)谱和X射线衍射(XRD)谱对薄膜进行了表征,实验结果表明,溅射功率为300W、无衬底负偏压、温度为400℃和N2∶Ar=7∶8vol.%时可以制备出高纯度且高c-轴择优取向的h-BN。     

氧化铁系气敏薄膜的研究

用粉末射频溅射法制备了不同厚度和掺杂的氧化铁系气敏薄膜,并对其微观结构和性能进行了鉴定和测试,对添加剂的作用进行了探讨和分析。结果表明:溅射薄膜为晶粒微小、且具有一定择优取向的α-Fe_2O_3多晶薄膜;该薄膜对乙醇气体具有良好的气敏性和选择性,且响应快、附着力强;对氧化铁薄膜进行适当的掺杂可以明显地改善其电导性能和气敏性能。     

磁控溅射制备五氧化二钒薄膜及其透射率研究

采用直流磁控溅射方法在普通玻璃衬底上制备五氧化二钒薄膜。研究氧氩比、溅射功率、衬底温度和溅射时间对氧化钒薄膜结构的影响。XRD测试结果表明,实验均制得了纯相的五氧化二钒,没有出现其他的钒氧化物相。对制备的薄膜进行了透射率测试,并对结果做了分析。结果显示,在室温下,溅射功率为250W,溅射时间为10min,氧氩比为1∶100的条件下,薄膜的结晶度最好且具有较高的透射率。     

利用同质缓冲层溅射生长c轴择优取向氮化铝薄膜

采用射频反应磁控溅射技术，利用低温低功率下生长的氮化铝（AlN）作为缓冲层，在铟锡复合氧化物（ITO）玻璃衬底上制备出具有良好c轴择优取向的多晶AlN薄膜.采用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）研究了缓冲层对薄膜结晶特性和表面形貌的影响.结果表明，该缓冲层在提高AlN薄膜结晶质量的同时，薄膜的表面粗糙度由19.1 nm减小到2.5 nm，使薄膜表面更为平滑、致密.剖面扫描电子显微镜（SEM）照片显示AlN晶粒呈高度一致的柱状生长体制.通过分析样品的透射光谱，计算得到AlN薄膜的折射率和消光系数分别为2.018 7和0.007 7.     

离子束溅射制备Bi2Te3热电薄膜

采用离子束溅射技术,溅射不同面积比例的Bi/Te二元复合靶,制备Bi2Te3热电薄膜,所制备的薄膜Bi∶Te原子比接近2∶3.X射线衍射测量结果显示,薄膜的主要衍射峰与Bi2Te3标准衍射峰相同,在(015)晶面上择优选向明显,存在少量的Bi和[Bi,Te]杂质峰.霍尔系数测试及Seebeck系数测量结果表明,薄膜都为n型半导体薄膜,电导率量级为105Sm-1,电学性能良好.在不同条件下制备的薄膜Seebeck系数最大值为-168μVK-1,最小值为-32μVK-1.其中,Bi∶Te原子比为0.69,退火温度为300℃的薄膜功率因子最大,达1.1×10-3Wm-1K-2.     

溅射气压对TiO2薄膜结构性质的影响

用射频磁控溅射技术在双面抛光的石英玻璃(SiO2)基底上沉积Er3+/Yb3+掺杂的TiO2薄膜,利用RBS背散射分析技术和X射线衍射技术研究溅射压强对薄膜结构性质的影响.结果表明:随着压强增加,成膜速率缓慢下降,且压强增大到一定数值之后对成膜速率的影响会逐渐减弱;随着压强增加,薄膜晶粒变大,晶粒间界变小,晶化质量提高.当溅射压强2.0Pa时,晶粒尺寸最大为64nm;适当降低溅射压强有利于提高薄膜的沉积速率,但是压强值也不能过小,否则会影响薄膜的晶粒尺寸大小,降低薄膜的结晶质量.     

在LaNiO3衬底上（Pb,La）TiO3铁电薄膜的制备和研究

首先通过金属有机化合物热分解(MOD)法在Si(100)基片上制备出LaNiO3(LNO)薄膜,再通过溶胶-凝胶(sol-gel)法,在LNO/Si(100)衬底上制备出(PbxLa1-x)TiO3(PLT)铁电薄膜。经XRD分析表明,LNO薄膜具有(100)择优取向的类钙钛矿结构,PLT/LNO/Si薄膜具有四方相钙钛矿结构,同时以(100)择优取向。最后对薄膜的介电性和铁电性进行了测试,发现薄膜介电常数适中,铁电性良好。