磁控溅射制备磁性多层膜中SiO2/Ta界面的研究

磁性多层膜常用磁控溅射的方法制备，并且以金属Ta做为缓冲层。本研究利用这种方法在单晶硅基片上沉积了Ta/NiFe/Ta薄膜。采用X射线光电子能谱（XPS）对该薄膜进行了深度剖析，并且对获得的Ta4f和Si2p的高分辩率XPS谱进行计算机谱图拟合分析。结果表明：磁控溅射这种高能量制膜技术导致了在SiO2/Ta界面处发生了化学反应：15SiO2 37Ta=6Ta2O5 5Ta5Si3，该反应使得界面有“互混层”存在，从而导致诱发NiFe膜（111）织构所需的Ta缓冲层实际厚度的增加。从本研究还可以看出XPS是表征磁性薄膜界面化学状态的一种有利工具。     

SiO2/Ta界面反应及其对铜扩散的影响

利用磁控溅射方法在表面有SiO2层的Si基片上溅射Ta/NiFe薄膜,采用X射线光电子能谱(XPS)研究了SiO2/Ta界面以及Ta5Si3标准样品,并进行计算机谱图拟合分析.实验结果表明在制备态下在SiO2/Ta界面处发生了热力学上有利的化学反应:37Ta+15SiO2=5Ta5Si3+6Ta2O5,界面处形成更稳定的化合物新相Ta5Si3、Ta2O5.在采用Ta作阻挡层的ULSI铜互连结构中这些反应产物可能有利于对Cu扩散的阻挡.     

SiO2/Ta界面反应及其对铜扩散的影响

利用磁控溅射方法在表面有SiO2层的Si基片上溅射Ta/NiFe薄膜,采用X射线光电子能谱(XPS)研究了SiO2/Ta界面以及Ta5Si3标准样品,并进行计算机谱图拟合分析.实验结果表明在制备态下在SiO2/Ta界面处发生了热力学上有利的化学反应:37Ta+15SiO2=5Ta5Si3+6Ta2O5,界面处形成更稳定的化合物新相Ta5Si3、Ta2O5.在采用Ta作阻挡层的ULSI铜互连结构中这些反应产物可能有利于对Cu扩散的阻挡.     

光学薄膜参数测量方法研究

为了研准确性和效率更高的膜层光学薄膜参数测量方法,对优化膜系结构和改进制备工艺都有重要的指导作用.论文在研究传统测量方法基础上,将包络线法与全光谱拟合反演法相结合,提出了一种新型的光学薄膜参数测量方法.该方法将采用包络线法计算的单层膜光学薄膜参数近似值作为参考,设置全光谱拟合反演法优化搜索的上下限,结合适当的评价函数构建计算物理模型,并选用综合优化算法求解获得待测膜系各膜层的光学薄膜参数.最后设计TiO2、SiO2单层膜和膜系为:G|0.5HLHL0.5H|A(H-TiO2,L-SiO2)的多层膜进行测量验证,并分析了该测量方法的效率准确度、稳定性等.     

电子束蒸发沉积Ta2O5光学薄膜的研究

通过正交实验,以Ta2O5为初始膜料,采用离子源辅助电子束蒸发技术制备了Ta2O5光学薄膜。透射光谱显示,所制备的Ta2O5光学薄膜具有较高的透射率,极值点透射率约为93%,接近K9玻璃基片的透射率。极差分析表明,基片温度和离子源氧气流量是影响薄膜透射率的两个主要因素,而沉积速率的影响很小。分析了各制备参数对Ta2O5薄膜光学性能的影响,得到了采用离子源辅助电子束蒸发制备Ta2O5光学薄膜的最佳工艺参数。     

光学薄膜常数的测试与分析

光学薄膜常数—折射率、消光系数和膜层厚度是光学薄膜制备的基础，通过透射光谱法测试计算得到的薄膜常数具有较高的精度。Ta2O5是一种常用的氧化物薄膜，研究了两种透射光谱法计算光学薄膜常数的精度，利用Lambda900分光光度计获得了Ta2O5薄膜样品的透过率光谱数据，采用透射光谱包络线法对单层Ta2O5薄膜样品的光学常数进行计算，得到的折射率和消光系数较为准确，并且认为所得到的消光系数为广义消光系数，对精确地测试、计算提出了建议，为不同薄膜样品的制备奠定了技术基础。     

反应磁控溅射制备SiOx渐变折射率红外梳状滤光片

梳状滤光片是一种特殊的非均匀光学薄膜器件,其膜层折射率渐变分布结构使它与常规均匀光学薄膜相比具有更好的光学和机械性能.利用反应磁控溅射工艺,改变沉积SiOx(0≤x≤2)膜氧化程度,获得折射率从2.74逐渐变化到1.58(λ=1550 nm)的SiOx渐变折射率薄膜材料.通过调制膜层折射率振幅和引入膜层-外部介质折射率匹配层,成功地设计并制备了具有较好光学性能的SiOx渐变折射率红外梳状滤光片光学薄膜器件.使用单一的硅溅射靶材,通过改变氧化程度获得可变折射率材料的方法,为特殊光学薄膜器件的制备提供了一种经济实用的工艺路线.     

离子束溅射制备氧化物薄膜沉积速率调整方法

采用正交试验设计方法,系统研究了离子束溅射HfO2、Ta2O5 和SiO2 薄膜的沉积速率与工艺参数（基板温度、离子束压、离子束流和氧气流量）之间的关联性。采用正交表L9（34）设计了9 组实验,采用时间监控的离子束溅射沉积方法,分别制备HfO2、Ta2O5 和SiO2 薄膜,并对三种薄膜的27 个样品采用椭圆偏振法测量并计算物理厚度,继而获得沉积速率。实验结果表明:对Ta2O5 和SiO2 薄膜沉积速率影响的工艺参数相同,影响权重从大到小依次为离子束流、离子束压、氧气流量和基板温度;对 HfO2 薄膜沉积速率影响的工艺参数按权重从大到小依次为离子束流、离子束压、基板温度和氧气流量。研究结果为调整HfO2、Ta2O5 和SiO2 薄膜沉积速率提供了依据。     

反应溅射ZrN／AlON纳米多层膜的晶体生长

随着高速、干式切削技术的发展，要求刀具涂层在具备高硬度的同时还应具有优良的高温抗氧化性。1987年发现两种氮化物以纳米量级交替沉积形成多层结构时常伴有硬度异常升高的超硬效应，据此，Sproul于1996年提出了采用两种氧化物制备纳米多层膜的技术路线，以期获得同时具有高硬度和优良抗氧化性能的纳米多层膜。但按此技术路线制备的Al2O3／ZrO2和Y2O3／ZrO2纳米多层膜并未获得预期效果。最近，我们采用氮化物晶体层的模板作用强制氧化物层晶化的技术路线，已成功制备了具有超硬效应的TiN／SiO2和TiN／Al2O3纳米多层膜。然而，在这些多层膜中TiN、SiO2和Al2O3均是采用化合物靶在Ar气氛中通过射频溅射获得的。由于陶瓷靶溅射速率低，这种制备纳米多层膜的方法难以在工业生产中推广应用。为了获得高沉积速率的氮化物／氧化物纳米多层膜，本文研究了在Ar、N2混合气氛中采用反应溅射方法制备ZrN／AlON纳米多层膜并研究了其生长结构。     

射频反应溅射Si_3N_4薄膜的性质和表面钝化作用

射频反应溅射Si_3N_4薄膜的光学和电学性质,与制备条件有密切的关系.对Si_3n_4膜的折射率、红外吸收带、相对介电常数、淀积速率和腐蚀速度随溅射电压和混合气体(Ar和N_2)组份的变化规律作了研究.指出,在最佳溅射条件下的电场作用和电子、负离子对硅器件表面SiO_2层的轰击造成的热作用,有利于加速Si_3N_4膜对存在于SiO_2层中的Na~+的吸取和捕集过程,使硅器件的光学特性和稳定性获得显著的改善.而且,由于淀积时的基片表面温度低,可以利用常用的光刻胶掩蔽,进行定域淀积,简化了Si_3N_4膜的光刻腐蚀工艺.