脉冲电弧源的发射特性建模

脉冲电弧源是脉冲电弧离子镀方法制备薄膜的重要部件，其发射特性是影响薄膜均匀性的重要因素，本文从理论出发，建立脉冲电弧源发射特性的数学模型，编程计算得到理论的均匀性曲线，与实际的沉积薄膜厚度的均匀性对比，结果表明：脉冲电弧源的蒸发特性可以等效于多个面源的叠加，每一个面源发射的离子密度空间分布符合余弦定律。     

脉冲真空放电离子密度的测量

由于采用脉冲放电沉积技术能够克服连续电弧离子镀沉积时产生的液滴及负偏压放电的缺点，特别是它在镀制类金刚石薄膜中显示出来的独特性能：不含氢和硬度高，使其在薄膜沉积技术中越来越受到广大研究者的重视。为了更深入地研究薄膜的沉积工艺和薄膜性能之间的关系，迫切需要对脉冲真空放电等离子体的微观参数进行深入透彻的研究，如离子密度及其空间分布等。本文介绍了测量脉冲真空电弧离子源离子密度的方法，并采用该方法测量了脉冲真空电弧离子源离子密度及其空间分布，分析和研究了影响离子空间分布的各种参数。     

类金刚石薄膜的激光损伤特性及工艺优化

采用脉冲真空电弧沉积(PVAD)技术制备了类金刚石(DLC)薄膜,并对其抗激光损伤特性进行了研究,优化了制备工艺.对DLC薄膜激光损伤阈值(LIDT)的测试结果表明,随着厚度的增加,薄膜的LIDT开始呈下降趋势,当厚度达到100nm以上时,则趋于一个稳定值.正交实验结果的处理和分析表明,在所给定的工艺参数范围内,主回路电压是影响DLC膜抗激光损伤性能的最主要因素,基片温度、清洗时间和脉冲频率则影响较小.为得到较好的抗激光损伤能力,采用PVAD技术制备DLC薄膜的最佳工艺参数为:清洗时间20 min、基片温度150℃、脉冲频率5 Hz、主回路电压150 V.退火处理会使DLC薄膜的激光损伤阈值明显提高.     

硅基氧化铱薄膜的脉冲激光沉积及其微观结构研究

采用脉冲激光沉积技术，在Si（100）基片上制备了高致密的氧化铱（IrO2）薄膜，研究了不同沉积温度对薄膜结构的影响。利用X射线衍射（XRD）、拉曼光谱、扫描电镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）对制备的IrO2薄膜进行了表征。结果表明：在20Pa氧分压，250℃～500℃范围内，得到的薄膜为多晶的IrO2物相，其晶粒尺寸和粗糙度随着沉积温度的升高而增加；所得到的IrO2薄膜表面粗糙度低，厚度均匀，与基片结合良好。     

挖坑效应对球形夹具下电子束蒸发沉积薄膜厚度均匀性的影响

厚度均匀性是薄膜制备过程中不可忽视的薄膜特性,厚度不均匀会导致薄膜成品率降低.熔融性比较差的镀膜材料在蒸发过程中以直接气化为主,挖坑效应比较明显.此时,在分析薄膜厚度均匀性时,蒸发源发射特性不随时间变化的假设不再合理.细分蒸发源为无数个小的薄板蒸发源,建立了镀膜材料出现挖坑效应时薄膜厚度均匀性的分析模型.结果表明,在所选镀膜机结构参数下,挖坑效应对薄膜厚度均匀性影响明显;但挖坑效应并不总导致薄膜厚度均匀性变差,设计合适的镀膜室结构以及薄膜制备工艺参数,可借助挖坑效应在一定程度上改善薄膜厚度均匀性.采用易于出现挖坑效应的材料作为镀膜材料时,该研究对设计薄膜沉积工艺参数具有指导性意义.     

RF-PECVD制备类金刚石膜的研究

采用RF-PECVD法在锗(Ge)基片上沉积类金刚石(DLC)薄膜,研究了气体流量和气压对沉积区域均匀性的影响,以及基片厚度与沉积时间的关系。用拉曼光谱(Raman)分析DLC膜的结构组成,用傅立叶红外光谱仪(IR)对DLC膜的透过率进行了测量。结果表明,在气体流量为50 sccm,气压为10 Pa,功率800 W条件下薄膜厚度均匀性可达2.1%,极值透过率达62%。     

脉冲偏压作用下MgO薄膜表面的荷电效应

采用脉冲偏压电弧离子沉积技术在玻璃基片上制备了透明的、具有择优取向的MgO薄膜。针对绝缘性薄膜表面的荷电效应,比较了脉冲偏压作用下鞘层对离子的加速时间(即鞘层的寿命)与脉冲宽度的大小以及偏压鞘层的初始厚度与离子穿越的距离的大小,讨论了不同占空比下偏压鞘层对离子的加速效应。利用X射线衍射及扫描电子显微镜对样品的观察结果表明,由于荷电效应,脉冲偏压幅值为-150 V,占空比在10%~40%的范围内,占空比的变化并不能改变MgO薄膜的微观结构和表面形貌。     

平面磁控溅射薄膜厚度均匀性的研究概述

在平面磁控溅射镀膜系统中,薄膜厚度均匀性作为衡量薄膜质量和成膜系统性能的一项重要指标,得到了国内外学者们的广泛研究。本文以膜厚分布的理论模型为出发点,从工艺条件及模型参数两个方面,对靶与基片的位置关系、基片的运动方式、靶材的形状、溅射功率、工作气压、工作模式等各种影响以及改善薄膜厚度均匀性的因素进行了系统的归纳和陈述。最后对平面磁控溅射镀膜系统膜厚分布的研究进展进行总结并提出了展望。     

直流磁控溅射中Ar气压强对TbFeCo磁光薄膜均匀性的影响

本文研究了磁光盘生产中 Ar气压强对直流磁控溅射 Tb Fe Co磁光薄膜均匀性的影响 ,通过调整溅射气压来提高薄膜的厚度均匀性和成分均匀性。在靶 -基片距离为 6 0 0 m m,溅射功率为 6 0 0 W,溅射气压为 0 .6～0 .8Pa的条件下 ,获得了均匀性良好的磁光薄膜 ,并将此工艺参数用于磁光盘的生产     

Si（111）基片上Mg2Si薄膜的脉冲激光沉积

采用脉冲激光沉积方法在Si(111)基片上制备了Mg2Si薄膜。研究了激光能量密度、退火气氛及压强、退火温度、退火时间等工艺条件对Mg2Si薄膜生长的影响。用X射线衍射仪分析了Mg2Si薄膜的物相,用原子力显微镜、高分辨场发射扫描电镜表征了薄膜的形貌。实验结果表明:在激光能量密度为2.36 J/cm2,Si(111)基片上室温、真空(真空度10-6Pa)条件下沉积,在Ar气压强为10 Pa,500℃,30 min条件下原位退火得到了纯相、结构均匀、表面平整、厚度约为900 nm的Mg2Si多晶薄膜。     

脉冲偏压对电弧离子镀深管内壁沉积TiN薄膜的影响

用电弧离子镀设备,分别采用直流偏压和脉冲偏压的沉积工艺,在一端封口的50 mm×200 mm×5 mm的不锈钢深管内壁上沉积TiN薄膜,对薄膜的厚度、表面形貌、相结构、硬度和磨损性能等随管子深度的变化进行了对比测试.结果表明,两种工艺下薄膜的厚度、硬度以及耐磨性能都随管子的深度而下降,但与直流偏压相比,脉冲偏压能够提高薄膜厚度和硬度,减少大颗粒的尺寸和数量,提高耐磨性能;按照硬度不低于20 GPa的标准划分,脉冲偏压使镀膜深度提高了40%,即从直流偏压的50 mm提高到70 mm.     

基片温度对脉冲激光沉积ZnS:Co薄膜微结构及光学性质的影响研究北大核心CSCD

采用脉冲激光沉积技术在石英基片上制备了ZnS:Co薄膜,改变制备过程中石英基片的温度TS,研究了基片温度对薄膜微结构及光学特性的影响。随着基片温度的升高,薄膜的厚度减小,结晶质量得到提升,并朝着(111)方向择优生长。受量子限域效应的影响,薄膜的光学带隙在基片温度为TS=25℃时最大为3.83 eV,光学带隙先随基片温度增大而减小,并在基片温度为400℃时取得最小值3.5 eV,此后随基片温度增大而增大。此外,薄膜的折射率、消光系数、介电系数等光学参数随基片温度升高均有增大趋势。实验表明在基片温度达到400℃以上时,可以获得综合性能较好的微晶薄膜。     

大气开放式MOCVD方法制备ZnO薄膜的气敏特性研究

利用大气开放式MOCVD在氧化铝基片上沉积ZnO薄膜，研究了沉积工艺参数对薄膜形貌的影响，结果表明基片温度对ZnO薄膜的晶体形貌有显著的影响，在一定的条件下能够沉积出具有高比表面积花瓣片层结构的ZnO薄膜。以酒精蒸气为例，研究了ZnO薄膜对碳氢有机化合物气体的气敏特性，结果表明结晶度高且晶粒细小、比表面积高的薄膜具有较好的气敏特性。     

脉冲偏压对电弧离子镀TiNbN硬质薄膜相结构的影响

用电弧离子镀设备,在其他工艺参数相同的条件下,通过仅改变脉冲偏压幅值的方法分别沉积TiNbN硬质薄膜,考察脉冲偏压对薄膜相结构的影响.结果表明,TiNbN硬质薄膜的相结构随脉冲偏压幅值的变化而变化:当幅值为-300 V时,得到TiN类型的(TiNb)N的固溶体;-600 V时,得到TiN和δ-NbN的混合相结构;而在-900 V时,则得到TiN和δ-NbN以及β-Nb2N三相混合结构.分析表明,脉冲偏压能够改变薄膜相结构,这与不同偏压提供的离子沉积能量,能够分别满足各个化合物生成自由能的热力学条件有关.     

霍尔离子源制备类金刚石薄膜研究

采用霍尔离子源沉积类金刚石薄膜是近年来新出现的一种方法，本文研究了自行研制的霍尔离子源的性能以及采用此离子源制备类金刚石薄膜及工艺参数的影响。结果表明，霍尔离子源在较低的电压即可起辉，可提供稳定的能量较低的离子束流。采用霍尔离子源沉积类金刚石薄膜的沉积速率约为O．5nm/s。随着霍尔离子源灯丝电流的升高，离子源放电电压下降，制备的类金刚石薄膜的硬度下降。放电电流的变化对类金刚石薄膜的硬度影响不大。     

纳米薄膜厚度的X射线测量

研究了通过小角度X射线衍射(XRD)技术测量纳米薄膜沉积厚度与沉积速率的方法,并测定了在SiC表面沉积Fe纳米薄膜的厚度和沉积速率。结果表明,采用小角度XRD技术测量纳米薄膜厚度和沉积速率,能克服基片性质、表面平整度和金属膜氧化的影响,准确、方便地测量纳米薄膜的厚度和沉积速率。     

脉冲激光沉积ZrW2O8薄膜的制备和性能

采用脉冲激光沉积法在石英基片上沉积制备了ZrW2O8薄膜.用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)研究了不同衬底温度对薄膜结构组分、表面粗糙度和形貌的影响,用台阶仪和分光光度计测量薄膜的厚度和不同衬底温度下制备薄膜的透射曲线,用变温XRD分析了ZrW2O8薄膜的负热膨胀特性.实验结果表明:在衬底温度为室温、550℃和650℃下脉冲激光沉积的ZrW2O8薄膜均为非晶态,非晶膜在1200℃保温3min后淬火得到立方相ZrW2O8薄膜;随着衬底温度的升高,ZrW2O8薄膜的表面粗糙度明显降低;透光率均约为80%,在20～600℃温度区间内,脉冲激光沉积制备的ZrW2O8薄膜的负热膨胀系数为-11.378×10-6 K-1.     

磁控溅射膜厚均匀性与靶-基距关系的研究

从理论上分析了平面磁控溅射靶沉积薄膜的厚度均匀性.根据磁控溅射阴极靶刻蚀的实际测量数据,建立了靶的刻蚀速率方程,以此为依据,对膜厚均匀性的有关公式进行了讨论.采用计算机计算了基片处于不同靶-基距时,膜厚均匀性的分布.研究结果表明,随着靶基距的增加,膜厚均匀性逐渐变好.在同样的靶基距下,沿靶长度方向的均匀性明显优于宽度方向.最后,通过实验证实了上述结论.     

靶基距对脉冲激光沉积β-FeSi2薄膜质量的影响

常用的分子束外延、粒子束沉积法难以获得均匀、致密性好的单一相β-FeSi2薄膜,利用脉冲激光沉积及热退火处理法在P型Si(100)基片上制备了均匀的单一相β-FeSi2薄膜。利用X射线衍射仪、扫描电镜、原子力显微镜及红外光谱仪研究了靶基距对β-FeSi2薄膜的结构、组分、结晶质量、表面形貌及光吸收特性的影响。结果表明:随着靶基距的增加,薄膜的晶化程度先变差后增强再变差,晶粒尺寸先减小后增大再减小,颗粒分布均匀性先变好后变差;表面粗糙度先减小后增大;靶基距为40 mm时,β-FeSi2薄膜的结晶度较高,颗粒大小均匀、趋于球形化,薄膜致密性较好,粗糙度较低,对红外光的吸收较好。     

CVD工艺中气体流型的研究

化学气相沉积(CVD)法可制备高纯度、近似元件形状、大面积的块体材料,与制备薄膜的CVD过程相比,该过程存在长时间沉积稳定性、厚度均匀性及光学质量均匀性等问题.本文采用简化装置对CVD工艺过程进行物理模拟,探讨不同工艺参数下沉积室内部气体流型的变化,分析流型对沉积过程的影响.