磁控溅射制备铝薄膜毕业论文
磁控反应溅射制备AlN薄膜及其性能研究
湖南大学硕士学位论文磁控反应溅射制备AlN薄膜及其性能研究姓名：刘新胜申请学位级别：硕士专业：材料物理指导教师：周灵平20070401硕士学位论文摘 要 AlN薄膜具有一系列独特的优良物理化学性质，在电学、光学、声学和力学等方面有广阔的应用前景。
尤其是AlN具有热导率高、电阻率高、击穿场强大、介电系数小、热膨胀系数与GaN、GaAs等常用半导体材料匹配这些特性，使其被广泛用作微电子和功率器件的基板、封装、介质隔离材料。
本研究工作采用MIS800型多功能离子束磁控溅射复合镀膜设备，分别在45钢、硅、钼衬底上制备出了高质量的AlN薄膜。
首先用XRD和SEM测试手段对沉积在45钢衬底上的AlN薄膜的结晶性能和组织结构进行了表征。
结果发现，衬底温度、氮气浓度和工作气压对AIN薄膜的结晶性能和组织结构有很大的影响。
通过引入AlN缓冲层，使薄膜的择优取向由原本的（100）晶面向（002）晶面演变；并且使薄膜的生长模式从岛状生长向层状生长过渡，从而增加了薄膜致密度，有效的提高了薄膜的结晶质量，为生长高质量的AIN薄膜提供了实验依据。
其次，用划痕测试仪对各个衬底上薄膜的粘结强度进行表征，结果表明，薄膜与基体界面处的结合状态是影响AlN薄膜的粘结强度的关键因素。
一系列的对比实验后发现，低能离子束清洗衬底表面、引入界面过渡层、对不同的衬底采用不同工艺都可以有效提高AlN薄膜的粘结强度。
AlN薄膜的制备方法和工艺对薄膜的组织结构和应力等产生较大的影响，采用双靶磁控溅射共沉积能有效改善薄膜的粘结性能，衬底温度和工作气压对双靶磁控溅射共沉积AlN薄膜粘结强度有一定影响。
最后，用超高电阻测试仪和绝缘耐压仪对薄膜的电学性能进行了测试，AlN 薄膜的电阻率高达6.4×1013Om，击穿场强高达1.32MV/cm，薄膜中的Al/N比和薄膜结晶质量是影响AlN薄膜电学性能的主要因素。
关键词：ＡｌＮ薄膜；磁控溅射；结晶质量；粘结强度；电阻率；击穿场强 反应磁控溅射AlN薄膜制备及性能研究AbstractWurtzite Aluminum nitride (AlN) belongs to III–V semiconductor compounds with a hexagonal wurtzite crystal structure. Because of its high thermal conductivity, chemical stability, high hardness, high acoustic velocity, large electromechanical coupling coefficient and a wide band gap, AlN thin films have received great interest as a promising candidate electronic material for thermal dissipation, dielectric and passivation layers, surface acoustic wave (SAW) devices and photoelectric devices.In this paper, high quality AlN thin films were deposited on the 45 steel, Si and Mo substrates, respectively, by MIS800 ion beam sputtering and magnetron sputtering techniques simultaneously.Firstly, the crystallization properties and structures of AlN films deposited on the 45 steel were characterized by X-ray Diffraction (XRD) and Scanning Electronic Microscope (SEM). The results indicated that the sbustrate temperature, the concentration of Nitrogen gas and the working pressure had great effects on the crystallization properties and structures of AlN films. By introducing AlN buffer layer, the preferred orientation of films changed from (100) to (002), and the growth model changed from island-like to layer-like. These changes increased the density of films, improved the film’s crystallization quality. Our experiment results supplied a guide to yield AlN films with high quality.Secondly, the scratch test was adopted to measure the adhesion of AlN thin films deposited on different substrates; this study demonstrated that the combination in the film/underlay interface was the key factor in influencing the adhesion of AlN thin films. The adehison of the films can be improved by cleaning the sbustrate surface by low-energy ion beam, introducing the transition buffer between the interface and different technics for different substrates. The structure and stress of AlN films were influenced by the preparation method and the technics, and the properties of AlN films can be improved by employing dual targets reactive magnetron sputtering deposition method, while the temperature of underlay and working pressure were the important parameters of this method.Finally, the electronic performance of AlN films were tested by superhigh resistor test apparatus and insulate voltage test apparatus. The resistance ratio of films can be as high as 6.4×1013Om, breakdown field can be high as 1.32MV/cm. The main硕士学位论文factors which effected the electronic performance of AlN films were ratio of Al/N and the crystallization quality of the films.Key Words: AlN films; magnetron sputtering; crystalline quality; adhesion; resistivity; breakdown electric field湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
微波ecr磁控溅射制备al2o3薄膜
在现代技术中，微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜是一项重要的工艺。
这种技术以其高质量、均匀性和良好的薄膜结构而广泛应用于各种工业领域。
本文将就微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜这一主题展开讨论，并深入探究其工艺原理、应用前景和发展趋势。
一、微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜的工艺原理微波ECR磁控溅射是一种利用微波功率和磁场共同作用、通过控制溅射材料并将其沉积在衬底上形成薄膜的工艺。
在制备Al2O3薄膜时，首先需要将铝靶材置于真空腔内，然后在腔内加入氧气，并通过微波ECR磁场加热氧气，使其成为等离子体状态。
这样，铝靶材上的铝原子将被氧等离子体击中，产生氧化反应，从而在衬底上形成Al2O3薄膜。
二、微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜的应用前景由于微波ECR磁控溅射制备的Al2O3薄膜具有高质量、均匀性和良好的薄膜结构，因此在各种工业领域都有广泛的应用前景。
Al2O3薄膜可以用于制备电子器件、光学薄膜、陶瓷材料等，为这些领域的发展提供了重要的技术支持。
Al2O3薄膜还可以在生物医学、能源存储等领域发挥重要作用，有望为这些领域的技术发展带来新的突破。
三、微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜的发展趋势随着科学技术的不断进步，微波ECR磁控溅射技术也在不断发展和完善。
未来，微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜的工艺将更加智能化和自动化，可以实现对薄膜厚度、成分和结构的精确控制。
随着对新型材料和新工艺的不断探索，微波ECR磁控溅射制备的Al2O3薄膜也将不断拓展新的应用领域，为人类社会的发展做出更大的贡献。
总结回顾：微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜是一项具有重要意义的工艺技术，其在各种工业领域都有着广泛的应用前景。
通过深入探讨微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜的工艺原理、应用前景和发展趋势，我们对这一主题有了更全面、深刻和灵活的理解。
在未来的研究和应用中，我们可以更好地利用这一技术，推动科技的不断进步。
反应rf磁控溅射法制备氧化铝薄膜及其介电损耗
反应rf磁控溅射法制备氧化铝薄膜及其介电损耗【知识文章标题】：RF磁控溅射法制备氧化铝薄膜及其介电损耗研究【知识文章开头】：在现代科技应用中，氧化铝薄膜作为一种重要的电介质材料，广泛应用于电子器件、光学器件和能源领域。
而能够高效制备氧化铝薄膜并研究其介电损耗性能的方法对于实现更好的器件性能至关重要。
本文将介绍一种常见的制备氧化铝薄膜的方法——RF磁控溅射法，并探讨其制备过程以及介电损耗性能的研究进展。
【知识文章正文】：1. RF磁控溅射法简介1.1 原理和工艺RF磁控溅射法是一种通过高能量离子轰击靶材表面，使其材料溅射并在基底上沉积形成薄膜的方法。
其中，RF代表的是射频（Radio Frequency）磁场的作用，能够提供离子激发能量，促使靶材上的原子或分子以高速运动，从而溅射到基底表面。
溅射过程中，靶材材料会形成高温等离子体，通过气体的辅助，使离子在靶材和基底之间发生碰撞并沉积，最终形成氧化铝薄膜。
1.2 优势和应用RF磁控溅射法具有溅射速率高、薄膜致密性好、薄膜成分均匀等优点。
它也被广泛应用于氧化铝薄膜的制备，如集成电路、微电子器件、光纤器件、光学镀膜和电池等领域。
其高效的制备方法和优良的薄膜性能使得研究人员对其进行了广泛的研究。
2. 氧化铝薄膜制备与表征2.1 制备方法RF磁控溅射法制备氧化铝薄膜的关键步骤包括靶材选择、氧气流量控制、溅射功率调节以及工艺优化等。
靶材的选择对于薄膜性能至关重要，常见的靶材有纯氧化铝、铝合金等。
氧气流量的控制可以影响薄膜的氧化程度和致密性，适当的氧气流量可以提高薄膜的氧化性能。
溅射功率的调节决定了靶材离子轰击能量和溅射速率，适宜的溅射功率可以得到均匀致密的薄膜。
工艺优化则包括溅射时间、基底温度和气压等参数的选择，通过调节这些参数可以实现不同性质氧化铝薄膜的制备。
2.2 表征方法为了评估氧化铝薄膜的性能，研究人员通常采用多种表征技术进行分析。
一种常见的性能评估方法是X射线衍射（XRD）分析，可以确定薄膜的结晶性以及晶体结构。
《磁控溅射CrAlSiN膜层制备及综合性能研究》
《磁控溅射CrAlSiN膜层制备及综合性能研究》一、引言随着现代工业技术的不断发展，材料表面性能的改进和优化已成为提高产品性能和使用寿命的关键。
磁控溅射技术作为一种先进的薄膜制备技术，在材料科学领域得到了广泛的应用。
本文以CrAlSiN膜层为研究对象，通过磁控溅射技术制备该膜层，并对其综合性能进行深入研究。
二、磁控溅射CrAlSiN膜层制备1. 材料选择与设备准备本实验选用高纯度的Cr、Al、Si和N等靶材作为溅射原料。
设备采用磁控溅射镀膜机，具有高溅射速率、低损伤等特点。
2. 制备工艺流程（1）清洗基底：将基底（如不锈钢、铝合金等）进行清洗，去除表面油污和杂质。
（2）预处理：对清洗后的基底进行预处理，如抛光、蚀刻等，以提高基底与膜层的结合力。
（3）磁控溅射：将靶材放置于镀膜机中，调整好溅射参数（如功率、气压、溅射时间等），进行磁控溅射。
（4）后处理：溅射完成后，对膜层进行适当的后处理，如退火、氧化等，以提高膜层的性能。
三、CrAlSiN膜层综合性能研究1. 结构与形貌分析采用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）等手段，对CrAlSiN膜层的结构和形貌进行分析。
结果表明，CrAlSiN膜层具有致密的晶体结构，表面平整度较高。
2. 机械性能研究通过硬度测试、耐磨性测试等方法，对CrAlSiN膜层的机械性能进行研究。
结果表明，该膜层具有较高的硬度和良好的耐磨性，可有效提高基底的表面硬度和使用寿命。
3. 耐腐蚀性能研究在模拟实际使用环境条件下，对CrAlSiN膜层的耐腐蚀性能进行测试。
结果表明，该膜层具有较好的耐腐蚀性能，可在恶劣环境下保持良好的性能。
4. 热稳定性研究通过高温测试等方法，对CrAlSiN膜层的热稳定性进行研究。
结果表明，该膜层具有较高的热稳定性，可在高温环境下保持稳定的性能。
四、结论本文通过磁控溅射技术成功制备了CrAlSiN膜层，并对其综合性能进行了深入研究。
结果表明，该膜层具有致密的晶体结构、较高的硬度和良好的耐磨性、耐腐蚀性能及热稳定性。
中频磁控反应溅射制备硅基氮化铝薄膜
本底真空达到 ５４ ×１ － Ｐ 时 ， 和 Ｎ 通过气 ． ０ ０３ ａ ２
体流 量计 以 １ ： 比例 导入溅 射室 。 ５７的 采用 Ｄ 一００Ｃ Ｃ型 Ｘ射 线 衍射 仪 （ ｕ ，０ Ｘ ２０ Ｓ Ｃ Ｋａ４ ｋ ２ Ｖ，５ｍＡ） 分析 Ａｌ 薄膜 的结构 和 生长 晶 向 ，Ｆ Ｎ Ａ Ｍ 原 子力 显微 镜表 征表 面形貌 和 晶粒生 长状况 。
度范 围为 １ ０ ０ ℃ ， 基 距 为 ４ ～１ ０ｌｒ。 当 ０ ～３ ０ 靶 ０ ０ ｎ ｎ
六方晶系中的纤锌矿结 构存在。氮化铝薄膜具有 很 多 优 异 的 物 理 化 学 性 质 ， 宽 的 带 隙 （ ． 如 ６２ ｅ 、 的 电阻率 、 的抗 击穿 电压 ， Ｖ） 高 高 和低 的传输 损 耗￡＿。Ａ１ 是 优 异 的介 电材料 ， 用 于 电 子 器 ２Ｊ Ｎ ３ 可
收 稿 日期 ：０ ７０ —４ ２ ０ —６１
２０／ （。）
图 １ 衬底温度为 １０℃ 的 Ｘ ０ ＲＤ图谱
作者简介 ： 璞 （９ ０） 女， 陈 １ ８ ．， 湖北省武汉市人 ， 硕士研究 生， 研究方 向： 电子材料与元器件 。
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第１ 期
２０ ０ ８年 １月
Ｊｎ ２０ ａ ．０ ８
文章编号 ：６３１ ９ ２０ ） １０ ３ —２ １７ —５ Ｘ（０ ８ ０ —０ ００
中频磁 控 反应 溅 射 制 备硅 基 氮化 铝 薄膜
陈 璞， 彭启才
（ 西华大学材料科学与工程学 院， 四川 成都 ６０ ３ ） １０ ９
摘
要： 利用中频磁控反应溅射技术 ， 以高纯 为靶 材 、 高纯 为反应气体 ， Ｓ（１ ） 在 ｉ１ １ 衬底上成 功制备 出氮
磁控溅射法制备AlN薄膜的研究进展
Ａ Ｎ薄膜在 三维 尺度 ０ ５ ． ｔ 的 Ａ Ｍ 图片 Ｉ ． ×０ ５Ｌ ｍ Ｆ
衬 底温 度 主要对 Ａ１ 膜 的结 构 、 Ｎ薄 晶体 生 长 以及 薄膜与 衬底 之 间的结 合力 的 影响 很大 。衬 底 温度 过低薄 膜疏 松容 易脱 落 ； 衬底 温度 高 ， 则会 增 低 ， 材 的散 射 损失 也增 大 。同时 ， 靶 工作 气压 是 影 响 ＡＩ 薄 膜 取 向生 长 的 一 个 重 要 因 素 。 曹 昕 Ｎ
性及较高的表面声 波波 速 ， 已成为 发展 高频声 波组件 的最 佳材料［ 。ＡＮ 宽禁 带 ， ｔ ］ １ 同时 与氮 化镓 晶格结构相 同， 有较少 的晶格失 配 （ ａｔｅ Ｌ ｔｃ ｉ
ｍｉ ｔｈ～２ ４ ） 可 作 为 半 导 体 技 术 的 绝 缘 ｓ ｃ ｍａ ． ， 层 、 护层 和缓 冲 层［ ， 保 ５ 可见 Ａｌ 有 广 泛 的应 ］ Ｎ具
磁控溅射法制备 Ａ１ 薄膜 的研究进展 Ｎ
宋秀峰 ， 艳眷 ， 洪 ， 源 韩 何 沈
（ 南京航空航天大学材料科学与述 了各种沉积奈件对磁控溅射技术生长氮化铝薄膜的微观结构， 电学以及光 学性能的影响。采用磁控溅射技术， 可以选用在适 当的条件下制备具有特 定功能与结构优 良
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第 ２ 卷 第 ６期 ９
２０ ０ ６年 １ ２月
山东陶瓷
ＳＨＡＮＤｏＮＧ ＣＥＲＡＭ Ｉ ＣＳ
Ｖ ｏ． ９ Ｎｏ ６ １２ ．
Ｄｅ ． ２ ０ ｏ ０ ６
・
综述 ・
文章编号ｉ ０— ６９２０）６ ０２—４ ５ ０３（ ６ — ｏ Ｏ １ ０ ０ ０ Ｏ
的 氮化铝 薄膜 。
关键词 氮化铝 薄膜 Ｉ 控溅 射 ； 磁 性能
直流反应磁控溅射在离子镀膜机铝箔表面制备薄膜的研究
SM-6700F扫描电镜来分析薄膜表面形貌，磁控溅射制备的薄膜表面非常平滑。 图2为表面制备薄膜的SEM图片。由图2a中可
见，薄膜和基体结合良好，AlMo3、Al3Mo薄膜晶粒细小且粗细均匀，细小的圆 球状或等轴状颗粒均匀镶嵌堆垛在试样表面，薄
膜表面未出现龟裂现象，表面晶粒间呈非连续状态。大部分晶粒尺寸在30～ 50nm左右，只有极少数晶粒偏大超过50 nm，铝箔
溅射结束后分别采用X'Pert/Pro 多功能X 射线衍射仪(XRD)、JSM- 6700F扫描电 镜(SEM)、HXD-
1000显微硬度仪、OLYMPUS BX51金相显微镜、TT260 Coating thickness gauge薄膜
acdb,离子镀膜机 /taxonomy/term/25,
lMo3、Al3Mo 相。图1b为直流磁控溅射钛靶下制备的薄膜的XRD衍射谱，检测 到制备的薄膜物相主要含TiAl、（Ti
,Al）N相。衍射谱中Al-Mo晶粒，TiAl 和（Ti,Al）N晶粒薄膜特征峰的出现说明 在此磁控反应溅射工艺参数下，两
靶材与3003铝箔衬底均存在着化学键合反应。 图1 磁控溅射样品的XRD谱 2.2、扫描电镜SEM分析 采用J
丝对衬底加热，溅射靶分别选用高纯金属钼靶和钛靶时，Ar作为溅射气体，分别 选用氧气和氮气作为反应气体，通过质量流量控制器进
入制备室中。靶到基底距离都约为7cm，选用钼靶和钛靶溅射时本底真空分别为 3×10-3Pa 和5×10-3Pa，衬底温度分
别为150℃和120℃。溅射前，预先在纯Ar(99.999%)气体中放电5min左右，以除 去靶表面其余杂物， 再通入氧气
测厚仪对薄膜的成分结构、表面形貌、性能进行了检测。硬度计的实验力选择为 25g，加载时间15s，对每个样品表面各测量6个点
磁控溅射CrNx薄膜的制备及性能研究
作者:徐根
学位授予单位:中南大学
引用本文格式:徐根磁控溅射CrNx薄膜的制备及性能研究[学位论文]硕士 2012
——附加文档一篇——
工程概况
刘家湾北段市政工程总长度545m;道路设计红线宽度主线30m,一副路面;车行道16m;绿化带2*4m;人行道2 *3m。
2.1 施工部署原则
为了保证基础、面层、排水、交通设施装饰均可能有充裕时间施工,保证如期完成施工任务,全面考虑各方面的影响因素,充分酝酿任务、人力、资源、时间、空间的总体布局。
2.2 总体施工顺序和部署原则
总体施工顺序:基层工程、面层工程、排水工程、照明工程、竣工验收。
2.3
工程组织分段流水作业,采用机动翻斗车运输;采取“样板法”施工,严格按照“三样板一顺序”法施工。
2、临水设计
a、临水计算
根据本工程现场实际布置特点,现场临时用水管道采用聚乙烯PE管。现场临时用水包括:施工用水Q1,现场
生活用水Q2,现场消防用水Q3。其中计算如下: Q1=K1q1N1K1/8/3.6/300=1.15(16000+4000)÷8÷3.6÷300=
2.7L/s)
Q2:现场施工高峰期施工人员按200人计算。
Q2=q2N2K2/8/3600=200×20×1.5÷8÷3600=0.21L/s 消防用水Q3:本现场物料堆放齐全,因此现场消防器材布置相当重要。根据现场施工临水水量规定,当施工现场占地不大于1ha(公顷)时,q3取15L/s。
考虑管道漏水系数1.1,则q3=1.1×15=16.5L/s。
现场施工用水干管管径D为:
1.3 项目组织机构及主要管理人员名单
本工程工期紧、任务重,本着“建造满意工程,提供优质服务,一切为了业主与用户”的原则,我公司将选配具有多年施工经验的管理人员及技术干部,组成一个高效精干,开拓务实、富有活力的项目经理部,在现场全权代表我单位行使管理职能,履行合同的各项权力和义务,确保该工程如期、高效、优质、安全建成。项目部下设工程技术室、财务室、物资设备室、预核算室及综合办公室,各部室配备专业技术人员,负责现场施工组织及质量、安全、技术、进度计划以及文明施工等各项管理工作,监督检查各分部、分项工程施工。
反应rf磁控溅射法制备氧化铝薄膜及其介电损耗
一、介绍：rf磁控溅射法制备氧化铝薄膜及其介电损耗在材料研究领域，氧化铝薄膜的制备及其介电性能一直是一个备受关注的课题。
而rf磁控溅射法作为一种常用的制备方法，对于氧化铝薄膜的制备具有重要意义。
介电性能作为一种重要的材料性能指标，也对氧化铝薄膜的应用具有重要影响。
二、rf磁控溅射法制备氧化铝薄膜的步骤1. 材料准备：首先需要准备高纯度的氧化铝靶材和基底材料。
2. 溅射工艺：通过rf电源和磁场的作用，将氧化铝靶材表面的原子溅射到基底材料上，形成氧化铝薄膜。
3. 处理工艺：对溅射薄膜进行退火、晶化等处理，以提高薄膜的结晶度和致密性。
三、rf磁控溅射法制备氧化铝薄膜的特点1. 高纯度：使用高纯度的氧化铝靶材和精密的溅射工艺，可以得到高纯度、低缺陷的氧化铝薄膜。
2. 薄膜致密性好：由于溅射工艺的特性，制备出的氧化铝薄膜致密性好，具有良好的机械性能和耐腐蚀性。
3. 薄膜厚度可控：通过调节溅射工艺的参数，可以实现对氧化铝薄膜的厚度精确控制。
四、rf磁控溅射法制备氧化铝薄膜的介电损耗在实际应用中，氧化铝薄膜的介电损耗是一个重要的性能指标。
rf磁控溅射法制备的氧化铝薄膜，由于其致密性好、结晶度高等特点，具有较低的介电损耗。
通过控制溅射工艺参数和薄膜后处理工艺，还可以进一步降低氧化铝薄膜的介电损耗，提高其在电子器件、光学器件等领域的应用性能。
五、结论rf磁控溅射法制备的氧化铝薄膜具有高纯度、致密性好、厚度可控等特点，在介电损耗方面表现出良好的性能。
在实际应用中具有广阔的应用前景。
随着材料制备技术的不断进步，相信rf磁控溅射法制备的氧化铝薄膜将在电子、光学等领域发挥重要作用。
个人观点我认为，rf磁控溅射法制备的氧化铝薄膜在介电损耗方面具有潜力，但在实际应用中还需要进一步研究和优化，以满足不同领域的需求。
希望未来能够有更多的研究投入到这一领域，推动氧化铝薄膜技术的发展，为电子、光学器件等领域的发展贡献更多的可能性。
在撰写本文的过程中，我对rf磁控溅射法制备氧化铝薄膜及其介电损耗有了更深入的理解。
利用磁控溅射制备纳米金属薄膜的研究--论文答辩
对样品进行比照，可以直观的看出，气压越 高所成的膜越薄；功率越大，所成膜越厚；溅 射时间越长，所成膜越厚。符合镀膜特征规律。 并且相同条件下Ti膜的透射率优于Cu膜，Cu膜 的反射率优于Ti膜。
反射率测定实验
高压汞灯
反射膜
450
光电管
光电管
结构原理图
Cu膜表面的光的反射率
入射光波长λ(nm) 入射光电流(10-10A) 反射光电流(10-10A)
一、研究背景及研究意义
材料、信息科学技术与能源称为现代人类文明的三大 支柱，是新技术革命的支柱与先导 。在特殊形态材料领 域里，如在太阳能利用、传感器、微电子、光学、信息 等科学技术领域中，薄膜技术都得到了广泛的应用。目 前薄膜科学技术正在日新月异地向前发展。薄膜技术既 是综合性的应用科学，又涉及到许多跨学科的理论基础 ，特别是近年世界薄膜产业飞速崛起，因而对薄膜材料 的研究既具很强的理论意义又有广泛的应用价值。
时间（min） 60 60 60 60 60 60 10 30 50
实验条件(Ti膜)
气压（Pa） 2.0 1.0 0.5 0.5 0.5 0.5 1.0 1.0 1.0
功率（W） 50 50 50 20 30 50 50 50 50
时间（min） 60 60 60 60 60 60 30 50 70
二、薄膜的制备
制备薄膜有两种沉积方法，第一种为物理气相沉积法 (PVD)；第二种为化学气相沉积(CVD)法。我们实验中 使用的仪器是中国科学院沈阳科学仪器研制中心所生产 的磁控溅射设备，利用磁控溅射制备薄膜。磁控溅射制 备薄膜属于物理气相沉积。物理气相沉积法的基本原理 是，在真空条件下，将固态或液态物质采用一定的工艺 气化成气态原子、分子或者离子作为材料源，然后沉积 在基片表面，从而制成具有多种优良特性的薄膜技术。
磁控溅射制备(Ti,Al)N基超硬质薄膜及其性能的研究
河北工业大学硕士学位论文磁控溅射制备（Ti，Al）N基超硬质薄膜及其性能的研究姓名：程立军申请学位级别：硕士专业：理论物理指导教师：宋庆功20071201磁控溅射制备（Ti,Al）N基超硬质薄膜及其性能的研究摘 要本论文首先综合描述TiAlN薄膜及TiAlN基硬质薄膜的发展历程，TiAlN薄膜及TiAlN 基硬质薄膜的结构特征、性能及其应用。
简单介绍了物理气相沉积（PVD）方法和磁控溅射基本原理。
在此基础上用反应磁控共溅射的方法通过改变Cr靶溅射功率在单晶硅(111)和不锈钢基体上沉积不同Cr含量，不同组织结构、不同性能、不同表面形貌的TiAlCrN 薄膜。
采用X射线衍射（XRD）研究薄膜的组织结构；采用扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）观察薄膜表面形貌；采用纳米压痕仪测量薄膜的硬度、弹性模量和薄膜与基体的结合力；采用动电位极化实验研究薄膜的电化学腐蚀行为。
通过对实验结果的分析讨论得出Cr含量的变化对TiAlCrN薄膜的结构和性能有较大影响。
表征和测试结果显示，实验沉积的TiAlCrN薄膜由于Cr的加入，晶粒得到细化，由纳米晶和非晶混合组成。
随着Cr靶溅射功率增加，TiAlCrN薄膜中的Cr含量呈线性增加，而膜厚先增加后减小。
膜厚减小的原因可能是在较大溅射功率下溅射粒子能量升高，在基体上产生反溅射的结果。
沉积的TiAlCrN薄膜与TiAlN薄膜相比，表面平整、光滑、致密，无孔洞和突起等缺陷，晶粒细小，粗糙度低。
随Cr含量增加，TiAlCrN薄膜晶粒大小、粗糙度先减小后增加。
Cr靶溅射功率为140W时，TiAlCrN薄膜成膜质量最差，300W时，成膜质量最好。
随着Cr含量增加，薄膜硬度先增大，而后减小，即Cr含量过低、过高都会降低薄膜硬度。
Cr含量的变化对薄膜弹性模量值影响不大。
TiAlCrN薄膜的第一临界载荷和第二临界载荷均随Cr含量增加而增大。
其第一临界载荷不但均大于TiAlN薄膜的第二临界载荷，而且第二临界载荷比TiAlN薄膜提高了将近一倍，显示了与基体良好的结合强度。
微波ecr磁控溅射制备al2o3薄膜
微波ecr磁控溅射制备al2o3薄膜随着科技的发展，薄膜技术在各个领域中扮演着越来越重要的角色。
薄膜具有广泛的应用，可以用于陶瓷、电子、光学和纳米材料等领域中。
而微波ECR磁控溅射技术在薄膜制备中起到了至关重要的作用，而Al2O3薄膜又因其特殊的性质在材料工程中得到了广泛应用。
本文将重点讨论微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜的原理、优势以及应用。
1. 原理微波ECR磁控溅射是一种基于电离和反应的薄膜制备技术。
其主要原理可以分为以下几个步骤：首先，载体材料（在此例中为Al2O3）通过靶材被溅射出来。
这个过程中，电子枪产生的电子束促使靶材电离，释放出高能粒子。
然后，高能粒子会沉积在衬底表面，形成薄膜。
沉积薄膜的特性取决于各项参数的设置，例如溅射速率、分子束能量以及气体压强等。
最后，通过调整处理参数，可以对薄膜进行定制化的制备，以满足具体应用的需求。
2. 优势微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜具有以下优势：2.1 高纯度：薄膜表面几乎没有杂质，能够满足某些高要求场合的使用。
2.2 厚度均匀性：通过微波ECR磁控溅射技术制备的Al2O3薄膜具有较好的厚度均匀性，能够提高器件的性能。
2.3 抗腐蚀性：Al2O3薄膜具有良好的化学稳定性和抗腐蚀性，能够在恶劣的环境下稳定工作。
2.4 可控性：微波ECR磁控溅射技术可以对制备过程进行精确控制，可以制备出满足特定需求的Al2O3薄膜。
3. 应用微波ECR磁控溅射制备的Al2O3薄膜在各种领域中得到了广泛应用。
3.1 陶瓷领域：Al2O3薄膜可以用于增强陶瓷材料的耐磨性和耐腐蚀性，提高其使用寿命。
3.2 电子领域：Al2O3薄膜具有良好的绝缘性能和热稳定性，可用于制备电子器件的绝缘层和保护层。
3.3 光学领域：Al2O3薄膜在光学器件中具有重要的应用，可用于制备光学薄膜、镀膜和增透膜等。
3.4 纳米材料领域：Al2O3薄膜可以作为一种纳米载体，制备纳米材料，如纳米颗粒和纳米线。
直流磁控溅射法在玻璃基片上制备铝薄膜的工艺研究
纯Ar为溅射气体在玻璃衬底上成功地制备了铝薄膜。 (2) Al膜的沉积速率随着溅射功率的增大先几乎呈线性增
大而后缓慢增大; 随着溅射气压的增大,沉积速率不断增大,在 0.4Pa时达到最大值后,沉积速率随溅射气压的继续增大而减小。
(3) X射线衍射图谱表明,磁控溅射沉积的Al膜为多晶状态。 (4) 用扫描电子显微镜对薄
的铝靶的纯度为99.99%,靶面尺寸为600 mm×120mm, 靶厚为 17mm; 溅射气体为高纯Ar(99.999%)
,经D07-7A/ZM 型气体质量流量控制器后通入真空室, 流量由 D08- 1D/ZM型流量显示仪显示, 真空室内Ar
气的压力由ZDR-2型中真空计显示。实验用基片材料为普通的浮 法玻璃。 玻璃基片的清洗过程如下:首先用抛光
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
acdb,真空镀膜设备/,
80mm, 基片温度为130℃。 薄膜的厚度由美Veeco的表面轮廓仪Dektak 6M测得,再由厚 度与
沉积时间的比值计算出沉积速率;薄膜的结构用荷兰的XPertProMPP型X射线粉末衍射仪分析;薄膜的形貌用日本日立的 S
-3000N型扫描电子显微镜(SEM)表征。 结论 (1) 采用直流磁控溅射方法,以高纯Al为靶材,高
机对玻璃表面进行抛光以除去表层的氧化物等,接着用丙酮和无 水酒精分别超声清洗15min,最后用去离子水冲洗干净,放入氮气 炉
中烘干待用。镀膜前,对Al靶预溅射15min,以除去表面的污染物。 溅射前的本底真空度优于1×10-3Pa。实验中选择的工
艺参数范围为: Ar气流量固定为170sccm,直流溅射功率2000～ 3000W,溅射气压是0.3～0.9Pa,靶基距为
高质量且符合要求的Al薄膜需要选择最佳的工艺参数。作者采用 了直流磁控溅射法在玻璃基片上制备了Al薄膜,研究主要工艺参 数对
射频磁控溅射法制备ZnOAl2O3薄膜及其界面特性研究(精)
射频磁控溅射法制备ZnO/Al2O3薄膜及其界面特性研究摘要：近些年来，由于ZnO薄膜优异的性能，吸引着越来越多的人对其进行研究。
人们尝试利用不同的方法制备ZnO薄膜，并研究了不同的实验参数对ZnO薄膜的生长和特性的影响。
本文主要介绍了射频磁控溅射法制备出的ZnO/Al2O3薄膜的一些重要特性及外界条件对薄膜的影响，重点介绍了在Al2O3（0001）表面ZnO薄膜的成核及生长机制，并与Si （100）、（111）衬底上ZnO薄膜的生长机制作比照。
讨论了不同条件下界面的特性对ZnO 薄膜生长的影响。
关键词：ZnO 界面特性磁控溅射沉积时间引言ZnO是一种新型的II-VI族宽禁带化合物半导体材料，室温下的带隙宽度为3.37eV【1】，原料易得廉价，而且具有更高的熔点和激子束缚能以及良好的机电耦合性和较低的电子诱生缺陷。
此外，ZnO薄膜的外延生长温度较低，有利于降低设备成本，抑制固相外扩散，提高薄膜质量，也易于实现掺杂。
ZnO薄膜所具有的这些优异特性，使其在表面声波器件、太阳能电池等诸多领域得到了广泛应用。
随着ZnO泵浦紫外受激辐射的获得和p型掺杂的实现，ZnO薄膜作为一种新型的光电材料，在紫外探测器、LED等领域也有着巨大的发展潜力。
此外，ZnO薄膜在太阳能电池、表面声波器件、气敏元件、压敏器件等领域的应用也很广泛。
然而，ZnO薄膜虽然在多个领域应用广泛，但是其界面特性依然是影响其制作的半导体元件的性能的重要因素。
目前对于界面的研究和优化的措施还相对较少。
对于产生不同界面特性的影响因素，不同的人也有着不同的看法，赵朝阳，李锐鹏【2】等人认为由于ZnO 外延膜和衬底之间有较大的晶格失配和热失配，会导致ZnO薄膜的晶格畸变，从而影响它的光学和电学性能。
所以,了解ZnO 外延膜与衬底界面处的结构，是十分必要的。
本文主要介绍了射频磁控溅射法制备出的ZnO/Al2O3薄膜的一些重要特性，讨论了不同条件下界面的特性对ZnO薄膜生长的影响。
磁控溅射制备氧化铝薄膜及其设备开发
磁控溅射制备氧化铝薄膜及其设备开发磁控溅射是一种目前广泛应用于制备氧化铝薄膜的技术。
该技术不仅能够制备均匀、高质量的氧化铝薄膜，而且还可以对薄膜的物理性质进行调节，满足不同应用的需求。
本文将介绍磁控溅射制备氧化铝薄膜的原理、优势以及设备开发的关键技术。
一、磁控溅射制备氧化铝薄膜的原理磁控溅射是一种利用高能离子轰击固体材料表面来制备薄膜的技术。
其基本原理是，在低压气体环境中，利用磁控电弧等方式将金属或合金材料的表面离子化，然后让这些离子在外场的作用下沿着一定方向均匀地射向衬底，在衬底上形成薄膜。
以氧化铝薄膜为例，磁控溅射制备过程中，首先要准备具有良好导电性能的氧化铝靶材。
然后，在氩气等的惰性气体环境下，通过磁控电弧等方式将靶材表面的原子离子化，形成铝离子和氧离子。
这些离子在外场的作用下均匀地沉积在附近的衬底上，形成一层均匀的氧化铝薄膜。
整个制备过程可以通过改变各种参数来控制薄膜的厚度、结构和物理性质。
二、磁控溅射制备氧化铝薄膜的优势相比于其他薄膜制备技术，磁控溅射制备氧化铝薄膜具有以下优势：1. 薄膜均匀性好。
磁控溅射制备过程中，离子在外场的作用下沿着一定方向均匀地射向衬底，因此制备的氧化铝薄膜具有良好的均匀性。
2. 薄膜的物理性质可调节。
制备氧化铝薄膜时，可以通过改变各种参数，如离子能量、衬底温度等，来调节薄膜的物理性质。
因此可以得到不同性质的氧化铝薄膜，满足不同应用的需求。
3. 制备过程简单、易于自动化。
磁控溅射制备氧化铝薄膜的制备过程较为简单，且不需要高温高压，对于薄膜材料及衬底材料也有较广的适应性。
同时，由于其制备过程较为稳定，可以进行自动化控制。
三、磁控溅射制备氧化铝薄膜设备的关键技术磁控溅射制备氧化铝薄膜的设备主要由靶材、离子源、外场源（磁场等）和衬底等构成。
因此，设备的关键技术主要包括：1. 靶材的选择。
靶材的选择对于制备氧化铝薄膜至关重要。
一方面，靶材的纯度和制备过程中的气氛会影响薄膜的质量；另一方面，靶材的导电性能也会影响离子化的效率。
磁控溅射制备al2o3薄膜及耐蚀性能研究
[]
对薄膜致 密 度 有 显 著 影 响。 H.
Kaka
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i等 人 8 应 用 射
DOI:
10.
3969/
.
s
sn.
1001
9731.
2020.
02.
035
ji
基于此,采 用 直 流 磁 控 溅 射 镀 膜 技 术 在 不 同 溅 射
功率下(
60,
90,
液相沉积法 等 [3,4]。不 同 的 制 备 方 法 沉 积 的 薄 膜 在 致
密程度、膜基结 合 力 和 耐 腐 蚀 性 能 方 面 有 着 很 大 的 差
异,可制备出表面光滑、膜层致密和耐腐蚀性能优异的
Al2O3 薄膜一直 是 研 究 重 点,而 磁 控 溅 射 法 由 于 溅 射
速率高和 基 材 升 温 低 的 特 点 成 为 高 效 高 质 量 Al2O3
薄膜的常用制备方法。
[ ,]
O.
Zywi
t
zk
i5 6 利 用 脉 冲 反 应 双 极 磁 控 溅 射 在 不
锈钢基体制备 Al2O3 薄 膜,发 现 基 底 温 度 升 高 所 沉 积
的 Al2O3 薄 膜 晶 态 成 分 随 之 不 断 增 加。 K.
Ko
sk
i等
人 [7]采用直流磁控溅射技术在不同基底上 制 备 Al2O3
(
60,
90,
120,
150 和180 W)沉积 Al2O3 薄膜。采用 X 射线衍射仪(
XRD)和扫描电子显微镜(
SEM)对薄膜晶体结
构和表面形貌进行分析表征,使用 电 化 学 工 作 站 考 察 Al2O3 薄 膜 的 耐 蚀 性 能。 结 果 表 明:所 制 备 的 Al2O3 薄 膜
基于磁控溅射技术的薄膜制备与应用研究
基于磁控溅射技术的薄膜制备与应用研究随着现代技术的不断发展和进步，磁控溅射技术作为一种目前应用广泛的薄膜制备技术，已经在许多领域得到了广泛的应用和推广。
那么磁控溅射技术到底是什么呢？它又是如何应用于薄膜制备的呢？一、磁控溅射技术是什么磁控溅射技术是一种通过高速电子轰击惰性气体离子，使之反应产生离子气体，在物质离子沉积与反应过程中制备薄膜的物理化学技术。
磁控溅射技术通过在真空条件下利用磁场激发气体原子的离子化反应，从而使离子在基片表面沉积，形成一层薄膜。
磁控溅射技术具有许多优点，如高制备质量、结构均匀等，因此在许多领域得到了广泛的应用。
二、磁控溅射技术在薄膜制备中的应用磁控溅射技术在薄膜制备中应用较为广泛，例如在光学、电子、航空航天、机械、化学、环保等领域都有应用。
在光学领域，磁控溅射技术制备的金属膜可以用于反射镜和透镜中。
经过加工处理后，制备出的金属膜的反射率非常高，并且其厚度可控，因此适用于吸收、反射、透过和调制光等方面。
在电子领域，磁控溅射技术可用于制备各类电子薄膜，例如SSD硬盘、电容等，磁控溅射法制备的薄膜具有良好的电学性质和加工性能，适用于各种耐热、耐腐蚀、耐磨损的电子元器件。
在航空航天领域，可以利用磁控溅射技术制备过渡金属氮化物和碳化物薄膜，可以提高高温抗氧化性、高温抗腐蚀性和高硬度等性能。
在机械领域，利用磁控溅射技术制备出的薄膜可以用于表面涂层，提高材料表面的耐磨性和硬度，适用于各种机床、工具、切削刀具等机械制造领域。
在化学和环保领域，磁控溅射技术可以用于制备各种高透明、防紫外线、防污染和陶瓷薄膜，可以用于太阳能电池板、车窗玻璃、反射镜等方面的应用。
三、磁控溅射技术在薄膜制备过程中应注意的事项虽然磁控溅射技术应用广泛，但在实际制备过程中仍需注意一些事项。
首先，对真空环境的要求比较高，工作环境必须要保持在高真空状态下。
其次，对制备材料的要求也比较高，制备材料必须要求高纯度和均匀性。
最后，对电子束和离子的控制也是非常重要的，由于过度的能量会导致材料的破坏和偏差，因此在制备过程中需要进行参数的严格控制和优化。
磁控溅射法制备ITO膜的研究
磁控溅射法制备ITO膜的研究ITO膜是一种透明导电薄膜，具有良好的电导率和光透过性。
它在太阳能电池、液晶显示、触摸屏等领域有着广泛的应用。
本文将研究磁控溅射法制备ITO膜的工艺过程、影响因素和优化方法。
磁控溅射法是一种常用的薄膜制备方法，它利用磁场控制离子在目标表面的沉积，通过高能粒子轰击和扩散，形成均匀致密的薄膜。
在ITO膜的制备中，通常使用靶材为含有ITO的铟锡合金，沉积气体为氩气或氩气与氧气的混合物。
研究表明，ITO膜的制备工艺参数对薄膜的电学和光学性能有着重要影响。
其中，沉积速率是一个关键参数，它与工艺中的离子能量、靶材的离子通量和沉积时间有关。
较高的沉积速率可以提高生产效率，但可能导致薄膜内部应力增大和晶体结构退化。
另外，氧气流量也是一个重要参数，它可以调节薄膜的电学性能。
适量的氧气流量可以形成ITO膜中的氧化物相，提高膜的导电性能。
然而，过高或过低的氧气流量都会导致薄膜电学性能下降。
此外，靶材的成分和纯度也对ITO膜的性能有着显著影响。
铟锡合金中铟的含量和靶材的纯度对薄膜的导电性能和透过率有着直接影响。
近年来，一些研究还表明，掺杂其他金属元素或添加改性剂可以提高ITO膜的导电性能和稳定性。
在优化磁控溅射法制备ITO膜的工艺中，需要综合考虑薄膜的电学、光学和力学性能。
适当的沉积速率、氧气流量和靶材成分可以获得具有较低电阻率和较高透过率的ITO膜。
此外，精密控制膜的厚度和表面形貌也是提高膜性能的重要因素。
总之，磁控溅射法是一种常用的ITO膜制备方法，通过调节工艺参数和优化靶材成分可以获得良好的薄膜性能。
进一步研究磁控溅射法制备ITO膜的工艺过程和优化方法，将有助于实现ITO膜的高效制备和应用。
磁控溅射法制备高反射铝膜
磁控溅射法制备高反射铝膜磁控溅射法制备高反射铝膜赵印中，许，李林，何延春，王洁冰，吴春华，邱家稳（兰州物理研究所，表面工程技术国家级重点实验室，甘肃兰州７３００００）摘要：通过先后调整溅射沉积时间、溅射功率以及溅射气压等镀膜参数，然后结合所镀样品的反射率测量，分析了镀膜参数对铝膜反射率的影响；通过调整不同的离子束清洗时间，结合所镀样品的太阳光谱反射率测量以及附着力测试，研究了离子束清洗对铝膜性能的影响。
结果表明，在这些影响因素中离子束清洗对铝膜性能的影响很大。
关键词：磁控溅射；铝膜；溅射参数；离子束清洗中图分类号：ＴＢ４３文献标识码：Ａ文章编号：１００６－７０８６（２００８）０３－０１６４－０３ＰＲＥＰＡＲＡＴＩＯＮＯＦＡＬＵＭＩＮＵＭＴＨＩＮＦＩＬＭＢＹＭＡＧＮＥＴＲＯＮＳＰＵＴＴＥＲＩＮＧＺＨＡＯＹｉｎ－ｚｈｏｎｇ，ＸＵＭｉｎ，ＬＩＬｉｎ，ＨＥＹａｎ－ｃｈｕｎ，ＷＡＮＧＪｉｅ－ｂｉｎｇ，ＷＵＣｈｕｎ－ｈｕａ，ＱＩＵＪｉａ－ｗｅｎ（ＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｕｒｆａｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬａｎｚｈｏｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆａｌｕｍｉｎｕｍｔｈｉｎｆｉｌｍｓｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｂｙａｄｊｕｓｔｉｎｇｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｔｅｓｔｉｎｇｏｐｔｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆａｌｕｍｉｎｕｍｔｈｉｎｆｉｌｍｓ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｉｏｎｂｅａｍｃｌｅａｎｉｎｇｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆａｌｕｍｉｎｕｍｔｈｉｎｆｉｌｍｓｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｂｙａｄｊｕｓｔｉｎｇｉｏｎｂｅａｍｃｌｅａｎｉｎｇｔｉｍｅｓａｎｄｔｅｓｔｉｎｇａｄｈｅｓｉｏｎａｎｄｏｐｔｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆａｌｕｍｉｎｕｍｔｈｉｎｆｉｌｍｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｒｅｖｅａｌｅｄｔｈａｔｉｏｎｂｅａｍｃｌｅａｎｉｎｇｈａｓｅｆｆｅｃｔｏｎａｌｕｍｉｎｕｍｔｈｉｎｆｉｌｍｓ’ｏｐｔｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｇｎｅｔｒｏｎｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ；ａｌｕｍｉｎｕｍｔｈｉｎｆｉｌｍｓ；ｓｕｐｔｔｅｒｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；ｉｏｎｂｅａｍｃｌｅａｎｉｎｇ１引言铝膜从紫外区到红外区具有平坦而且很高的反射率，且铝膜表面总是存在着一层透明的Ａｌ２Ｏ３薄膜的保护，其化学稳定性也比较好，所以铝膜被广泛用作各类反射器件的反射膜［１］。
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磁控溅射制备铝薄膜毕业论文目录第1章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.1.2 薄膜研究的发展概况 (1)1.1.3 薄膜的制备方法 (4)1.1.4 薄膜的特征 (5)1.1.5 薄膜的应用 (7)第2章射频反应磁控溅射制备方法机理分析 (8)2.1 射频反应磁控溅射法原理 (8)2.1.1 直流辉光放电 (8)2.1.2 射频辉光放电 (9)2.1.3 射频原理 (9)2.1.4 磁控原理 (11)2.1.5 反应原理 (12)2.2. 溅射机理 (13)2.2.1 基本原理 (13)2.2.2 基本装置 (13)2.3 溅射的特点和应用 (15)2.3.1 溅射的特点 (15)2.3.2 溅射的应用 (16)第3章实验 (17)3.1 课题的研究线路 (17)3.2 实验材料以及设备 (17)3.3 实验仪器的原理 (18)3.3.1 磁控溅射镀膜仪的原理 (18)3.3.2 椭圆偏振测厚仪的原理 (19)3.3.3 原子力显微镜的原理 (23)3.3.4 表面预处理 (27)3.3.5 薄膜制备 (28)第4章实验结果及数据分析 (30)4.1 薄膜测试与分析 (30)4.1.1 衬底温度对于铝薄膜属性的影响 (30)4.1.2 衬底温度对于铝薄膜生长的影响 (31)4.1.3 不同的气压对于铝薄膜生长的影响 (34)结论 (40)致 (41)参考文献 (42)附录X 译文 (43)利用CO/SiC衬底上制备单层石墨薄膜 (43)附录Y 外文原文 (48)第一章绪论1.1 薄膜概述1．1．1 引言人工薄膜的出现是20世纪材料科学发展的重要标志。
自70年代以来，薄膜材料、薄膜科学、与薄膜技术一直是高新技术研究中最活跃的研究领域之一，并已取得了突飞猛进的发展。
薄膜材料与薄膜技术属于交叉学科，其发展几乎涉及所有的前沿学科，其应用与推广渗透到了各相关技术领域。
正是由于薄膜材料和薄膜技术的发展才极促进了微电子技术、光电子技术、计算机技术、信息技术、传感器技术、航空航天技术和激光技术的发展，也为能源、机械、交通等工业部门和现代军事国防部门提供了一大批高新技术材料和器件。
薄膜是不同于其它物质(气态、液态、固态和等离子态)的一种新的凝聚态，有人称之为物质的第五态。
顾名思义，薄膜就是薄层材料。
它可以理解为气体薄膜，如吸附在固体表面的气体薄层；也可理解为液态薄膜，如附着在液体和固体表面的油膜。
我们这里所指的薄膜是固体薄膜，即使是固体薄膜，也可分为薄膜单体和附着在某种基体上的另一种材料的固体薄膜，这里所指的薄膜属于后者[1]。
薄膜的基底材料有绝缘体，如玻璃、瓷等；也有半导体，如硅、锗等；也各种金属材料。
薄膜材料也可以是各种各样的，如从导电性来分，可以是金属、半导体、绝缘体或超导体。
从结构上来分，它可以是单晶、多晶、非晶(无定形)、微晶或超晶格的。
从化学组成上来看，它可以是单质，也可以是化合物，它可阻是无机材料，也可以是有机材料。
1．1．2 薄膜研究的发展概况薄膜科学是由多个学科交叉、综合、以系统为特色，逐步发展起来的新兴学科，以“表面”及“界面”为研究核心，在有关学科的基础上，应用表面技术及其复合表面技术为特点，逐步形成了与其他学科密切相关的薄膜科学。
60年代初以来，伴随着超高真空技术及各种复杂的表面分析技术的发展，薄膜科学的研究容得到了极大的丰富，并逐步发展成为多学科相互交叉、理论与实验相结合的一门新学科。
表面原子无论在原子运动、原子结构、表面缺陷以及其他物理化学过程都与体原子有不同的变化规律和特点。
尽管作为凝聚态物理的一个重要分支和多种科密切联系的交叉学科，薄膜科学在很大程度受固体物理的影响，并与材料科学、化学、微电子学等多种学科互相渗透，密切联系。
固体物理中的声子色散、电子能带和输运机制都与界面现象有关，为获取材料表面信息而出现的多种粒子探测技术正是依赖各种粒子(如低能电子、离子、原子、分子等)与材料表面相互作用，而这些粒子束探测技术反过来又极推动了现代薄膜科学的迅速发展。
在表面吸附以及薄膜生长机制研究中，分子物理和分子化学知识则是必不可少和非常重要的。
伴随着薄膜科学在基础研究方面的不断深入，各种表面分析技术也日渐成熟，使人们逐渐可以在微观的尺度上对材料的结构、形貌、成分和化学状态等进行直接的观察、分析。
一批新的表面微区结构与成分分析方法以及一些新的表面加工技术应运而生。
首先使用与纳米加工和微区成分分析的各种扫描探针技，用于描述薄膜生长和原子迁移动力学过程的实时监测技术以及从一般尺度到原子尺度进行表面研究的综合系统。
许多表面分析技术已经在工业界得到广泛应用，这包括：x射线衍射仪(XRD)、Auger电子能谱(AES)、x光电子谱(XPS)、低能电子衍射(LEED)、热能原子散射(TEAS)、扫描隧道显微镜(STM)、和椭偏仪(ellipsometry)等分析技术的出现，不仅为表面科学和薄膜科学提供了利的研究手段，而且极大的推动了表面科学和薄膜科学的飞速发展。
另一些表面分析技术，如二次离子质谱(SIMS)以及配有电子能量损失谱(EELS)的原子分析透射电镜(TEM)和反射高能电子衍射谱(RHEED)也在被工业界接受。
在薄膜材料制备方面，由表面技术发展起来的各种现代手段，如以蒸发沉积为基础发展出了真空蒸发沉积、分子束外延薄膜生长、加速分子束外延生长；以载能束与固体相互作用为基础，先后出现了离子柬溅射沉积、电子束蒸发沉积、脉冲激光溅射沉积、强流离子束蒸发沉积；以等离子体技术为基础出现了化学气相沉积、物理气相沉积、磁控溅射镀膜；同时，人们将载能束与薄膜生长相结合发展了离子束辅助沉积、低能离子束沉积、离子束混合等。
例如，应用离子镀膜、射镀膜、化学气相沉积、离子束辅助沉积等方法制备的TiN、这些薄膜制备方法已经可以通过控制应力、成分和掺杂条件来获取各式各样的人造多层膜结构。
这些具有特殊功能和目的的新材料己被制作成各种器件，如高电子迁移晶体管、激光器、异质结双极晶体管(HBT)、巨磁电阻、x射线光学器件等，并广泛应用于电子、磁光和通信等领域。
而在材料研究方面，尤其以SiC薄膜、Ⅲ一V族氮化物薄膜、硅化物薄膜、纳米粉材料最引人注意。
利用先进的超高真空生长技和原位观测手段以及对生长机理的深入研究，有可能使性质差异更大的材料以薄膜的形式结合起来，从而提高器件的工作效率，扩大器件的功能。
在理论研究方面，人们越来越感兴趣在一些小尺寸或与之相关的材料系统中发现新的物理和化学现象。
例如，表面对量子点或原子团簇中杂质和缺陷的影响。
可以说计算机的发展对薄膜科学做出了重要贡献。
与此同时先进的计算机与现代算方法结合，可以用来研究各种复杂的表面系统，从而提供了检验和比较各种似理论的标准。
同时，通过计算机模拟可以沟通理论和实验，实现在实验上很难或者根本无法完成的某些物理过程和极限情况的研究。
对于薄膜形成机理的研究起始于二十世纪二十年代，1924年，Frenkel 提出了描述成核过程的原子模型[2]。
1958年，人们提出薄膜生长的外延模型[3]，建了薄膜生长的三种模式：即层状生长模式，层状+三维岛状生长模式和三维岛生长模式。
同时，基于统计物理学的原子成核和生长模型及相关理论丌始逐渐形成[4，5]，如：描述表面原子成核和生长的速率方程和关于表面原子扩散的点阵气体模型等。
这些理论的出现不仅解释了薄膜生长初期的一些物理现象，促进了薄膜生长研究的发展，而且激励着人们在原子、分子的水平上进一步探讨薄膜的生长行为。
1985年，Rahman等人报道了Lennard。
Jones体系的薄膜生长的分子动力学模拟[6]。
1986年，Voter在点阵气体模型的基础上提出了表述表面原予运动的Monte Carlo方法[7]。
随着一些有效的原子间相互作用势的出现，计算机模拟方法开始逐渐成为研究原子水平上的薄膜生长机制的主要手段之一。
1．1．3 薄膜的制备方法薄膜制备方法很多，并可将它们分类，如分为化学法、物理法或化学物理法。
现我们按气相、液相法分类，如表1．1。
气相法是利用各种材料在气相间、气相和固体基体表面间所产生的物理、化过程而沉积薄膜的一种方法。
它又可以分为化学气相沉积(Chemical Vapour Deposition，简称CVD)和物理气相沉积(Physical Vapour Deposition，简称PVD)。
根据促使化学反应的能量可以来自加热、光照和等离子体，因此CVD又可分为热CVD、光CVD和等离子CVD。
物理气相沉积也可分为利用加热材料而产生的热蒸发沉淀、利用气体放电产生的正离子轰击阴极(靶材)所产生的溅射沉积、把蒸发和溅射结合起来的离子镀以及分子束外延。
应该指出的是CVD中不是单一的只存在着化学过程，它同时也存在着物理过程，如原子或分子的激发、电离，各种粒子的扩散和在固体表面的吸附等。
反之，PVD中也可能产生化学过程，如在蒸发和溅射过程中充入活性气体(02、N2等)，则它们可和蒸发和溅剩出来的粒子产生化学反应而生成不同于靶材的薄膜，即所谓反应镀膜。
液相法又可分为化学镀、电镀和浸渍镀。
本论文将会主要介绍溅射镀膜法。
1．1．4 薄膜的特征薄膜与大块材料相比，它具有某些特有的性能[8]。
(1)结构特征：由于薄膜有很大的表面积，很容易受环境气氛和基片状况的影响，所以除分子束外延法外，一般镀膜方法制成的薄膜的有序化程度较大块材料差，杂质浓度和缺陷都高于大块材料。
(2)金属薄膜的电导：薄膜的电子性质与大块材料的电子性质的差异非常明显，某些在薄膜上见到的物理效应，在大块材料上根本不存在。
对大块金属来说，其电阻因温度降低而减小，在高温区，电阻随温度的一次方减小，而在低温区，电阻随温度的五次方减小。
但薄膜的电阻率要比大块金属的电阻率大，温度降低后薄膜的电阻率不如大块样品下降得那样快。
因为在薄膜的情况下，表面散射对电阻的贡献很大。
一般厚度小于30nm的薄膜，即使在300K的温度，表面散射对电阻的贡献也已经表现出来。
薄膜电导异常的另一表现是磁场对薄膜电阻的影响。
处于外磁场中的薄膜的电阻要比大块样品的电阻大一些，这是因为在这种情况下，电子在薄膜中沿螺旋形路线前进。
只要螺旋线的半径大于薄膜的厚度，电子在运动过程中在表面处的散射就会产生附加电阻；使得薄膜在磁场中的电阻大于块材料的电阻，也大于薄膜在零磁场中的电阻。
这种薄膜电阻对磁场的依赖关系叫磁阻效应。
(3)通过绝缘薄膜层的电导：当夹在两块金属电极之间的绝缘层变得很薄时，它的导电性会发生很大变化。
因为在这种情况下，绝缘薄膜的导电性能不再由绝缘体的固定性质所决定，而主要由金属与绝缘体接触界面的特性来决定。
金属与绝缘体问一个合适的欧姆接触，可以向绝缘薄膜中注入附加载流子，改变了绝缘体的电子态结构。