常压冷等离子体喷涂铜薄膜工艺的研究

发布时间：2020-03-21 20:52

【摘要】：目前制备金属薄膜的主要方法有物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、电镀和化学镀。对于传统的PVD和CVD而言,前驱体常为固态或气态且种类较少;使用的还原气体常为氢气,但氢气易燃易爆;制备金属薄膜时,反应温度高,易损坏基体,限制了基体种类,且薄膜常需退火处理;沉积时需要在真空环境中进行,限制了基体尺寸。对于电镀或化学镀而言,制备金属薄膜过程往往产生大量化学废液,对环境不友好。常压冷等离子体喷涂技术可以解决上述薄膜制备技术的不足,然而该技术在制备金属薄膜方面却鲜有报道。本文以制备铜薄膜作为研究对象,探索了一种常压冷等离子体喷涂技术制备Cu薄膜的方法。利用NH_3作为反应源气体,与N_2按照一定比例混合,使用氩气作为保护气,Cu(NO_3)_2作为铜源,Cu(NO_3)_2溶液雾化后通入到等离子体射流下游,采用等离子体喷枪扫描方式喷涂铜薄膜。系统地研究了不同工艺参数对薄膜试样的宏观形貌、微观形貌、薄膜成分及薄膜电阻率的影响规律,并简要分析了常压冷等离子体喷涂铜薄膜的形成机理。结果表明:(1)喷枪扫描速率从7 cm/s逐步提高到19 cm/s时,沉积的薄膜样品中铜元素的化学状态逐渐从Cu~(2+)过渡为Cu~+最终变化为Cu,薄膜表面的晶粒尺寸逐渐减小,薄膜的电阻率也明显减小。当喷枪扫描速率为16 cm/s、19 cm/s时,薄膜中铜元素为零价,薄膜表面晶粒排列紧密,薄膜的电阻率较小。分析认为,喷枪扫描速率参量在喷涂铜薄膜过程中起主导作用。(2)喷涂功率从300 W逐步提高到600 W时,薄膜中铜的氧化物含量由多减少,再由少增多,喷涂功率为400 W时,薄膜中的铜的氧化物含量最少。300 W时薄膜表面晶粒尺寸均匀性差,薄膜电阻率最大;400 W时,薄膜表面晶粒尺寸最小、均匀且排列紧密,薄膜电阻率最小;喷涂功率为500 W、600 W时,膜层中通的氧化物含量增多,薄膜晶粒尺寸变大,薄膜电阻率也随之增大。(3)反应物硝酸铜浓度由60 g/L逐步增加到140 g/L时,膜层中氧化亚铜的含量逐渐减小,薄膜表面晶粒排列紧密,薄膜比较致密,薄膜电阻率逐渐较小;当硝酸铜浓度从140 g/L逐步增加到220 g/L时,薄膜中氧化亚铜的含量并没有增加,但薄膜表面的晶粒尺寸变大,薄膜致密度降低,薄膜电阻率略微增大。
【图文】：

原理图,真空蒸发镀膜,原理图,蒸发法

有制备技术薄膜的技术中，被广泛应用且方法较为成熟的技术积、电镀和化学镀。hysical vapor deposition，PVD)是利用物理过程(物质的溅射等)实现物质原子从源物质到薄膜的可控转基本的两种方法是蒸发法和溅射法，其中蒸发法相括较高的沉积速度、相对较高的真空度，以及由此法受到了相对较多的重视[12]。如图 1.1 是常见真空分别指的是 1 镀件加热电源；2 真空室；3 镀件支器；7 加热电源；8 排气孔；9 真空密封；10 挡板

电感耦合

chemical vapor deposition)是将含有构片，在基片表面产生化学反应而形成片表面必须有异相的化学反应[12]。化低压 CVD 装置、激光辅助 CVD 装置装置。如下图 1.2 常见的电感耦合等频线圈；3 等离子体；4 衬底；5 工现，等离子体辅助化学气相沉积的特的高能电子，，高能电子可以提供化学电子与气相分子的碰撞可以促进气体温下发生的反应在低温下也可以实现减少了热应力，所以近年来等离子体
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4;TB383.2

【参考文献】