磁控溅射制备MgO薄膜及物性研究

发布时间：2017-06-27 08:24

  本文关键词：磁控溅射制备MgO薄膜及物性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：MgO晶体为岩盐结构,是一种面心立方晶体,具有许多优良性质。其晶格常数和某些钙钛矿结构的材料十分相近,且热稳定性好,绝缘性强,适合作为高温超导氧化物、铁电材料和高磁阻材料的缓冲层使用。同时,MgO薄膜因其二次电子发射系数高、抗溅射能力强以及光透性好的优点,在微电子器件和等离子显示领域都具有十分关键的作用。因此,制备高质量、性能优越的MgO薄膜具有重要的科学意义和广阔的应用前景。本文采用磁控溅射法制备MgO薄膜,用纯度为99.9%的Mg靶作为靶材,在氧气和氢气混合气氛中生长薄膜。并分别在衬底温度、衬底材料、溅射时间上进行参数控制,研究各个工艺参数对MgO薄膜微观结构、形貌、生长取向的影响。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的结构和表面形貌进行了测试。实验表明,在衬底温度为400℃、衬底材料为石英片以及溅射时间为3小时的工艺条件下,生长的薄膜颗粒比较大以及平整度较好,即容易生成结晶质量比较好的薄膜。对在上述较好的工艺条件下制备的MgO薄膜分别在空气中进行500℃、700℃和900℃的30min退火处理。经XRD和SEM表征分析后发现退火可以改善薄膜的结晶质量,即随着退火温度的升高,晶粒尺寸逐渐增大,结晶性能更佳,表面更加平整。此外,通过紫外-可见光分光光度计研究了退火处理对于MgO薄膜光学特性的影响,发现随着薄膜退火温度的升高,薄膜可见光透射率下降,光学带隙值逐渐减小。
【关键词】：磁控溅射 MgO薄膜 工艺参数 退火处理
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ132.2;TB383.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 薄膜材料的概述8-11
• 1.1.1 超导类薄膜8
• 1.1.2 磁性薄膜8-9
• 1.1.3 透明导电薄膜9-10
• 1.1.4 缓冲层薄膜10-11
• 1.2 MgO的性质及应用11-14
• 1.2.1 MgO的结构特征11-12
• 1.2.2 MgO薄膜的用途12-14
• 1.3 本文研究意义及主要内容14-15
• 第二章 MgO薄膜的制备方法及其表征手段15-30
• 2.1 MgO薄膜的制备方法15-22
• 2.1.1 电子束蒸发（Electron-beam evaporation）15-17
• 2.1.2 脉冲激光沉积（PLD）17-18
• 2.1.3 分子束外延（MBE）18-19
• 2.1.4 金属有机物化合物化学气相沉淀（MOCVD）19
• 2.1.5 溶胶-凝胶法（Sol-gel）19-21
• 2.1.6 磁控溅射技术（Magnetron sputtering）21-22
• 2.2 MgO薄膜的表征方法22-29
• 2.2.1 X射线衍射（XRD）23-25
• 2.2.2 扫描电子显微镜（SEM）25-27
• 2.2.3 紫外-可见光分光光度计27-29
• 2.3 本章小结29-30
• 第三章 磁控溅射法制备MgO薄膜30-40
• 3.1 溅射镀膜设备简介30-31
• 3.2 工艺流程31-33
• 3.3 磁控溅射制备MgO薄膜工艺参数的研究33-38
• 3.3.1 实验方案33-34
• 3.3.2 衬底温度对MgO薄膜的影响34-35
• 3.3.3 衬底材料对MgO薄膜的影响35-37
• 3.3.4 溅射时间对MgO薄膜的影响37-38
• 3.4 本章小结38-40
• 第四章 退火处理对MgO薄膜性能的影响40-51
• 4.1 MgO薄膜的退火处理40-42
• 4.1.1 退火处理设备简介40-41
• 4.1.2 实验过程41-42
• 4.2 退火处理对MgO薄膜晶相结构的影响42-44
• 4.3 退火处理对MgO薄膜应力的影响44-46
• 4.4 退火处理对MgO薄膜表面形貌的影响46-48
• 4.5 退火处理对MgO薄膜光学性能的影响48-50
• 4.6 本章小结50-51
• 第五章 总结与展望51-53
• 参考文献53-56
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文56-57
• 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利57-58
• 附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目58-59
• 致谢59

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