孪生Al靶反应高功率脉冲磁控溅射放电特性及Al 2 O 3 薄膜沉积工艺研究
发布时间：2021-11-26 03:10
Al2O3具有较高的硬度和耐磨损性,良好的热传导性、光学透过性以及化学稳定性,广泛应用于光电器件、机加工业和航空航天等领域。常用的物理气相沉积（PVD）方法只有在较高的基片温度下（>500℃）才能够获得性能更好的晶态Al2O3薄膜,这在很大程度上限制了Al2O3薄膜的应用领域。针对这一难题,本研究提出了孪生靶反应高功率脉冲磁控溅射（Twin Targets Reactive High Power Impulse Magnetron Sputtering,TTR-HiPIMS）技术,采用Langmuir探针、等离子体质谱（MS）和2维PIC-MCC（Particle in Cell-Monte Carlo collision）模拟等手段对放电过程中的等离子体参数进行了研究,揭示了孪生靶放电不对称性的形成机制,并实现了高质量γ-Al2O3薄膜的低温制备。采用Langmuir探针和等离子体质谱研究了磁场结构（镜面...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
电离辅助磁控溅射装置示意图[34]
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-4-表1-2Cr2O3与α-Al2O3的晶格常数[36]Table1-2LatticeparametersofCr2O3andα-Al2O3[36]Oxideaaxis(nm)caxis(nm)Mismatch(%)Cr2O30.4951.364.0α-Al2O30.4761.2994.7(a)Theα-Cr2O3/Al2O3interfaceregion(b)Magnificationoftheareamarkedin(a)(c)Magnificationoftheareamarkedin(a)图1-2α-Al2O3在Cr2O3模板上进行局部外延生长的HRTEM照片[37]Fig.1-2HRTEMimagesoflocalizedepitaxialgrowthofα-Al2O3onCr2O3[37]1.2.3再溅射结晶法Zhang等[41,42]在没有任何额外电离离子源辅助的情况下，在Al2O3薄膜制备过程中间歇性利用再溅射技术，在较低温度下制备了具有一定结晶度的Al2O3薄膜，
第1章绪论-5-其使用的实验装置如图1-3所示。这一技术主要通过溅射步和再溅射步来实现提高Al2O3薄膜中晶体相含量的目的。在溅射步中，首先将磁控放电的工作气压固定在0.5Pa，并将基片加热到300℃，然后利用RF磁控溅射技术在基片上沉积一定厚度的非晶Al2O3薄膜；而在再溅射步中，首先关闭靶材上施加的RF电压，同时使用金属挡板遮挡溅射靶材，在保持基片温度和Ar/O2流量比不变的前提下，将工作气压升高到5Pa，随后对基片施加频率为50kHz、幅值为800V、占空比为50%的负脉冲电压，促使基片周围产生等离子体放电，利用放电产生的等离子体对沉积好的非晶薄膜的轰击来促使Al2O3薄膜结晶。最后，多次重复以上两个步骤以获得实际应用中需要的薄膜厚度。使用这一方法沉积的Al2O3薄膜的原子力显微镜（AtomicForceMicroscope,AFM）和TEM照片如图1-4所示。图1-3包含再溅射技术的磁控溅射装置示意图[42]Fig.1-3Schematicdrawingofthemagnetronsputteringsystemwithresputteringtechnique[42](a)AFMimage(b)Cross-sectionTEMimage图1-4利用再溅射结晶法沉积的Al2O3薄膜[41]Fig.1-4Al2O3filmdepositedbymagnetronsputteringwiththeresputteringtechnique[41]
【参考文献】：
期刊论文
[1]平面直流磁控溅射放电等离子体模拟研究进展[J]. 邱清泉,励庆孚,苏静静,Finely Jim. 真空科学与技术学报. 2007(06)
本文编号：3519289
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
电离辅助磁控溅射装置示意图[34]
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-4-表1-2Cr2O3与α-Al2O3的晶格常数[36]Table1-2LatticeparametersofCr2O3andα-Al2O3[36]Oxideaaxis(nm)caxis(nm)Mismatch(%)Cr2O30.4951.364.0α-Al2O30.4761.2994.7(a)Theα-Cr2O3/Al2O3interfaceregion(b)Magnificationoftheareamarkedin(a)(c)Magnificationoftheareamarkedin(a)图1-2α-Al2O3在Cr2O3模板上进行局部外延生长的HRTEM照片[37]Fig.1-2HRTEMimagesoflocalizedepitaxialgrowthofα-Al2O3onCr2O3[37]1.2.3再溅射结晶法Zhang等[41,42]在没有任何额外电离离子源辅助的情况下，在Al2O3薄膜制备过程中间歇性利用再溅射技术，在较低温度下制备了具有一定结晶度的Al2O3薄膜，
第1章绪论-5-其使用的实验装置如图1-3所示。这一技术主要通过溅射步和再溅射步来实现提高Al2O3薄膜中晶体相含量的目的。在溅射步中，首先将磁控放电的工作气压固定在0.5Pa，并将基片加热到300℃，然后利用RF磁控溅射技术在基片上沉积一定厚度的非晶Al2O3薄膜；而在再溅射步中，首先关闭靶材上施加的RF电压，同时使用金属挡板遮挡溅射靶材，在保持基片温度和Ar/O2流量比不变的前提下，将工作气压升高到5Pa，随后对基片施加频率为50kHz、幅值为800V、占空比为50%的负脉冲电压，促使基片周围产生等离子体放电，利用放电产生的等离子体对沉积好的非晶薄膜的轰击来促使Al2O3薄膜结晶。最后，多次重复以上两个步骤以获得实际应用中需要的薄膜厚度。使用这一方法沉积的Al2O3薄膜的原子力显微镜（AtomicForceMicroscope,AFM）和TEM照片如图1-4所示。图1-3包含再溅射技术的磁控溅射装置示意图[42]Fig.1-3Schematicdrawingofthemagnetronsputteringsystemwithresputteringtechnique[42](a)AFMimage(b)Cross-sectionTEMimage图1-4利用再溅射结晶法沉积的Al2O3薄膜[41]Fig.1-4Al2O3filmdepositedbymagnetronsputteringwiththeresputteringtechnique[41]
【参考文献】：
期刊论文
[1]平面直流磁控溅射放电等离子体模拟研究进展[J]. 邱清泉,励庆孚,苏静静,Finely Jim. 真空科学与技术学报. 2007(06)
本文编号：3519289
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