基于GDOES分析的磁控溅射制备钛膜工艺优化

发布时间：2022-04-27 17:43

　　采用辉光放电发射光谱（GDOES）测试分析方法研究了磁控溅射功率、工作气压、基片温度等工艺参数对钛膜厚度、密度、扩散层的影响。结果表明,在0.2 Pa工作气压条件下,在100～300 W范围内溅射功率与沉积速率呈近似线性关系;在溅射功率200 W条件下,工作气压在0.2～0.7 Pa范围内的沉积速率较为稳定,约为16 nm/min,而增大工作气压将显著降低钛膜密度,工作气压0.2 Pa对应的钛膜密度达到4.47 g/cm~3,而0.7 Pa对应的钛膜密度仅为3.26 g/cm~3;基片温度显著影响了钛膜与钼基片之间的扩散层厚度,在溅射功率200 W、工作气压0.2 Pa条件下镀膜300 min,基片温度100℃下的扩散层厚度为487 nm,250℃下则达到814 nm。 

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【部分图文】：

磁控溅射镀膜系统结构示意图

在本实验采用的GDOES方法中,钛元素的灵敏度系数已通过标准钛试样进行标定,η=7.0×10-8 g/(cm2·s·V)。GDOES对钛膜的溅射速率v经标定实验后,结果由图2给出:可以看出线性关系良好,速率v=0.04 μm/s。2 实验结果与讨论

通过称重法计算钛膜的密度与溅射功率的对应关系如图3(b)所示,可以看出,功率为100 W时,膜的致密度较低,仅为3.7 g/cm3;当功率上升后,致密度逐渐提高,200 W时的致密度达到峰值4.4 g/cm3,相对密度达97.8%;但是随功率进一步升高后,致密度反而开始下降。图4(a)是各样品钛元素的光谱信号曲线,5组样品均出现明显平台区域,区域内光谱信号达到峰值且较为稳定,可视作样品的钛膜区域,并由区域时间计算出钛膜的厚度;可以看出,100 W时平台区光谱信号最低,仅约215 V;功率增大后光谱信号升高,200 W时最高,约250 V;超过200 W后,光谱信号开始逐渐下降。图4(b)反映了各样品钛膜区域的钛元素浓度均在94%～98%之间,满足正常使用要求,说明钛膜镀制工艺过程中并未引入其他杂质。

【参考文献】：
期刊论文
[1]磁控溅射钛膜GDOES分析方法[J]. 郭炜,杨洪广.  电子世界. 2019(11)
[2]用于中子测井的自成靶密封中子管性能评价[J]. 宋应民,杨洪广,张家善,卢仕起,郭铁军.  同位素. 2014(04)
[3]衬底温度对Ta2O5薄膜结构和光学性质的影响[J]. 马亚林,石健,李绪诚,杨利忠,邓朝勇.  功能材料. 2013(23)
[4]靶钛膜处理对氘-氘及氘-氚中子管性能的影响[J]. 景士伟,高杨,张照旭,宫郑,牟泽川,史慧,尹春阳,尹延生,乔雷,姜晗,李宁,张明瑞,白金昌,乔双,严长春.  东北师大学报(自然科学版). 2013(01)
[5]靶膜对中子管中子产额的影响分析[J]. 郤方华,王志全,陈路,丁柱,崔杰.  测井技术. 2013(01)
[6]磁控溅射制备钛薄膜的结构和光学性质[J]. 吴杨微,郑明志,林丽梅,林建平,郑卫锋,赖发春.  福建师范大学学报(自然科学版). 2012(04)
[7]磁控溅射钛膜的沉积过程及表面形貌研究[J]. 李丽,吴卫,金永中,于越.  西华大学学报(自然科学版). 2009(02)
[8]磁控溅射中工作压强对钛膜沉积的影响[J]. 李丽,吴卫,金永中,于越.  表面技术. 2009(01)
[9]直流磁控溅射钛及钛合金薄膜的性能研究[J]. 张文峰,刘实,王隆保,戎利建.  原子能科学技术. 2008(10)



本文编号：3648893