高硬氮氧化鉿薄膜的制備及性能表征.pdf

1、氧化鉿薄膜因其高的介電常數(shù)進(jìn)入人們的研究視野,成為MOSFET中代替SiO2絕緣柵介質(zhì)膜層的材料。隨著鋯鉿分離技術(shù)的進(jìn)步,人們對(duì)金屬鉿及其化合物的研究越來(lái)越多,鉿的應(yīng)用已經(jīng)不僅僅是在核工業(yè)中。氧化鉿所表現(xiàn)出來(lái)的一系列優(yōu)異性能,尤其是在從可見(jiàn)到遠(yuǎn)紅外波段良好的透過(guò)性,證明它有作為寬波段增透保護(hù)薄膜的潛力。
　　本文綜合討論分析了氧化鉿、氮化鉿及氮氧化鉿薄膜的制備方法,以對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)影響較大的工藝條件為研究對(duì)象確定了薄膜制備時(shí)的工藝參數(shù)

2、。以反應(yīng)磁控濺射方法制備了薄膜樣品,分別在不同工藝條件下制備了氮化鉿、氧化鉿及氮氧化鉿薄膜。采用XPS、XRD和納米壓痕等技術(shù)手段對(duì)薄膜的組分、結(jié)構(gòu)和硬度進(jìn)行了分析。
　　研究了溫度和氧分壓對(duì)氧化鉿薄膜晶體結(jié)構(gòu)的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,所鍍制的氧化鉿薄膜均呈多晶的單斜結(jié)構(gòu),有一定的非晶相存在。氧分壓對(duì)薄膜結(jié)晶狀態(tài)的影響較小。溫度越高,薄膜的結(jié)晶度越高,而且薄膜在)111(晶面的擇優(yōu)生長(zhǎng)現(xiàn)象越明顯。通過(guò)多種試驗(yàn)方法對(duì)制備的氮氧化鉿薄膜的

3、結(jié)構(gòu)、性能進(jìn)行了表征分析。GIXRD和FTIR光譜分析結(jié)果表明,氮氧化鉿薄膜的晶體結(jié)構(gòu)同氧化鉿相同,呈單斜結(jié)構(gòu)。XPS分析發(fā)現(xiàn)氮氧化鉿薄膜中氮的含量隨著氮分壓的增大而升高。使用表面輪廓儀測(cè)量薄膜的臺(tái)階厚度和曲率半徑,結(jié)果表明薄膜的沉積速率隨著氮分壓的增大而加快,薄膜應(yīng)力呈壓應(yīng)力狀態(tài),都比較低。氧化鉿薄膜的硬度隨襯底溫度的升高而降低,而且均低于12GPa,氮氧化鉿薄膜的硬度全部大于12GPa,且隨著薄膜中氮含量的增加,硬度增大,在薄膜中氮

4、鉿原子比為0.756時(shí),薄膜硬度高達(dá)到14.578GPa,該結(jié)果表明,在沒(méi)有對(duì)薄膜晶體結(jié)構(gòu)造成太大影響的前提下,氮元素的摻入使得薄膜硬度得到了明顯提高。對(duì)薄膜的橢圓偏振測(cè)試分析結(jié)果表明,氮氧化鉿薄膜的折射率在1.9左右,比氧化鉿薄膜的折射率略低,而其在可見(jiàn)光波段內(nèi)的吸收系數(shù)比氧化鉿薄膜低。對(duì)氮氧化鉿薄膜的制備基本達(dá)到了預(yù)設(shè)的不影響薄膜光學(xué)性能的前提下提高薄膜硬度的要求。本文為氮氧化鉿薄膜作為寬波段透明保護(hù)薄膜的應(yīng)用做了一些基礎(chǔ)研究工作。