射頻磁控濺射法制備TiO2和Al2O3薄膜的研究.pdf

1、本文利用FJL560CI2型高真空射頻磁控濺射系統(tǒng)在K9雙面拋光玻璃基底上鍍制了兩個系列的氧化物薄膜—TiO2和Al2O3薄膜。TiO2薄膜是在氬氣氛圍下通過直接濺射高純度的TiO2靶而得到,Al2O3,薄膜則是在氧氬混合氣體氛圍中濺射高純度的鋁靶,通過反應濺射沉積而得。通過改變工藝參數(shù),制備出不同的薄膜樣品。系統(tǒng)研究和分析了沉積參數(shù)對薄膜的結構和光學性能的影響。對兩種薄膜的研究結果分別闡述如下:1TiO2本實驗所得TiO2薄膜在退火前

2、均呈非晶態(tài),經(jīng)過450℃有氧退火熱處理后都晶化。不同濺射功率下制備的樣品晶化后均具有銳鈦礦晶體結構但是結晶取向有差異。負偏壓、工作氣壓、氬流量對TiO2薄膜的晶體結構均有影響,表現(xiàn)為不同參數(shù)下獲得的薄膜的XRD圖譜中出現(xiàn)不同的衍射峰。工藝參數(shù)對TiO2薄膜表面形貌均有影響。濺射功率在40W—100W范圍內(nèi),80W時薄膜的表面粗糙度最低,薄膜比較平整;薄膜表面粗糙度隨負偏壓的增大呈現(xiàn)出先增大后減小的變化;工作氣壓在0.8—1.6Pa范圍內(nèi)

3、,1.2Pa時薄膜表面均方根粗糙度是1.16nm較小;Ar流量在20—50sccm時,Ar流量為40sccm時薄膜粗糙度最大。濺射功率、負偏壓、氬流量影響TiO2薄膜的沉積速率。沉積速率隨著濺射功率、負偏壓和氬流量的增大而增大;工作氣壓在0.8—1.2Pa范圍內(nèi),隨工作氣壓的增大,薄膜沉積速率減小。總體來說,薄膜沉積速率比較低,一般在0.3~5nm/min之間。濺射功率、負偏壓、工作氣壓和Ar流量對TiO2薄膜的折射率有一定影響,但是對

4、薄膜的消光系數(shù)影響不明顯。2Al2O3本實驗所得Al2O3薄膜均是非晶態(tài)的,與TiO2薄膜不同的是經(jīng)過450℃有氧退火熱處理后仍然為非晶態(tài)。濺射功率、負偏壓、氧氬流量比對沉積速率有一定的影響,薄膜沉積速率比較低,一般在0.5~3nm/min之間,相對于其他工藝參數(shù),濺射功率對沉積速率的影響比其它因素要大,沉積速率隨濺射功率的增大而增大;負偏壓在0V—120V范圍內(nèi),負偏壓為100V時沉積速率最大;工作氣壓在0.2—1.6Pa范圍內(nèi),總的

5、趨勢是薄膜沉積速率隨工作氣壓的增大而減小,工作氣壓為0.2Pa時,沉積速率最大,為2.16nm/min;當氧氬流量比增大時,沉積速率先增大后減小。濺射功率、負偏壓、工作氣壓和氧氬比對Al2O3薄膜的折射率有一定影響。折射率隨著濺射功率的增大而先增大后減小。所有薄膜的折射率在可見光波段都是隨波長的增大而減小的;折射率隨負偏壓的增大先增大,當負偏壓增大到100V時再增大時折射率又稍微減小;工作氣壓為0.2Pa時,折射率隨波長變化比較明顯,在