原子層沉積制備光學薄膜的性能研究及其計算機仿真.pdf

1、原子層沉積(ALD)的技術(shù)對薄膜的成份和厚度具有出色的控制能力，與傳統(tǒng)光學薄膜制備技術(shù)相比所制備的薄膜保形性好、純度高且均勻。原子尺度上的ALD過程仿真對深入了解原子層沉積機理，改進和優(yōu)化薄膜生長工藝，提高薄膜質(zhì)量，改善光學薄膜性質(zhì)具有重要意義。在深入了解ALD的工藝特點及工藝過程后，針對ALD沉積Al2O3薄膜，構(gòu)建仿真二維單元模型。通過分析不同沉積階段的反應(yīng)過程和機理，采用動力學蒙特卡羅方法(KMC)對Al2O3薄膜的ALD沉積過程

2、進行模擬，建立了前驅(qū)體到達、表面化學反應(yīng)、解吸三種不同的事件模型。改變工藝條件進行多組仿真實驗，結(jié)果表明ALD制備薄膜受基片溫度、反應(yīng)室真空度和基片處理工藝等多種因素的影響。其中基片溫度對初始沉積時間和生長速率的影響最為顯著。在溫度窗口內(nèi)，基片溫度越低，薄膜生長越緩慢，初始沉積時間越長，表面粗糙度增加；隨著基片溫度的升高，初始沉積過程時間越短，溫度越高，生長速率越高，表面粗糙度也越小。同時對基片采用預(yù)處理工藝也可以提高薄膜沉積速率，改善

3、膜層質(zhì)量。
　　 根據(jù)仿真結(jié)果，研究了原子層沉積制備氧化鋁、氧化鉭、氧化鈦和氧化鋯薄膜的光學性能，比較各種工藝條件下成膜質(zhì)量。采用分光光度計，X射線光電子能譜(XPS)，X射線衍射(XRD)，原子力顯微鏡(AFM)，掃描電子顯微鏡(SEM)等分析手段對薄膜的微結(jié)構(gòu)、表面形貌和光學特性進行了研究。結(jié)果表明，在適當工藝條件下原子層沉積法制備的Al2O3、Ta2O5和zrO2薄膜在退火前后均呈現(xiàn)無定形結(jié)構(gòu)，元素成分接近化學計量比，其表