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《大连理工大学》 2002年 博士论文
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微波-ECR等离子体增强非平衡磁控溅射技术及CN薄膜的制备研究

徐军  
【摘要】: 本文的研究内容分两大部分:第一部分研究了一种新型的薄膜制备技术,即双放电腔微波-ECR等离子体增强非平衡磁控溅射;第二部分为利用该技术制备CNx薄膜的研究。 双放电腔微波-ECR等离子体增强非平衡磁控溅射技术使用两个相对放置的微波-ECR放电腔,它们分别位于沉积室的两侧;平衡磁控溅射靶位于沉积室之中的上侧,和沉积室上壁之间采用绝缘联接。两个ECR磁场线圈所产生的磁场和平衡磁控靶磁场,在沉积室中相互叠加,形成会切场磁场位型;通过调节电流的大小(0—100A连续可调),可以调整两个ECR磁场共振面(875Gs)的相对位置和沉积室中会切场磁场位形。当ECR磁场线圈的电流均为51A时,磁场强度最小的区域位于沉积室中心,其大小为4.44Gs,微波-ECR共振面(875Gs)分别位于两个微波-ECR放电腔腔口,距沉积室中心均为300cm。当选用纯度为99.9%的高纯石墨作为靶材,纯度为99.999%的高纯氮气作为工作气体,磁场线圈电流为51A,微波功率为500W时,不同工作气压(0.007Pa,0.080Pa,1.000Pa)下的微波—ECR等离子体增强非平衡磁控溅射电流-电压放电特性均包含两种放电模式:电压模式和电流模式。其中,电压模式是微波-ECR等离子体增强作用的结果,而电流模式是微波-ECR等离子体增强和磁控靶自持交叉场放电共同作用的结果。该技术有下列特点:1)由于会切场磁场位型对等离子体等离子体的约束,有助于增强轰击溅射靶的离子流通量,促使溅射生成的活性粒子在压强力(包括磁压强和气压强)的作用下以一定的速度扩散到基体表面,在薄膜生长表面附近得到高密度的离子和激活基团。2)分别由平衡磁控溅射放电和微波ECR放电产生激活溅射原子、离子和激活反应气体原子、离子,通过调节溅射偏压和沉积偏压,可以控制薄膜生长表面的激活原子、离子到达比及能量分布。3)在微波—ECR等离子体增强及会切场对等离子体的约束两种因素的共同作用下,可实现超低工作气压下平衡磁控靶自持放电,从而可使微波—ECR等离子体源离子注入(PSII)和非平衡磁控溅射沉积在高真空下(≤1Pa)同步进行。 用微波-ECR等离子体增强非平衡磁控溅射技术进行的CNx薄膜的制备研究,发现在最佳沉积工艺时,所制备的CNx薄膜的化学配比接近C_3N_4,薄膜中 摘 要(Abstract) SP‘C入键所占比例约为 92.70,硬度最高达42GPa。用 OES对沉积过程的诊 断发现 CNx薄膜的生长因于fi N/、N。\ CN’,目.CN激活基团的密度分布随工 作气压的变化而表观出两种不同的结果:低气压下负辉区的密度大于等离于体 区,高气压下则相反。在实验的基础上提出了生长因子CN‘基团的形成模型。初 步探讨了CNX薄膜的成膜机理,提出了一个表面反应理论模型,该模型可以解 释用传统的溅射技术制备CNX薄膜时,为什么很难得到正确的化学配比。


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