SiC薄膜的溅射法制备与结构性能研究

【摘要】： 本文采用偏压辅助射频溅射法，在单晶Si、石英和不锈钢衬底上沉积SiC 薄膜，在衬底没有附加热源加热的条件下，成功地制备出具有（111）择优取向的 微晶SiC薄膜，并研究了主要的工艺参数对SiC薄膜生长特性的影响。实验结 果表明，在沉积SiC薄膜的过程中增大衬底负偏压，可以起到诱导晶态SiC的 生长以及抑制非晶碳、SiO_x等杂质相的形成的作用；适当地增大射频功率也有 利于SiC薄膜的生长，同时，发现SiC靶材在工作气压为1×10~(-2)τ条件下，发 生溅射的阈值功率为130W；在实验过程中发现，升高衬底温度的同时SiC薄 膜择优取向消失；采用分步偏压溅射法不仅可以提高薄膜的净生长速率，而且 也可以改善薄膜的质量。 利用紫外-可见分光光度计测定了SiC薄膜透射光谱和反射光谱，通过样品 的透射光谱和反射光谱计算了SiC薄膜吸收系数α和光学带隙E_g，并研究了衬 底偏压和衬底温度对SiC薄膜光学性能的影响。实验结果表明，增大衬底偏压 SiC薄膜的光学带隙宽度减小；相反，增大衬底温度，光学带隙宽度则增大， 所制备的样品中光学带隙宽度最大为3.6eV，最小的为2.0eV。 采用多层过渡界面层技术，有效地解决了不锈钢衬底与SiC薄膜直接粘附 性差的问题，并从理论上分析了其附着机理。为了测试SiC薄膜的防氚渗透性 能，在不锈钢双面杯上沉积SiC薄膜，并且初步探讨了制备工艺参数对SiC薄 膜防氚渗透性能的影响。测试结果表明，SiC薄膜具有很好的防氚渗透性能， 在500℃下样品的PRF值达到了4个量级，为目前报导的最高数值，并且发现， 制备样品时射频功率越高则样品的防氚渗透性能越好。