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掺硅类金刚石薄膜研究

唐定平  
【摘要】:本论文采用低压等离子体化学气相沉积方法(LPP-CVD),分别在四甲基硅烷(TMS)、反式二丁烯(T2B)、氢气(H2)混合气体下,成功的制备出了掺硅氢化非晶碳(a-C:H)薄膜。利用台阶仪、X射线光电子能谱(XPS)、傅立叶变换红外吸收谱(FTIR)、紫外-可见光谱(UV-VIS)等测试手段,对薄膜的沉积速率、成分、微观结构及光学等性能进行了测试和表征,建立了薄膜的沉积速率、成分、微观结构及性能与制备工艺参数的关系,获得了优化的工艺参数。 研究了主要参量(如源气体流量比、工作气压、射频功率等)对薄膜沉积速率的影响。结果显示,在压强为10Pa,射频功率为l0W,氢气流量为0.5sccm,.反式二丁烯为0.6sccm,四甲基硅烷为0.05sccm条件下可制备出沉积速率为12. Onm/min的高光洁度薄膜。 利用红外光谱研究DLC薄膜化学结构显示,制备的薄膜中氢含量较高,薄膜中碳氢原子形成的基团中以sp3CH3为主。研究表明,T2B含量少的样品吸收峰强于含量大的样品,即其含有更多的C=C键。随着气压升高,样品中C=C键的含量下降。射频功率较大样品的吸收峰强于较小的样品,即其含有更多的C=C键。 本文研究了在不同TMS流量条件下制备的掺硅薄膜。研究表明:薄膜中成功地掺入了硅(Si)元素;薄膜中Si元素主要以Si-C、Si-H等键合形式存在;在TMS流量为0.5sccm~2sccm的范围内,薄膜中Si的原子浓度为0.72-1.35at.%;随着TMS流量的逐渐增加,薄膜中硅含量逐渐增大。 研究了工艺参数对薄膜紫外-可见光透射光谱和光学带隙的演变规律。结果表明,薄膜在可见光区域具有良好的透过率,最高可达98%,在紫外波段范围内具有强吸收特性。薄膜的光学带隙在2.33-2.82eV范围。薄膜光学带隙与薄膜的结构有很大关系,特别是与薄膜中sp3杂化键以及C=C双键含量具有直接关系。 通过薄膜的热稳定性研究,发现氢含量过多或者过少都会使薄膜失重较多,只有氢在合适比例情况下才能制备出结构致密的薄膜,同时这也验证了氢在薄膜制备过程中的重要作用。压强较大的薄膜的裂解温度相对较高,裂解吸热量较小。通过改变参数以及退火能够得到热稳定性较好的薄膜。因此有理由相信类掺硅金刚石碳膜在惯性约束聚变(ICF)实验研究中将有较好的应用前景。


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