中頻反應(yīng)磁控濺射制備二氧化硅薄膜及其結(jié)構(gòu)與光學(xué)性能的研究.pdf

1、二氧化硅薄膜具有折射率低、消光系數(shù)小、附著力強(qiáng)、在可見光和近紅外區(qū)域均為透明等特點(diǎn)，是一種理想光學(xué)薄膜，被廣泛的應(yīng)用于微電子、光學(xué)器件等領(lǐng)域。另外，二氧化硅薄膜以硬度大、耐磨損、絕緣性好、抗腐蝕等機(jī)械性能廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、機(jī)械等領(lǐng)域。近年來(lái)，隨著平板顯示器、太陽(yáng)能電池的迅速發(fā)展，要求作為緩沖層的二氧化硅薄膜具有更低消光系數(shù)和更穩(wěn)定的折射率，并具有電阻高、附著力強(qiáng)、表面平整等特點(diǎn)。
　　目前制備二氧化硅的方法主要有熱氧化法、電子束蒸

2、發(fā)、溶膠凝膠法等，但這些傳統(tǒng)的方法在制備應(yīng)用于光學(xué)領(lǐng)域的薄膜時(shí)都有各自的缺點(diǎn)。而磁控濺射有著沉積溫度低、致密性好、可大面積沉積等優(yōu)點(diǎn)，在沉積光學(xué)薄膜方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。因此本論文采用中頻磁控濺射法制備二氧化硅薄膜，并對(duì)樣品做了退火工藝，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)和多種檢測(cè)手段研究分析了氧分壓、濺射功率和退火工藝對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響，測(cè)試結(jié)果表明:中頻磁控濺射制備的SiO2薄膜均為非晶態(tài)。隨著氧分壓的增大，薄膜的沉積速率整體上呈現(xiàn)下降，表面形貌趨于光滑

3、，均方根粗糙度降低，折射率和消光系數(shù)都明顯降低，當(dāng)氧分壓大于15％時(shí)，薄膜在600 nm波長(zhǎng)處的折射率約為1.45～1.6，消光系數(shù)小于10-4;隨濺射功率的增大，薄膜的沉積速率幾乎呈現(xiàn)線性增加;表面均方根粗糙度增大，在濺射功率為2.8 kW時(shí)明顯增大至2.26 nm;折射率和消光系數(shù)都有所減小，當(dāng)濺射功率從0.8kW增加到2.8kW時(shí)，薄膜在600 nm波長(zhǎng)處的折射率從1.5減小到1.45。退火處理后的測(cè)試結(jié)果表明:退火溫度和時(shí)間對(duì)S

4、iO2薄膜的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能有明顯的影響。退火處理調(diào)整薄膜結(jié)構(gòu)，促使氧化硅薄膜中Si-Si鍵的形成，形成的Si-Si化學(xué)鍵直接導(dǎo)致了薄膜折射率和消光系數(shù)的增加。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，中頻磁控濺射可以制備出滿足作為緩沖層要求的二氧化硅薄膜，綜合考慮到薄膜的腐蝕性能、表面平整度、膜基結(jié)合力等因素，最佳的工藝參數(shù)為:恒流模式I=2.5 A(濺射功率P=2.0 kW)，氧氣流量為30 sccm，氬氣流量為170 sccm，濺射氣壓為0.6Pa