射頻磁控濺射法制備TiO2和Al2O3薄膜的研究.pdf

1、本文利用FJL560CI2型高真空射頻磁控濺射系統(tǒng)在K9雙面拋光玻璃基底上鍍制了兩個(gè)系列的氧化物薄膜—TiO2和Al2O3薄膜。TiO2薄膜是在氬氣氛圍下通過直接濺射高純度的TiO2靶而得到,Al2O3,薄膜則是在氧氬混合氣體氛圍中濺射高純度的鋁靶,通過反應(yīng)濺射沉積而得。通過改變工藝參數(shù),制備出不同的薄膜樣品。系統(tǒng)研究和分析了沉積參數(shù)對(duì)薄膜的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能的影響。對(duì)兩種薄膜的研究結(jié)果分別闡述如下:1TiO2本實(shí)驗(yàn)所得TiO2薄膜在退火前

2、均呈非晶態(tài),經(jīng)過450℃有氧退火熱處理后都晶化。不同濺射功率下制備的樣品晶化后均具有銳鈦礦晶體結(jié)構(gòu)但是結(jié)晶取向有差異。負(fù)偏壓、工作氣壓、氬流量對(duì)TiO2薄膜的晶體結(jié)構(gòu)均有影響,表現(xiàn)為不同參數(shù)下獲得的薄膜的XRD圖譜中出現(xiàn)不同的衍射峰。工藝參數(shù)對(duì)TiO2薄膜表面形貌均有影響。濺射功率在40W—100W范圍內(nèi),80W時(shí)薄膜的表面粗糙度最低,薄膜比較平整;薄膜表面粗糙度隨負(fù)偏壓的增大呈現(xiàn)出先增大后減小的變化;工作氣壓在0.8—1.6Pa范圍內(nèi)

3、,1.2Pa時(shí)薄膜表面均方根粗糙度是1.16nm較小;Ar流量在20—50sccm時(shí),Ar流量為40sccm時(shí)薄膜粗糙度最大。濺射功率、負(fù)偏壓、氬流量影響TiO2薄膜的沉積速率。沉積速率隨著濺射功率、負(fù)偏壓和氬流量的增大而增大;工作氣壓在0.8—1.2Pa范圍內(nèi),隨工作氣壓的增大,薄膜沉積速率減小?？傮w來說,薄膜沉積速率比較低,一般在0.3~5nm/min之間。濺射功率、負(fù)偏壓、工作氣壓和Ar流量對(duì)TiO2薄膜的折射率有一定影響,但是對(duì)

4、薄膜的消光系數(shù)影響不明顯。2Al2O3本實(shí)驗(yàn)所得Al2O3薄膜均是非晶態(tài)的,與TiO2薄膜不同的是經(jīng)過450℃有氧退火熱處理后仍然為非晶態(tài)。濺射功率、負(fù)偏壓、氧氬流量比對(duì)沉積速率有一定的影響,薄膜沉積速率比較低,一般在0.5~3nm/min之間,相對(duì)于其他工藝參數(shù),濺射功率對(duì)沉積速率的影響比其它因素要大,沉積速率隨濺射功率的增大而增大;負(fù)偏壓在0V—120V范圍內(nèi),負(fù)偏壓為100V時(shí)沉積速率最大;工作氣壓在0.2—1.6Pa范圍內(nèi),總的

5、趨勢(shì)是薄膜沉積速率隨工作氣壓的增大而減小,工作氣壓為0.2Pa時(shí),沉積速率最大,為2.16nm/min;當(dāng)氧氬流量比增大時(shí),沉積速率先增大后減小。濺射功率、負(fù)偏壓、工作氣壓和氧氬比對(duì)Al2O3薄膜的折射率有一定影響。折射率隨著濺射功率的增大而先增大后減小。所有薄膜的折射率在可見光波段都是隨波長(zhǎng)的增大而減小的;折射率隨負(fù)偏壓的增大先增大,當(dāng)負(fù)偏壓增大到100V時(shí)再增大時(shí)折射率又稍微減小;工作氣壓為0.2Pa時(shí),折射率隨波長(zhǎng)變化比較明顯,在