磁控溅射镀制Al2O3薄膜及其应用

论文摘要

Al2O3薄膜因其光学性能优良、机械强度高、透明性与绝缘性好、耐磨损、抗腐蚀、有较高的抗激光损伤阈值及化学性能稳定等特点,近年来倍受国内外关注,已经广泛地应用于光学、机械及微电子等领域。目前制备Al2O3薄膜的方法很多,常用的制备方法有：电子束物理气相沉积、磁控溅射沉积、脉冲激光沉积、离子辅助沉积、化学气相沉积、溶胶凝胶法等。然而溅射工艺参数的选取以及沉积的薄膜结构和性能是人们主要关注的课题。本文使用反应磁控溅射的方法,利用氧气和氩气混合气体在K9玻璃和Si基底上沉积Al2O3薄膜,根据国家标准中牢固度的测量要求：用2cm宽剥离强度不小于2.74N/cm胶带牢牢粘在膜层表面上,垂直迅速拉起后,无脱膜现象,薄膜牢固性良好。同时研究和分析了各工艺参数对Al2O3薄膜沉积速率的影响。利用椭偏仪测试及分析了薄膜的光学性能。测试表明：氩气在45sccm的情况下,氧气的最小流量为18sccm,制备的Al2O3薄膜在可见光范围内,折射率在1.62左右,消光系数在0-1.0×10-3,沉积速率0.07 nm/s。使用XRD分析薄膜晶体结构,发现本实验方法所沉积的薄膜在未退火情况下为非晶态,并分析不同工艺参数对薄膜结构的影响。利用SEM观测Al2O3薄膜的表面形貌,观察工艺参数的改变对薄膜形貌的影响。使用XPS对Al2O3薄膜成分进行分析,薄膜中Al：O比位于2：3附近,得到了较纯的Al2O3薄膜。结果表明：Al2O3薄膜沉积速率、光学特性,以及抗激光损伤特性对氧气浓度、靶功率,溅射气压和靶基距等工艺参数有着很大的依赖性并随之有规律性的变化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 2O₃薄膜国内外发展状况'>1.2 Al₂O₃薄膜国内外发展状况
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 2O₃薄膜研究现状'>1.3 Al₂O₃薄膜研究现状
• 2O₃的晶体结构'>1.3.1 Al₂O₃的晶体结构
• 2O₃的特性'>1.3.2 Al₂O₃的特性
• 2O₃薄膜的应用'>1.3.3 Al₂O₃薄膜的应用
• 2O₃薄膜的制备技术'>1.4 Al₂O₃薄膜的制备技术
• 1.4.1 物理气相沉积
• 1.4.2 化学气相沉积
• 1.5 本课题的主要研究内容
• 1.5.1 实验
• 1.5.2 性能的测量
• 1.6 论文章节安排
• 2 试验设备与工艺过程
• 2.1 工艺简介
• 2.1.1 磁控溅射
• 2.1.2 反应溅射
• 2.2 试验设备简介
• 2.3 基本工艺参数的选择
• 2.3.1 工艺因素分析
• 2.3.2 工艺因素参数的选择
• 2.4 分析氧气流量和溅射电压的变化关系
• 2.5 氧气浓度的计算
• 3 制备方案和测试
• 3.1 制备方案
• 3.2 工艺流程
• 3.3 Taylor Hobson非接触式轮廓仪测试原理
• 3.4 椭圆偏振光谱仪测试原理
• 3.4.1 光学性能测试分析原理
• 3.4.2 光学常数测量过程
• 3.5 薄膜结晶情况分析
• 3.5.1 XRD原理简介
• 3.6 表面形貌分析
• 3.7 薄膜组成元素分析
• 2O₃薄膜性能的影响分析'>4 工艺参数对Al₂O₃薄膜性能的影响分析
• 4.1 氧气浓度对薄膜性能的影响分析
• 4.1.1 氧气浓度对薄膜沉积速率影响分析
• 2O₃薄膜折射率和消光系数的影响分析'>4.1.2 氧气浓度对Al₂O₃薄膜折射率和消光系数的影响分析
• 4.1.3 氧气浓度对薄膜结构的影响
• 4.1.4 氧气浓度对薄膜成分的影响
• 4.1.5 小结
• 4.2 靶功率对薄膜性能的影响分析
• 4.2.1 靶功率对薄膜沉积速率影响分析
• 2O₃薄膜折射率和消光系数的影响分析'>4.2.2 靶功率对Al₂O₃薄膜折射率和消光系数的影响分析
• 4.2.3 靶功率对薄膜结构的影响
• 4.2.4 靶功率对薄膜成分的影响
• 4.2.5 小结
• 4.3 溅射气压对薄膜性能的影响分析
• 4.3.1 溅射气压对薄膜沉积速率影响分析
• 2O₃薄膜折射率和消光系数的影响分析'>4.3.2 溅射气压对Al₂O₃薄膜折射率和消光系数的影响分析
• 4.3.3 溅射气压对薄膜表面形貌的影响
• 4.3.4 小结
• 4.4 靶基距对薄膜性能的影响分析
• 4.4.1 靶基距对薄膜沉积速率影响分析
• 2O₃薄膜折射率和消光系数的影响分析'>4.4.2 靶基距对Al₂O₃薄膜折射率和消光系数的影响分析
• 4.4.3 靶基距对薄膜表面形貌的影响
• 4.4.4 小结
• 2O₃薄膜抗激光损伤应用'>5 Al₂O₃薄膜抗激光损伤应用
• 5.1 激光损伤机理的理论研究
• 5.2 测试方法、测试装置和损伤的判别
• 5.2.1 测试方法
• 5.2.2 测试装置
• 5.2.3 损伤的判别
• 5.3 工艺参数对薄膜抗激光损伤影响分析
• 5.3.1 氧气浓度对抗激光损伤影响分析
• 5.3.2 靶功率对抗激光损伤影响分析
• 5.4 小结
• 6 结论
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢