论文题目: 反应磁控溅射法制备的氟化类金刚石薄膜的结构和性能研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 凝聚态物理
作者: 江美福
导师: 宁兆元
关键词: 氟化类金刚石,反应磁控溅射,拉曼光谱,硬度,光学带隙
文献来源: 苏州大学
发表年度: 2005
论文摘要: 氢化的类金刚石薄膜具有高硬度、高热稳定性、高绝缘性等优异特性已被深入研究。如果将单价的氢换成单价的氟,则可能形成氟化类金刚石薄膜。由于氟是强电负性元素,氟化键具有低的极化率,可以降低介电常数,因而氟化类金刚石薄膜可以在微电子器件中用作低k 介质材料;另一方面氟化物具有疏水性、低摩擦系数,在作为材料保护层方面具有较好的应用前景。氟化类金刚石薄膜的结构如何,它是否会一方面保持类金刚石薄膜的优点,又会产生哪些新的特性是值得关注的。本文采用反应磁控溅射法,用纯石墨作靶,添加含氟气体CHF3制备了氟化类金刚石薄膜(F-DLC)。通过Raman 光谱确认了薄膜的类金刚石特征,并研究了Raman光谱随制备薄膜时的工艺条件的演变。XRD 衍射结果显示了薄膜为非晶结构。利用SEM 照片分析和从Raman 光谱中D 峰和G 峰的强度比估算了薄膜中分子簇的大小并研究了工艺条件对其的影响。反应磁控溅射法制备F-DLC 薄膜的的过程是一个较复杂的过程,包括靶的溅射、反应气体的离解、薄膜表面粒子的相互作用而连结成膜,还有空间氟原子对已沉积薄膜的刻蚀作用等。本文研究了主要宏观参量如工作气压、源气体流量比、射频输入功率等对薄膜沉积速率的影响。结果显示气压在0.5—6Pa,射频输入功率在60—320W范围,源气体流量比介于1:2---8:1 时,F-DLC 薄膜的沉积速率在0.8—3.5nm/min 之间。测量了所沉积的氟化类金刚石薄膜的力学性质如硬度和弹性模量等,并探讨了工艺条件对这些力学特性的影响。有关测试结果给出了所制备的F-DLC 薄膜的纳米硬度在0.7—2.4GPa 之间,弹性模量在9—40GPa 范围内。分析了氟化类金刚石薄膜的结构与制备工艺条件之间的关系。Raman 光谱分析表明,改变工艺条件可以很好地调制薄膜中的sp2与SP3的杂化比。分析研究了氟化类金刚石薄膜的化学组成。薄膜的红外吸收光谱显示出本项目制备的F-DLC 薄膜中氢含量极低,或说是无氢薄膜。薄膜的主体结构为含氟芳香环
论文目录:
第一章 氟化类金刚石薄膜的研究概况
1.1 氟化类金刚石薄膜的研究意义
1.1.1 类金刚石薄膜
1.1.2 氟化类金刚石薄膜
1.2 低k 材料和氟化类金刚石薄膜的研究进展
1.3 我们研究小组的研究基础
1.4 本论文的主要研究内容
第二章 射频反应磁控溅射技术
2.1 溅射现象
2.2 射频溅射技术
2.3 溅射原理
2.4 射频磁控溅射技术
2.5 射频反应磁控溅射技术
2.6 射频反应磁控溅射装置
2.7 基片及其预处理
2.8 射频反应磁控溅射等离子体的特点
2.8.1 辉光放电
2.8.2 射频反应磁控溅射等离子体的特点
2.8.3 影响薄膜沉积的有关参数
第三章 薄膜的结构及性能表征
3.1 膜厚的测量
3.2 纳米压痕硬度及弹性模量表征
3.3 拉曼光谱
3.4 扫描电子显微镜
3.5 傅立叶变换红外吸收光谱
3.6 X 射线光电子能谱
3.7 紫外及可见光谱
3.8 薄膜电学特性的测量
3.9 X 射线衍射
第四章 不同工艺条件下制备的薄膜结构的演变
4.1 氟化类金刚石薄膜的沉积速率
4.1.1 射频输入功率的影响
4.1.2 沉积气压的影响
4.1.3 源气体流量比的影响
4.2 氟化类金刚石薄膜的硬度及弹性模量表征
4.2.1 源气体流量比的影响
4.2.2 射频输入功率的影响
4.2.3 沉积气压的影响
4.3 氟化类金刚石薄膜的拉曼光谱研究
4.3.1 沉积气压的影响
4.3.2 射频输入功率的影响
4.3.3 射频输入功率的影响
4.4 氟化类金刚石薄膜的红外光谱研究
4.4.1 射频输入功率的影响
4.4.2 源气体流量比的影响
4.4.3 沉积气压的影响
4.5 氟化类金刚石薄膜的XPS 光谱研究
4.5.1 源气体流量比的影响
4.5.2 射频输入功率和沉积气压的影响
4.6 氟化类金刚石薄膜的紫外--可见光光谱研究
4.6.1 沉积气压的影响
4.6.2 射频输入功率的影响
4.6.3 射频输入功率的影响
4.7 氟化类金刚石薄膜的介电常数
4.8 氟化类金刚石薄膜的热稳定性研究
第五章 结论
参考文献
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本论文创新性说明
致谢
详细摘要
发布时间: 2006-03-24
参考文献
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