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CrSi（Ni，Al）薄膜在酸性环境介质中电学稳定性及腐蚀行为的研究

2020-11-27阅读(956)

CrSi（Ni，Al）薄膜在酸性环境介质中电学稳定性及腐蚀行为的研究

论文摘要

Cr-Si系硅化物薄膜山于具有较高的片层电阻、较小的电阻温度系数（TCR）、良好的热稳定性、化学稳定性以及长期使用可靠性，在微电子技术和集成电路中广泛用作精密电阻薄膜材料。本文使用成分为Cr17Si80Ni3和Cr16Si74Ni3Al7的硅化物合金靶材，采用磁控溅射方法在Al2O3陶瓷基底上制备了薄膜。研究了经Ar气氛保护热处理后的上述两种成分的薄膜在模拟酸性环境介质（HCl、H2SO4、HNO3溶液）中的电学稳定性，并分析了其腐蚀机理。利用相对电阻变化（AR／R）方法来检测评价薄膜的在腐蚀溶液环境中的电学稳定性和耐腐蚀性能；采用俄歇能谱仪（AES）分析了薄膜表面的成分及深度分布；采用扫描电镜（SEM）观察了薄膜浸泡腐蚀后的表面形貌。热处理后呈纳米晶结构的Cr-Si-Ni薄膜在不同的酸性溶液（HCl，H2SO4和HNO3溶液）中的AR／R值的变化趋势都是相同的：随着浸泡时间的延长，AR／R值不断增大；当溶液浓度和温度增大时，AR／R值也随之增大。这表明薄膜在低温低浓度的酸性溶液中具有较好的电学稳定性和耐腐蚀性能；而溶液浓度和温度的增大会导致薄膜电学稳定性下降。热处理后呈纳米晶结构的Cr-Si-Ni-Al薄膜在上述三种酸性溶液中的AR／R值的变化规律与Cr-Si-Ni薄膜相同，也是薄膜在低温低浓度的酸性溶液中具有较好的电学稳定性和耐腐蚀性能，而溶液浓度和温度的增大会导致薄膜电学稳定性下降。Cr-Si-Ni薄膜在不同的酸性溶液（HCl，H2SO4和HNO3溶液）中的腐蚀性能与材料的微观结构密切相关。Cr-Si-Ni薄膜经热处理后呈纳米晶结构，薄膜表面比较容易形成钝化保护膜，AES表面成分分析结果表明薄膜在低温低浓度的上述三种酸性溶液中都能够在表面形成稳定的SiO2钝化保护层，从而有效的抑制了腐蚀溶液对薄膜内层的进一步腐蚀，提高了薄膜的耐腐蚀性能。但是随着温度或浓度的增大，薄膜表面形成的氧化物保护层无法稳定的存在下来，对薄膜内层起不到良好的保护作用，因而电学稳定性和耐腐蚀性能下降。在Cr-Si-Ni薄膜中添加Al元素后能够明显提高薄膜在HCl，H2SO4和HNO3溶液中的电学稳定性和耐腐蚀性能，特别是在高温高浓度的HNO3和H2SO4溶液中。Cr-Si-Ni-Al薄膜表面在酸性溶液中能够形成Al2O3和SiO2混合氧化物保护层，从而提高了薄膜的耐腐蚀性能。对比Cr-Si-Ni和Cr-Si-Ni-Al薄膜在HCl，H2SO4和HNO3溶液中浸泡后的ΔR／R值可知，两种薄膜在HCl溶液中都具有最好的电学稳定性和耐腐蚀性能，在HNO3溶液中次之，在H2SO4溶液中腐蚀最为严重，薄膜电学稳定性最差。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 Cr-Si系硅化物薄膜在微电子技术中的应用
  • 1.2 Cr-Si系硅化物薄膜的研究与发展现状
  • 1.3 Cr-Si系硅化物薄膜的制备技术
  • 1.4 Cr-Si系硅化物薄膜的电学性质及其影响因素
  • 1.5 环境介质对功能薄膜材料结构与性能的影响研究
  • 1.5.1 不同环境介质中薄膜腐蚀性能的研究意义及现状
  • 1.5.2 薄膜腐蚀性能的检测表征方法
  • 1.6 本论文的选题背景
  • 1.7 本论文的研究内容
  • 第二章 实验方法
  • 2.1 Cr-Si-Ni和Cr-Si-Ni-Al电阻薄膜的制备
  • 2.1.1 Cr-Si-Ni和Cr-Si-Ni-Al硅化物合金靶材的制备
  • 2.1.2 磁控溅射法制备Cr-Si-Ni和Cr-Si-Ni-Al薄膜
  • 2.2 Cr-Si-Ni和Cr-Si-Ni-Al电阻薄膜腐蚀试样的制备
  • 2.3 相对电阻变化方法检测薄膜腐蚀性能
  • 2.4 薄膜腐蚀实验过程
  • 2.5 薄膜腐蚀前后表征方法
  • 第三章 Cr-Si-Ni薄膜在不同酸性环境介质中的电学稳定性及影响机理
  • 3.1 Cr-Si-Ni薄膜在HCI溶液中的电学稳定性及腐蚀机理
  • 3.1.1 薄膜在HCl溶液中的相对电阻变化
  • 3.1.2 薄膜在HCl溶液中的腐蚀机理
  • 2SO4溶液中的电学稳定性及腐蚀机理'>3.2 Cr-Si-Ni薄膜在H2SO4溶液中的电学稳定性及腐蚀机理
  • 2SO4溶液中的相对电阻变化'>3.2.1 薄膜在H2SO4溶液中的相对电阻变化
  • 2SO4溶液中的腐蚀机理'>3.2.2 薄膜在H2SO4溶液中的腐蚀机理
  • 3溶液中的电学稳定性及腐蚀机理'>3.3 Cr-Si-Ni薄膜在HNO3溶液中的电学稳定性及腐蚀机理
  • 3溶液中的相对电阻变化'>3.3.1 薄膜在HNO3溶液中的相对电阻变化
  • 3溶液中的腐蚀机理'>3.3.2 薄膜在HNO3溶液中的腐蚀机理
  • 3.4 不同酸性环境介质对Cr-Si-Ni薄膜电学稳定性的影响
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 Al元素对Cr-Si-Ni薄膜在酸性环境中电学稳定性的影响及机理
  • 4.1 Al元素对Cr-Si-Ni薄膜在HCl溶液中的电学稳定性的影响
  • 4.1.1 Cr-Si-Ni和Cr-Si-Ni-Al薄膜在HCl溶液中的相对电阻变化
  • 4.1.2 Al元素对Cr-Si-Ni薄膜在HCl溶液中电学稳定性的影响机理
  • 2SO4溶液中的电学稳定性的影响'>4.2 Al元素对Cr-Si-Ni薄膜在H2SO4溶液中的电学稳定性的影响
  • 2SO4溶液中的相对电阻变化'>4.2.1 Cr-Si-Ni和Cr-Si-Ni-Al薄膜在H2SO4溶液中的相对电阻变化
  • 2SO4溶液中电学稳定性的影响机理'>4.2.2 Al元素对Cr-Si-Ni薄膜在H2SO4溶液中电学稳定性的影响机理
  • 3溶液中的电学稳定性的影响'>4.3 Al元素对Cr-Si-Ni薄膜在HNO3溶液中的电学稳定性的影响
  • 3溶液中的相对电阻变化'>4.3.1 Cr-Si-Ni和Cr-Si-Ni-Al薄膜在HNO3溶液中的相对电阻变化
  • 3溶液中电学稳定性的影响机理'>4.3.2 Al元素对Cr-Si-Ni薄膜在HNO3溶液中电学稳定性的影响机理
  • 4.4 不同酸性环境介质对Cr-Si-Ni-Al薄膜电学稳定性的影响
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 附录A （攻读硕士学位期间发表的学术论文）

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