ICP-CVD法制备氟碳薄膜的实验研究

论文摘要

氟碳（FC）薄膜由于具有较低的介电常数（可达2.0±0.1）、良好的热稳定性、粘附性,较低的表面能、折射率低等特性,已经引起了工业界的广泛关注。随着元器件特征尺寸减小,尺寸比增大,新型缺陷限制了电、光学材料的新一代产品的成品率,特别在光学薄膜方面,对材料的表面结构提出了高要求;在确定缺陷类型和分布方面,界面的原子级粗糙度起着关键性作用。另外虽然人们在FC薄膜的制备方法、反应动力学、结构以及物性分析方面开展了较多的研究工作,但在结合FC等离子体的发射光谱诊断研究FC薄膜沉积过程方面的工作还相对较少,对FC薄膜的沉积机理的认识还相对缺乏。因此制备具有原子级表面粗糙度的氟化非晶态碳膜和对其沉积机理的研究对开发和设计新一代材料具有很重要的指导意义。本文使用具有运行气压低、密度高、大面积均匀等优点的感应耦合等离子体〔ICP) ,在CH2F2、C2F6、C3F8和C4F8四种不同前驱气体下分别沉积了一系列FC薄膜。重点研究了薄膜表面形貌随放电气压、放电功率、放电模式和基底位置的变化情况,并通过傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱对部分FC薄膜结构进行了表征,采用躺滴法测量了薄膜与双蒸水之间的接触角,同时使用台阶仪对部分样品的厚度进行了表征。结果表明,使用C2F6和C3F8两种前驱气体制备的FC薄膜不但具有聚四氟乙烯结构,同时还表现出原子级（均方根粗糙度值<0.3nm）的光滑表面形貌和大于100 o的高疏水性,但缺点是薄膜的沉积速率较低。测量了四种前驱气体的发射光谱,考察了各种实验参数对发射光谱谱线强度的影响。在此基础上,结合CH2F2气体实验结果提出了“受时空控制的气相-表面共赢生长模型”的氟化非晶态碳氟薄膜生长机理的模型,并进一步推断出在满足一定生产工艺要求下使用本实验装置制备FC薄膜的最优位置。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 绪论
• 一、聚四氟乙烯结构氟碳聚合物薄膜的研究背景
• 二、PTFE-like FC 薄膜的研究现状及存在的问题
• 第一章 ICP 的相关理论和OES 简介
• 1.1 等离子体的基本概念
• 1.1.1 等离子体的定义
• 1.1.2 等离子体的分类
• 1.1.3 描述等离子体的基本参量
• 1.2 电感耦合等离子体的基本原理
• 1.2.1 感应耦合等离子体的基本类型和特点
• 1.2.2 感应耦合等离子体的形成机理
• 1.2.3 影响感应耦合等离子体的相关因素
• 1.3 发射光谱简介
• 1.3.1 发射光谱概述
• 1.3.2 发射光谱的光谱分析
• 本章小结
• 第二章 实验方案及内容
• 2.1 实验方案
• 2.2 氟碳薄膜的ICP-CVD 制备
• 2.2.1 实验装置简介
• 2.2.2 实验过程简述
• 2.3 薄膜的成分及结构表征
• 2.3.1 FTIR
• 2.3.2 XPS 分析
• 2.4 薄膜的物理性能测定
• 2.4.1 表面形貌的测量
• 2.4.2 接触角的测量
• 2.4.3 薄膜厚度的测量
• 2.5 OES 诊断
• 2.5.1 实验装置原理图
• 2.5.2 实验用光谱仪简介
• 本章小结
• 第三章 薄膜的表征
• 3.1 不同沉积条件下薄膜表面结构
• 3.2 FTIR 结果
• 3.3 XPS 结果
• 3.4 接触角测量结果
• 3.5 薄膜的沉积速率
• 本章小结
• 第四章 各种气体ICP 发射光谱研究
• 4.1 氟碳等离子体发射光谱图常用基团本征谱线的识别
• 2F₂ 气体实验结果'>4.2 CH₂F₂气体实验结果
• 2F₆ 气体实验结果'>4.3 C₂F₆气体实验结果
• 3F₈ 气体实验结果'>4.4 C₃F₈气体实验结果
• 4F₈ 气体实验结果'>4.5 C₄F₈气体实验结果
• 本章小结
• 第五章 氟碳薄膜的沉积机理
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢