中频反应磁控溅射制备二氧化硅薄膜的工艺研究

论文摘要

二氧化硅薄膜具有良好的绝缘性、稳定性和机械特性,同时又是一种实用的低折射率材料,可以作为绝缘层、保护膜、钝化膜或光学薄膜,广泛应用于半导体、微波、光电子以及光学器件等领域。目前制备二氧化硅薄膜的方法有脉冲激光沉积法、等离子体增强化学气相沉积法、热氧化法等,以上几种镀膜方法应用在光学薄膜领域都有各种缺点,难以克服。中频反应磁控溅射是一种目前很先进的物理沉积方法。其在大面积,高反射率光学薄膜领域有极大的优势,其制备的大面积高反射膜是最有可能运用于大型光学镀膜技术,但是目前中频反应磁控溅射制备二氧化硅薄膜的工艺存在许多问题。薄膜反射率没有达到工程性能要求,还没有展开其薄膜的微纳力学性能方面的研究。本论文利用中频反应磁控溅射装备以及大量检测设备,通过实验进一步优化了高反射率二氧化硅薄膜的工艺。验证了中频反应磁控溅射制备二氧化硅薄膜的均匀性,并根据实验以及现实情况制定了中频反应磁控溅射制备二氧化硅薄膜的工艺参数。在微纳力学性能的研究方面,论文研究了工艺参数对薄膜弹性模量和硬度的影响,并得出了获得最大硬度和弹性模量的工艺参数,进行了纳米划痕试验。电子束蒸发镀膜也是一种比较适用的物理镀膜方法,本文对两种镀膜方法进行了表面成分、反射率、表面形貌、膜基结合力、硬度、弹性模量方面对比。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状及分析
• 1.2.1 国内外二氧化硅薄膜的制备方法
• 1.2.2 国内外离子溅射镀膜的研究现状
• 1.2.3 中频反应磁控溅射现状现状
• 1.3 本课题主要研究的内容
• 第2章 溅射镀膜基础理论以及相关设备工作原理
• 2.1 溅射镀膜基础理论
• 2.1.1 溅射镀膜原理
• 2.1.2 溅射产额及其影响因素
• 2.1.3 辉光放电现象
• 2.1.4 薄膜生长机理分析
• 2.2 试验制备二氧化硅存在的理论问题
• 2.2.1 反应磁控溅射迟滞效应
• 2.2.2 提高反应溅射速率的途径
• 2.2.3 防止反应溅射不稳定的控制方法
• 2.2.4 反应溅射中的打火与靶中毒以及解决方案
• 2.3 JZF1000 型高真空中频反应磁控溅射设备介绍
• 2.3.1 JZF1000 型高真空中频反应磁控溅射设备主要用途
• 2.3.2 设备工作原理及特征
• 2.3.3 设备真空技术性能指标
• 2.3.4 设备基本结构形式
• 2.4 本章小结
• 第3章 中频反应磁控溅射制备高反射率二氧化硅薄膜的实验研究
• 3.1 制备二氧化硅镜片镀膜流程
• 2 保护膜的工艺参数对镜面反射率的影响'>3.2 SiO₂保护膜的工艺参数对镜面反射率的影响
• 2 保护膜的厚度对镜面反射率的影响'>3.2.1 SiO₂保护膜的厚度对镜面反射率的影响
• 3.2.2 真空镀膜室的气压对镜面反射率的影响
• 3.2.3 氩气和氧气流量的比例对镜面反射率的影响
• 3.3 膜层均匀性测试
• 3.4 制备二氧化硅时最佳工作参数的确定
• 2 保护膜时，最佳Ar 与02 流量比确定'>3.4.1 镜面镀制SiO₂ 保护膜时，最佳Ar 与02 流量比确定
• 2 保护膜时，最佳工作气压确定'>3.4.2 镜面镀制SiO₂保护膜时，最佳工作气压确定
• 3.5 本章小结
• 第4章 中频反应磁控溅射制备二氧化硅薄膜的微纳力学性能研究
• 4.1 薄膜微纳力学性能以及纳米压入技术概要
• 4.2 纳米压痕法理论与设备以及试验方法
• 4.2.1 纳米压痕法的理论基础
• 4.2.2 Hysitron 纳米原位测力仪
• 4.2.3 纳米压痕法测量二氧化硅薄膜的方法
• 4.3 试验参数对实验结果的影响分析
• 4.3.1 薄膜厚度对实验结果的影响分析
• 4.3.2 气压对对实验结果的影响分析
• 4.4 纳米划痕试验
• 4.5 本章小结
• 第5章 不同镀膜方法制膜性能的对比试验
• 5.1 电子束蒸发镀膜法简述
• 5.2 电子束蒸发镀膜试验流程
• 5.3 薄膜成分分析以及对比
• 5.3.1 X 射线光电子能谱（XPS）
• 5.3.2 电子束蒸发镀膜制备二氧化硅薄膜的XPS 分析
• 5.3.3 中频反应磁控溅射制备二氧化硅的XPS 分析
• 5.4 两种镀膜方法制备样品的反射率对比
• 5.4.1 仪器介绍
• 5.4.2 两种制膜方法样品的反射率对比
• 5.5 两种样件的AFM 表征以及对比
• 5.6 薄膜膜基结合力对比
• 5.6.1 仪器介绍
• 5.6.2 膜基结合力对比
• 5.7 压痕试验对比
• 5.7.1 弹性模量的对比
• 5.7.2 硬度的对比
• 5.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢