多频溅射沉积C和Si1-xCx薄膜材料的研究

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碳基薄膜材料作为一类极其重要的薄膜材料,长期以来一直得到人们的高度关注。近年来,超薄碳膜、富硅碳化硅薄膜作为碳基薄膜材料的新应用领域,成为新的关注点。作为高技术保护层应用的超薄碳膜,要求制备的薄膜厚度极薄(<30nm),同时具有较高含量的sp3键结构,因此制备薄膜的技术需具有低沉积速率、高离子能量的特性。而对于作为制备 Si纳米晶(Si-NCs)、Si量子点(Si-QDs)基质的富硅Si1?xCx薄膜,要求 Si1?xCx薄膜的硅含量高、成分易于调控。根据本课题组在多频率磁控溅射等离子体性能及其沉积薄膜方面的研究结果,多频率磁控溅射具有沉积超薄碳膜、富硅Si1?xCx薄膜的可能性。  本论文研究了60MHz、2MHz、13.56MHz、27.12MHz磁控溅射制备碳薄膜的沉积特性、结构性能,研究了2MHz、13.56MHz、27.12MHz磁控溅射制备Si1?xCx薄膜的成分、结构性能,并分析 Si1?xCx薄膜沉积的溅射离子能量关联,发现驱动频率、溅射功率对碳薄膜、Si1?xCx薄膜的沉积特性、结构、性能有着很大影响。结果表明:(1)采用60 MHz甚高频溅射,可以沉积厚度<30nm的薄C膜;C薄膜生长速率较低,在0.42–0.97 nm/min之间,因此薄膜厚度易于控制;制备的薄膜表面粗糙度低、平整度好,薄膜中sp3C-C键结构含量比较高,因此,60 MHz甚高频溅射是制备超薄碳膜的一种有效技术。(2)采用2MHz、13.56MHz、27.12MHz射频溅射,在溅射功率50-200W条件下,通过溅射SiC单靶,可以制备富硅的Si1?xCx薄膜,薄膜中Si含量在0.87-0.57(2MHz)、0.83-0.57(13.56MHz)、0.90-0.60(27.12MHz)之间。根据射频磁控溅射靶表面离子能量随溅射功率的变化规律,提出富硅 Si1?xCx薄膜的形成,与溅射功率改变导致离子能量变化,从而使溅射过程发生转变有关。因此,通过驱动频率、溅射功率调控磁控溅射离子能量,可以实现超薄碳薄膜、富硅碳化硅薄膜的沉积。
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