射频、甚高频溅射制备Ag薄膜材料的生长行为研究

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Ag薄膜作为在光电子器件、薄膜太阳能电池、集成电路互连材料以及表面等离激元、硅烯制备中具有广泛应用的薄膜材料,长期以来一直得到人们的高度关注。在这些应用中,Ag薄膜结构特征影响着其相关性能,而Ag薄膜和纳米结构的形态和微结构特性决定于薄膜形成初始阶段的生长行为和后续与离子能量相关的结构控制,因此,对Ag薄膜形成初始阶段的生长行为和后续结构控制开展研究,对于Ag薄膜的应用具有重要意义。  为了研究Ag薄膜形成初始阶段的生长行为,采用60MHz甚高频磁控溅射通过改变溅射功率获得了不同生长阶段的Ag薄膜结构,研究了Ag薄膜生长初始阶段的生长行为。为了研究与离子能量相关的Ag薄膜结构特性,采用射频(RF:2 MHz、13.56 MHz、27.12 MHz)和甚高频(VHF:40.68MHz)磁控溅射制备不同结构特性的Ag薄膜,根据Ag薄膜沉积时离子能量、离子通量性能,结合Ag薄膜沉积、结构的演变,分析了Ag薄膜生长的可能原因。  论文采用射频和甚高频磁控溅射制备了Ag薄膜,发现Ag薄膜的沉积速率、微结构、表面粗糙度、结晶性能、浸润性能均随着溅射驱动频率、溅射功率的改变而有较大变化。论文进一步采用60MHz磁控溅射,制备了处于初始生长阶段的Ag结构,研究了Ag薄膜的初始生长行为。发现在Ag薄膜成核前的初始生长是Ag纳米颗粒吸附在基底和纳米颗粒凝聚形成Ag团簇。这个阶段为成核、岛形成、岛连通和银薄膜生长提供了一个更早的预成核。针对不同溅射下Ag薄膜生长与结构变化的可能原因,论文还采用拒斥场能量分析技术测量了Ag薄膜沉积时的离子能量、离子通量性能,发现在不同溅射频率下离子能量、离子通量密度存在较大差异,当溅射沉积Ag薄膜时,到达基片表面的离子一方面有助于基片表面吸附粒子沿表面的扩散运动,形成致密的薄膜,另一方面通过轰击作用会导致部分吸附粒子从基片表面解吸附,从而降低薄膜的生长速率。因此,离子作用导致的生长与解吸附之间的竞争造成了Ag薄膜在结构、性能上存在差异。  因此,采用60MHz磁控溅射,可以获得处于初始生长阶段的Ag结构,对Ag薄膜的初始生长行为开展研究。采用射频(2 MHz、13.56 MHz、27.12 MHz)和甚高频(40.68MHz)磁控溅射可以制备不同结构特性的Ag薄膜,利用溅射驱动频率来调控Ag薄膜沉积时离子能量、离子通量,从而调控Ag薄膜的结构与性能。
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