磁控溅射法制备Cu_xNi_y薄膜

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本论文采用Cu-Ni二元合金拼合靶为靶源,利用直流磁控溅射技术在单晶O和A 2O3基板上制备CuxNiy薄膜。通过采用X-射线衍射(XRD)、极图(SF J i uEJ)、场发射扫描电子显微镜(E E)、电子探针显微分析(EP A)和原子力显微镜(A)等表征分析技术系统研究了基板种类、沉积温度、溅射功率、AE分压和靶源形式对薄膜成分、薄膜物相、面内外取向、微观形貌和沉积速率的影响,以期可以获得成分可控、组分变化的CuxNiy系列薄膜。主要研究内容如下:以金属Cu靶为溅射靶,通过改变沉积温度(25-600 FC),溅射功率(50-100 W),和AE分压(1-3 PD)等沉积工艺条件在单晶O(111)和A 2O3(0001)基板上制备Cu薄膜。XRD分析结果表明:在两种单晶基板上,Cu薄膜的面外取向为<111>取向,表明Cu薄膜为<111>择优取向生长的外延薄膜。随沉积工艺参数的改变,Cu薄膜的微观形貌和沉积速率也发生相应变化,E E分析结果表明:Cu薄膜的晶粒尺寸随沉积温度和溅射功率的增加而增加;Cu薄膜的沉积速率随沉积温度的升高而降低(2.24-0.96?O/?,2.18-0.72?O/?),随溅射功率的增加而增加(2.24-4.79?O/?,2.18-4.64?O/?),随AE分压的增加而降低(2.24-0.92?O/?,2.18-0.92?O/?)。A测试结果表明:Cu薄膜的粗糙度随沉积温度的增加而增加。通过极图研究了Cu外延薄膜的面内取向及其与单晶基板之间的外延关系,其结果如下:Cu(111)[-110]//O(111)[11-2],Cu(111)[110]//A 2O3(0001)[10-10]。以Cu-Ni二元拼合靶为溅射靶,通过改变沉积温度(25-600 FC)和溅射功率(50-100 W)等沉积工艺在单晶O(111)和A 2O3(0001)单晶基板上制备CuxNiy薄膜。EP A结果分析表明:在相同的沉积工艺条件下,随拼合靶中Ni比例的增加,CuxNiy薄膜中Ni组分的含量变化范围分别为:1.69-15.49%,1.83-15.54%。随沉积工艺参数的改变,CuxNiy薄膜的微观形貌和沉积速率也发生相应变化,E E分析结果表明:CuxNiy薄膜的晶粒大小随溅射功率增加而增加,薄膜表面的均匀性也随之增加;晶粒大小随沉积温度增加而增加,但薄膜的均匀性却随之降低。CuxNiy薄膜的沉积速率受沉积工艺条件和拼合方式的影响比较复杂。沉积速率大致随溅射功率的增加而增加,随拼合靶中Ni比例的变化,沉积速率的变化范围不是很大。沉积温度和拼合方式与沉积速率之间的关系较为复杂,当沉积温度为25FC时,1/2-Ni/Cu拼合靶制备的CuxNiy薄膜的生长速率增加幅度较大(56%,55%);当沉积温度为400 FC时,1/4-Ni/Cu拼合靶制备的CuxNiy薄膜的生长速率下降幅度大(48%,43%)。
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