甚高频磁控溅射在Ag基底上生长硅材料的结构研究

来源 :苏州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xxxxx20090818
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硅基材料作为一类极其重要的材料,从非晶硅薄膜、多晶硅薄膜到纳米晶硅薄膜,以及多种硅纳米结构,长期以来一直得到人们的高度关注。近年来,硅烯(Silicene)作为硅家族中的新材料,成为硅基材料一个新的关注点。硅烯的制备是其性能研究及其应用发展的重要基础,探索新的硅烯制备方法对于硅烯的研究极其重要。  作为硅烯制备新方法的探索,我们提出了以甚高频溅射技术制备(类)硅烯材料的尝试。本论文作为此方法的初步工作,主要探索了甚高频溅射制备硅二维结构的技术可能性,研究了甚高频溅射在Ag薄膜表面沉积硅材料的生长特性和结构性质。本文采用40.68 MHz、60MHz甚高频磁控溅射在Ag薄膜基底上开展了硅的制备研究,分析了Ag基底结构性能、溅射驱动频率、溅射功率对硅的生长与结构性能的影响,并结合溅射过程离子性能的测量分析,对结构性能变化的可能原因作出了简单解释。  论文研究了40.68MHz甚高频磁控溅射在具有结构差异的两种Ag薄膜基底上沉积的硅材料的生长行为和结构特性,发现与Ag薄膜基底的结晶特性密切相关。在(111)择优取向的银薄膜基底上,硅主要生长形成大颗粒结构,而在非(111)择优取向的银薄膜基底上,硅的二维生长占优势,形成二维纳米结构。论文进一步研究了40.68MHz和60MHz甚高频磁控溅射在非(111)择优取向的银薄膜基底上沉积硅的生长和结构特性,发现溅射驱动频率对硅的生长特性有很大影响。在60MHz甚高频磁控溅射下,在Ag薄膜基底上生长的硅表面呈小圆锥结构,与Ag薄膜基底的结构类似,呈现出“外延生长”的特性。在40.68MHz甚高频磁控溅射下,Ag薄膜基底上生长的硅表面是由中空锥和中空颗粒混合形成的结构,与Ag薄膜基底的结构完全不同。由于40.68MHz和60MHz甚高频磁控溅射产生的等离子体中的离子能量、离子通量密度存在较大差异,荷能离子与基底的作用不完全相同,从而导致硅在Ag薄膜基底上生长的二维结构存在明显差异。对于40.68MHz磁控溅射,吸附粒子的表面生长与解吸附之间的竞争过程控制着硅的生长,从而形成了沿着具有特定方向排列的中空锥和中空颗粒混合结构。对于60MHz磁控溅射,低密度吸附粒子的表面生长是控制硅生长的主要过程,从而形成的硅“复制”了基底的结构。  因此,采用甚高频磁控溅射技术在Ag薄膜基底上生长的硅,其结构性能与银薄膜基底的结晶特性有密切的关系,生长与结构可以通过改变溅射驱动频率来调控,与溅射过程离子的性能密切相关。
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