磁控溅射法镀制Cu和ZnO薄膜的研究

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金属Cu薄膜有良好的导电和导热性能,在集成电路和微电子等方面都得到了广泛的应用。ZnO材料是一种宽禁带n型半导体,广泛应用于压电传感器、声表面滤波等领域。本文系统的研究了磁控溅射法镀制金属Cu和ZnO薄膜的性能及其与工艺参数的关系,通过分析正交实验,得到制备金属Cu和ZnO薄膜的最佳工艺参数,研究了金属Cu薄膜和ZnO薄膜的各项性能。 采用磁控溅射法在玻璃衬底上制备了具有良好导电性能的金属Cu薄膜。分析了工作电流和工作气压对薄膜沉积速率影响,研究表明工作电流对薄膜的沉积速率影响较为显著;通过正交实验结果分析得到一组电学性能和机械性能最佳的工艺参数:氩气气压10×10<-2>pa,溅射电流3A,靶基距9cm。 采用磁控溅射法在玻璃衬底上制备了具有c轴择优生长的ZnO薄膜。通过x射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)、x射线衍射分析(XRD)、四探针测试以及椭偏仪实验分析了薄膜的晶轴特征、形貌特征、电学以及光学特性,发现氧气浓度和溅射电流的改变均能够显著影响薄膜的各项性能参数。高的氧气浓度使薄膜中间隙锌原子减少,薄膜形貌改善,电阻率变大,折射率变大,薄膜的c轴取向受到抑制;溅射电流增大使薄膜沉积速率加快,对晶体c轴取向生长有利,同时容易产生由于应力引起的晶格畸变,位错等缺陷。综合各项测试结果,得到了沉积ZnO薄膜较好的一组工艺参数:工作电流1.5A、氧气浓度40%、靶基距9cm。 将离子束溅射和磁控溅射所镀制的ZnO薄膜进行对比,发现离子束溅射获得的薄膜具有更好的c轴生长取向,薄膜的纯度优于磁控溅射方法镀制的薄膜。说明离子束溅射是镀制ZnO薄膜更好的选择方案。
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