本文關(guān)鍵詞：氧化鉿薄膜制備工藝及其性能研究

  更多相關(guān)文章： 氧化鉿 薄膜 磁控濺射 退火處理 離子束處理 結(jié)構(gòu) 性能

【摘要】：氧化鉿(HfO2)薄膜因具有近紫外-紅外光譜范圍內(nèi)優(yōu)良的光學(xué)透過性,高抗激光損傷閾值,高介電常數(shù),以及良好的熱力學(xué)穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性等,被廣泛應(yīng)用在光學(xué)系統(tǒng)、集成電路和保護涂層等領(lǐng)域。同時,因為磁控濺射法具有在薄膜制備過程中控制薄膜結(jié)構(gòu)和組分的優(yōu)點,現(xiàn)已成為制備HfO2薄膜的主流方法之一。采用磁控濺射法如何制備出高純度、低缺陷密度、低應(yīng)力,穩(wěn)定性良好的HfO2薄膜仍然是當(dāng)前研究的熱點問題。本文采用直流、射頻兩種反應(yīng)磁控濺射法制備HfO2薄膜。通過正交實驗分析了靶功率、靶基距和氬氧比對薄膜性能的影響程度,主要研究了影響最大的因素氬氧比對薄膜結(jié)構(gòu)、光學(xué)性能及力學(xué)性能的影響規(guī)律,分析并總結(jié)了HfO2薄膜微觀結(jié)構(gòu)和性能之間的密切聯(lián)系。針對HfO2薄膜制備過程中金屬Hf濺射速率高,而氣氛中Hf、O元素反應(yīng)速率相對低的特點,研究確定了在制備過程中提升薄膜性能的襯底溫度和負偏壓的最優(yōu)參數(shù)。通過對上述所有制備過程中工藝參數(shù)的研究,最終得出薄膜制備過程的最佳工藝參數(shù)。為進一步提升薄膜的性能,對上述最佳工藝參數(shù)條件下制備的Hf02薄膜進行退火和離子束處理。分別在退火溫度、離子能量、束流密度和離子束處理時間上進行參數(shù)控制,研究了HfO2薄膜厚度、結(jié)晶行為、透射率、硬度、彈性模量和激光損傷閾值的變化規(guī)律。結(jié)果表明：當(dāng)退火溫度為900℃時,薄膜在可見光譜范圍內(nèi)峰值透射率、硬度和彈性模量值分別為93.11%、10.61GPa和183.99GPa。當(dāng)離子源屏柵電壓為400V,處理時間為20min時,薄膜的激光損傷閾值為15.32J/cm2。表明可利用反應(yīng)磁控濺射以及相應(yīng)的后處理方法制備高質(zhì)量的HfO2薄膜。
【關(guān)鍵詞】：氧化鉿 薄膜 磁控濺射 退火處理 離子束處理 結(jié)構(gòu) 性能
【學(xué)位授予單位】：西安工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ134.13;TB383.2
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 氧化鉿(HfO_2)薄膜性能及應(yīng)用概述9-10
• 1.2 HfO_2薄膜制備方法概述10-12
• 1.2.1 溶液法10
• 1.2.2 物理氣相沉積10-11
• 1.2.3 化學(xué)氣相沉積11-12
• 1.3 HfO_2薄膜制備及后處理研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3.1 磁控濺射HfO_2薄膜研究現(xiàn)狀12
• 1.3.2 HfO_2薄膜退火處理研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3.3 HfO_2薄膜離子束處理研究現(xiàn)狀13
• 1.4 本課題的研究意義及內(nèi)容13-15
• 1.4.1 本課題研究意義13-14
• 1.4.2 本課題研究內(nèi)容14-15
• 2 實驗原理與方法15-30
• 2.1 實驗研究路線15
• 2.2 HfO_2薄膜制備原理及流程15-21
• 2.2.1 氣體放電理論15-16
• 2.2.2 直流和射頻反應(yīng)磁控濺射原理及異同16-18
• 2.2.3 濺射反應(yīng)成膜過程18-20
• 2.2.4 HfO_2薄膜制備裝置20-21
• 2.2.5 HfO_2薄膜制備所需材料及流程21
• 2.3 HfO_2薄膜后處理原理及流程21-23
• 2.3.1 HfO_2薄膜退火處理21-22
• 2.3.2 HfO_2薄膜離子束處理22-23
• 2.4 HfO_2薄膜結(jié)構(gòu)及性能表征23-28
• 2.4.1 HfO_2薄膜微觀結(jié)構(gòu)表征23-24
• 2.4.2 HfO_2薄膜力學(xué)性能表征24-26
• 2.4.3 HfO_2薄膜光學(xué)性能表征26-28
• 2.4.4 HfO_2薄膜激光損傷閾值表征28
• 2.5 本章小結(jié)28-30
• 3 反應(yīng)磁控濺射制備氧化鉿薄膜30-51
• 3.1 直流反應(yīng)磁控濺射制備HfO_2薄膜30-35
• 3.1.1 正交實驗30-31
• 3.1.2 氬氧比對HfO_2薄膜沉積速率的影響31-32
• 3.1.3 氬氧比對HfO_2薄膜組分的影響32-34
• 3.1.4 氬氧比對HfO_2薄膜硬度、彈性模量的影響34
• 3.1.5 氬氧比對HfO_2薄膜透射率的影響34-35
• 3.1.6 氬氧比對HfO_2薄膜激光損傷閾值影響35
• 3.2 射頻反應(yīng)磁控濺射制備HfO_2薄膜35-39
• 3.2.1 正交實驗35-37
• 3.2.2 氬氧比對HfO_2薄膜沉積速率的影響37
• 3.2.3 氬氧比對HfO_2薄膜硬度、彈性模量的影響37-38
• 3.2.4 氬氧比對HfO_2薄膜透射率的影響38
• 3.2.5 氬氧比對HfO_2薄膜激光損傷閾值的影響38-39
• 3.3 直流、射頻磁控濺射制備HfO_2薄膜典型樣品對比39
• 3.4 襯底溫度對HfO_2薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響39-46
• 3.4.1 襯底溫度對HfO_2薄膜組分的影響40-42
• 3.4.2 襯底溫度對HfO_2薄膜結(jié)晶行為的影響42-43
• 3.4.3 襯底溫度對HfO_2薄膜表面粗糙度的影響43-44
• 3.4.4 襯底溫度對HfO_2薄膜硬度、彈性模量的影響44-45
• 3.4.5 襯底溫度對HfO_2薄膜透射率的影響45
• 3.4.6 襯底溫度對HfO_2薄膜激光損傷閾值的影響45-46
• 3.5 負偏壓對HfO_2薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響46-49
• 3.5.1 負偏壓對HfO_2薄膜結(jié)晶行為的影響46-47
• 3.5.2 負偏壓對HfO_2薄膜表面粗糙度的影響47-48
• 3.5.3 負偏壓對HfO_2薄膜硬度、彈性模量的影響48
• 3.5.4 負偏壓對HfO_2薄膜透射率的影響48-49
• 3.5.5 負偏壓對HfO_2薄膜激光損傷閾值的影響49
• 3.6 本章小結(jié)49-51
• 4 氧化鉿薄膜退火處理51-59
• 4.1 HfO_2薄膜制備重復(fù)性研究51-52
• 4.2 退火溫度對HfO_2薄膜的影響52-58
• 4.2.1 退火溫度對HfO_2薄膜組分的影響52-54
• 4.2.2 退火溫度對HfO_2薄膜結(jié)晶行為的影響54-55
• 4.2.3 退火溫度對HfO_2薄膜表面粗糙度的影響55-56
• 4.2.4 退火溫度對HfO_2薄膜硬度、彈性模量的影響56-57
• 4.2.5 退火溫度對HfO_2薄膜透射率的影響57
• 4.2.6 退火溫度對HfO_2薄膜激光損傷閾值的影響57-58
• 4.3 本章小結(jié)58-59
• 5 氧化鉿薄膜離子束處理59-73
• 5.1 離子能量對HfO_2薄膜的影響59-64
• 5.1.1 離子能量對HfO_2薄膜厚度的影響59-60
• 5.1.2 離子能量對HfO_2薄膜結(jié)晶行為的影響60-61
• 5.1.3 離子能量對HfO_2薄膜表面粗糙度的影響61-62
• 5.1.4 離子能量對HfO_2薄膜硬度、彈性模量的影響62-63
• 5.1.5 離子能量對HfO_2薄膜透射率的影響63
• 5.1.6 離子能量對HfO_2薄膜激光損傷閾值的影響63-64
• 5.2 束流密度對HfO_2薄膜的影響64-68
• 5.2.1 束流密度對HfO_2薄膜厚度的影響64
• 5.2.2 束流密度對HfO_2薄膜結(jié)晶行為的影響64-65
• 5.2.3 束流密度對HfO_2薄膜表面粗糙度的影響65-66
• 5.2.4 束流密度對HfO_2薄膜硬度、彈性模量的影響66-67
• 5.2.5 束流密度對HfO_2薄膜透射率的影響67
• 5.2.6 束流密度對HfO_2薄膜激光損傷閾值的影響67-68
• 5.3 離子束處理時間對HfO_2薄膜的影響68-72
• 5.3.1 離子束處理時間對HfO_2薄膜厚度的影響68
• 5.3.2 離子束處理時間對HfO_2薄膜結(jié)晶行為的影響68-69
• 5.3.3 離子束處理時間對HfO_2薄膜表面粗糙度的影響69-70
• 5.3.4 離子束處理時間對HfO_2薄膜硬度、彈性模量的影響70-71
• 5.3.5 離子束處理時間對HfO_2薄膜透射率的影響71
• 5.3.6 離子束處理時間對HfO_2薄膜激光損傷閾值的影響71-72
• 5.4 本章小結(jié)72-73
• 6 總結(jié)與展望73-75
• 6.1 總結(jié)73
• 6.2 展望73-75
• 參考文獻75-80
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文80-81
• 致謝81-83

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 蘇彬;陸學(xué)民;路慶華;;定向介孔薄膜制備的研究進展[J];無機材料學(xué)報;2007年05期

2 ;分子篩薄膜制備研究取得進展[J];塑料科技;2010年04期

3 ;多晶分子篩薄膜制備研究取得進展[J];化學(xué)工程師;2010年03期

4 丁姣;尹國強;何明;;固體氧化物燃料電池電解質(zhì)薄膜制備方法概述[J];仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院學(xué)報;2012年03期

5 遲彩霞;喬秀麗;聶春紅;王佩華;陳洪玉;;介孔薄膜制備的研究進展[J];化學(xué)世界;2011年05期

6 朱亞彬;寇克瑜;何帆;;雙層透明薄膜制備及氧含量對折射率影響研究[J];實驗技術(shù)與管理;2012年07期

7 甘國友,郭玉忠,蘇云生;溶膠-凝膠法薄膜制備工藝及其應(yīng)用[J];昆明理工大學(xué)學(xué)報;1997年01期

8 呂學(xué)超,任大鵬,汪小琳;U薄膜制備方法(英文)[J];稀有金屬材料與工程;2005年08期

9 盧旭晨,李佑楚,韓鎧,王風(fēng)鳴;陶瓷薄膜制備及應(yīng)用[J];材料導(dǎo)報;1999年06期

10 徐世友,張溪文,韓高榮;介質(zhì)阻擋放電常壓化學(xué)氣相沉積技術(shù)及其在薄膜制備中的應(yīng)用[J];材料導(dǎo)報;2003年09期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 曹朋朋;李煥榮;;高度有序L型沸石功能薄膜制備[A];中國化學(xué)會第27屆學(xué)術(shù)年會第08分會場摘要集[C];2010年

2 張軍峰;陳強;張躍飛;劉福平;劉忠偉;;無機氧化硅薄膜制備的原位診斷及其特性研究[A];中國真空學(xué)會2008年學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2008年

3 吳衛(wèi)東;羅江山;張占文;黃勇;;C_xH_(1-x)薄膜制備[A];中國工程物理研究院科技年報（1998）[C];1998年

4 馮建鴻;黃勇;吳衛(wèi)東;;CHBr薄膜制備的初步研究[A];中國工程物理研究院科技年報（2005）[C];2005年

5 李長生;陳自新;郭世海;;Ni-Mn-Ga薄膜制備及磁感生應(yīng)變研究[A];2005年慣性器件材料與工藝學(xué)術(shù)研討暨技術(shù)交流會論文摘要集[C];2005年

6 趙彥輝;林國強;董闖;聞立時;;脈沖工藝在薄膜制備中的應(yīng)用[A];薄膜技術(shù)學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2003年

7 陳弟虎;;離子束合成表層、埋層β-SiC薄膜制備及性質(zhì)研究[A];第十六屆全國半導(dǎo)體物理學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2007年

8 周文;朱俊;羅文博;李言榮;;STO/MgO/GaN多層薄膜制備研究[A];TFC’09全國薄膜技術(shù)學(xué)術(shù)研討會論文摘要集[C];2009年

9 王小紅;;TiO_2薄膜制備方法研究進展[A];第四屆十三省區(qū)市機械工程學(xué)會科技論壇暨2008海南機械科技論壇論文集[C];2008年

10 孫鳳;陸文琪;徐軍;;Ti-Si-N組分擴展薄膜制備研究[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 劉艷輝;FeS_2薄膜制備及光電性能[D];浙江大學(xué);2006年

2 趙武;摻氮SiC薄膜制備及其光學(xué)特性的研究[D];中國科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機械研究所）;2009年

3 胡敏;磁控濺射Ti/TiN多層薄膜制備及其性能研究[D];南昌大學(xué);2010年

4 宋朝瑞;AIN、ta-C薄膜制備及其在SOI技術(shù)中的應(yīng)用研究[D];中國科學(xué)院研究生院（上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所）;2003年

5 楊紹利;VO_2薄膜制備及其應(yīng)用性能基礎(chǔ)研究[D];重慶大學(xué);2003年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王釗;氧化鉿薄膜制備工藝及其性能研究[D];西安工業(yè)大學(xué);2016年

2 吳慶浩;共面介質(zhì)阻擋放電應(yīng)用于薄膜制備的研究[D];大連理工大學(xué);2007年

3 張軍峰;氧化硅薄膜制備的等離子體在線診斷[D];北京印刷學(xué)院;2009年

4 李偉;介質(zhì)阻擋放電法氟碳薄膜制備工藝及性能研究[D];大連交通大學(xué);2007年

5 周勇;CoFeB薄膜制備及其垂直各向異性研究[D];電子科技大學(xué);2015年

6 曹曉鳳;La_（1-x）Ca_xMnO_3-Ag薄膜制備工藝及性能研究[D];電子科技大學(xué);2007年

7 何國金;應(yīng)用于MIM-FEA的薄膜制備及其表征技術(shù)[D];福州大學(xué);2005年

8 丁建峰;基于殼聚糖的薄膜制備及應(yīng)用研究[D];西北師范大學(xué);2011年

9 艾娜;氧化鈰電解質(zhì)薄膜制備與應(yīng)用研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

10 李小娟;SnO_2材料的第一性原理研究及其薄膜制備[D];燕山大學(xué);2008年

，

本文編號：1094202