薄膜材料的純度的研究分析

jsats0523

薄膜的純度

薄膜的純度與所蒸發(fā)純度依賴于一下三個(gè)方面：一是源材料的純度；二是加熱裝置、蒸發(fā)舟以及支撐材料的污染；三是真空系統(tǒng)中的殘余氣體。在沉淀過程中，蒸發(fā)物，包括原子和分子，連同殘余氣體同時(shí)的、獨(dú)立的撞擊到基片表面。
表1-1給出了沉淀速率和殘余氣體壓力在影響薄膜中含氧量上的相互作用。根據(jù)氧氣的黏滯系數(shù)（大概在0.1量級(jí)或者更小）可以大概估計(jì)出含氧量密度，然而這些結(jié)果有重要意義。為了沉積出非常純的薄膜，要求沉積速率高和低氣體(H[sub]2[/sub]0、CO[sub]2[/sub]、C0、O[sub]2[/sub]、N[sub]2[/sub])殘余壓力。對(duì)于真空蒸發(fā)來說這些條件都不是很難的，比如在10[sup]-6[/sup] torr 的壓力下蒸發(fā)速率可以達(dá)到1000 Å /s。
表1-1     室溫沉積Tim 薄膜的最大氧含量

P02/torr	沉淀率/（Å /s）
	1	10	100	1000
10[sup]-9[/sup]	10[sup]-3[/sup]	10[sup]-4[/sup]	10[sup]-5[/sup]	10[sup]-6[/sup]
10[sup]-7[/sup]	10[sup]-1[/sup]	10[sup]-2[/sup]	10[sup]-3[/sup]	10[sup]-4[/sup]
10[sup]-5[/sup]	10	1	10[sup]-1[/sup]	10[sup]-2[/sup]
10[sup]-3[/sup]	10[sup]3[/sup]	10[sup]2[/sup]	10	1

另一方面，在濺射工藝中，沉積速率一般比蒸發(fā)低2個(gè)數(shù)量級(jí)，而壓力比蒸發(fā)高4個(gè)數(shù)量級(jí)，因此所沉積的薄膜含有較高的氧。正是這個(gè)原因?yàn)R射不像蒸發(fā)那樣被認(rèn)為是一種清潔的薄膜制備方法。然而過去的20年中，隨著高沉淀速率磁控濺射技術(shù)的商業(yè)發(fā)展，在清潔真空系統(tǒng)下低壓強(qiáng)工作的濺射技術(shù)取得大量的進(jìn)展。在制備AI薄膜時(shí)，兩種方法得到的薄膜純度大致相當(dāng)。最后，表1-1表面在10[sup]-3[/sup]torr殘余氣體壓力下沉淀薄膜，薄膜中滲入了大量的氧。在反應(yīng)沉淀金屬氧化物的工藝中，可以利用這個(gè)引入氧，促進(jìn)和金屬反應(yīng)。在制備純的金屬薄膜中，存在氧和氮雜質(zhì)的明顯影響是降低電導(dǎo)率、反射率以及其他的一些特性，如硬度等。