直流磁控濺射法在玻璃基片上制備鋁薄膜的工藝分析

直流磁控濺射法在玻璃基片上制備鋁薄膜的工藝分析金屬薄膜作為重要的光電材料,由于其優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì),在薄膜電路和微電子電路以及器件中被廣泛應(yīng)用。在所有的金屬材料中,Al不但具有僅次于Au、Ag、Cu3種金屬的良好導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性,而且具有良好的耐腐蝕性、吸音性及耐核輻射性等優(yōu)良性質(zhì)。純度為99.999%的鋁在20℃時(shí)的電阻率僅為2.6548×10-8Ω·M,鋁表層能形成致密構(gòu)造的Al2O3保護(hù)膜,具有良好的耐腐蝕性。故對(duì)Al薄膜的研究具有重要意義。

Al膜的制備方法有多種,主要有真空蒸發(fā)法、離子束輔助沉積法及磁控濺射法等。磁控濺射具有低溫、高速、膜與基片附著良好的特點(diǎn),可制備內(nèi)應(yīng)力小且構(gòu)造致密的Al薄膜。不同的應(yīng)用環(huán)境對(duì)鋁膜的性能提出了不同的要求,因此,要制備高質(zhì)量且符合要求的Al薄膜需要選擇最正確的工藝參數(shù)。作者采用了直流磁控濺射法在玻璃基片上制備了Al薄膜,研究主要工藝參數(shù)對(duì)Al膜的沉積速率、膜的構(gòu)造和表面形貌的影響。

實(shí)驗(yàn)采用**儀器廠生產(chǎn)的JPGD-1200型立式多靶磁控濺射儀,該設(shè)備具有8個(gè)單靶和1對(duì)孿生靶,利用直流或射頻電源可以鍍制各種金屬或者介質(zhì)膜,并可制備多層膜。實(shí)驗(yàn)利用直流電源制備Al薄膜,所用的鋁靶的純度為99.99%,靶面尺寸為600mm×120mm,靶厚為17mm;濺射氣體為高純Ar(99.999%),經(jīng)D07-7A/ZM型氣體質(zhì)量流量控制器后通入真空室,流量由D08-1D/ZM型流量顯示儀顯示,真空室內(nèi)Ar氣的壓力由ZDR-2型中真空計(jì)顯示。實(shí)驗(yàn)用基片材料為普通的浮法玻璃。

玻璃基片的清洗過(guò)程如下:首先用拋光機(jī)對(duì)玻璃表面開展拋光以除去表層的氧化物等,接著用丙酮和無(wú)水酒精分別超聲清洗15min,最后用去離子水沖洗干凈,放入氮?dú)鉅t中烘干待用。鍍膜前,對(duì)Al靶預(yù)濺射15min,以除去表面的污染物。濺射前的本底真空度優(yōu)于1×10-3Pa。實(shí)驗(yàn)中選擇的工藝參數(shù)范圍為:Ar氣流量固定為170sccm,直流濺射功率2000～3000W,濺射氣壓是0.3～0.9Pa,靶基距為80mm,基片溫度為130℃。

薄膜的厚度由美國(guó)Veeco公司的表面輪廓儀Dektak6M測(cè)得,再由厚度與沉積時(shí)間的比值計(jì)算出沉積速率;薄膜的構(gòu)造用荷蘭的X-PertProMPP型X射線粉末衍射儀分析;薄膜的形貌用日本日立的S-3000N型掃描電子顯微鏡(SEM)表征。

結(jié)論

(1)采用直流磁控濺射方法,以高純Al為靶材,高純Ar為濺射氣體在玻璃襯底上成功地制備了鋁薄膜。

(2)Al膜的沉積速率隨著濺射功率的增大先幾乎呈線性增大而后緩慢增大;隨著濺射氣壓的增大,沉積速率不斷增大,在0.4Pa時(shí)到達(dá)最大值后,沉積速率隨濺射氣壓的繼續(xù)增大而減小。

(3)X射線衍射圖譜說(shuō)明,磁控濺射沉積的Al膜為多晶狀態(tài)。

(4)用掃描電子顯微鏡對(duì)薄膜開展表面形貌的觀察,濺射氣壓為0.4Pa,濺射功率為2600W時(shí)制備的Al膜較均勻致密。

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