直流磁控濺射法在玻璃基片上制備鋁薄膜的工藝研究
金屬薄膜作為重要的光電材料,由于其優異的光學性質和電學性質,在薄膜電路和微電子電路以及器件中被廣泛應用。在所有的金屬材料中,Al不但具有僅次于Au、Ag、Cu3種金屬的良好導電性和導熱性,而且具有良好的耐腐蝕性、吸音性及耐核輻射性等優良性質。純度為99.999%的鋁在20℃時的電阻率僅為2.6548 ×10- 8 Ω·M,鋁表層能形成致密結構的Al2O3保護膜,具有良好的耐腐蝕性。故對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,可制備內應力小且結構致密的Al薄膜。不同的應用環境對鋁膜的性能提出了不同的要求,因此,要制備高質量且符合要求的Al薄膜需要選擇最佳的工藝參數。作者采用了直流磁控濺射法在玻璃基片上制備了Al薄膜,研究主要工藝參數對Al膜的沉積速率、膜的結構和表面形貌的影響。
實驗采用北京儀器廠生產的JPGD-1200型立式多靶磁控濺射儀,該設備具有8個單靶和1對孿生靶, 利用直流或射頻電源可以鍍制各種金屬或者介質膜,并可制備多層膜。實驗利用直流電源制備Al薄膜,所用的鋁靶的純度為99.99%,靶面尺寸為600 mm×120mm, 靶厚為17mm; 濺射氣體為高純Ar(99.999%),經D07-7A/ZM 型氣體質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Ar 氣的壓力由ZDR-2型中真空計顯示。實驗用基片材料為普通的浮法玻璃。
玻璃基片的清洗過程如下:首先用拋光機對玻璃表面進行拋光以除去表層的氧化物等,接著用丙酮和無水酒精分別超聲清洗15min,最后用去離子水沖洗干凈,放入氮氣爐中烘干待用。鍍膜前,對Al靶預濺射15min,以除去表面的污染物。濺射前的本底真空度優于1×10-3Pa。實驗中選擇的工藝參數范圍為: 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Veeco公司的表面輪廓儀Dektak 6M測得,再由厚度與沉積時間的比值計算出沉積速率;薄膜的結構用荷蘭的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時達到最大值后,沉積速率隨濺射氣壓的繼續增大而減小。
(3) X射線衍射圖譜表明,磁控濺射沉積的Al膜為多晶狀態。
(4) 用掃描電子顯微鏡對薄膜進行表面形貌的觀察,濺射氣壓為0.4Pa, 濺射功率為2600W時制備的Al膜較均勻致密。
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