離子束輔助沉積氮化鈦薄膜的能窗優(yōu)化.pdf

1、在薄膜生長過程中，離子束輔助沉積已經被廣泛地應用于制備具有高密度、均勻、形貌平整的外延薄膜。同時，為了生長高質量的固體薄膜以及更好地理解外延薄膜的形成過程，大量的理論模型和實驗技術正投入到此類低能離子束輔助轟擊的研究領域。 雖然載能離子轟擊的初衷是為了提高表面層吸附原子的遷移率，但是過高的能量會對襯底及薄膜內部造成一定的負面影響，如：產生晶格損傷，結構非晶化或粗糙的表面。因此，為了降低轟擊離子對薄膜以及襯底的損傷程度，離子同固體

2、表面的相互作用的研究就變得尤為重要。 本文在研究低能離子束輔助外延過程中，是以載能離子沿著直線路徑，經過連續(xù)的二體碰撞將能量傳遞給靶原子，通過對約化核阻止本領的合理近似，計算得到了同靶材表面層和體內原子位移有關的沉積能量，并導出一組簡化的方程式將其與入射離子的能量相關聯(lián)，形成入射離子能量的優(yōu)化窗口。當載能轟擊粒子的入射能量在此能窗范圍內，薄膜表層吸附原子的遷移率得以提高，同時又避免造成體內原子層的損傷。在此理論模型的基礎上，計算

3、得到Ar+輔助轟擊生長氮化鈦薄膜的優(yōu)化能窗：沿(111)晶向為110eV,沿(200)晶向為80eV。對于沿(111)和(200)擇優(yōu)取向的能窗寬度不同，可以由TiN薄膜在成膜過程中的各向異性來解釋。 隨后，在優(yōu)化能窗范圍內，我們通過改變襯底偏壓的方法來調節(jié)入射離子能量，使用射頻(r.f)反應磁控濺射沉積技術制備氮化鈦薄膜。通過X射線衍射(XRD)和原子力顯微鏡(AFM)等微結構分析方法，研究了氮化鈦薄膜表面層固態(tài)結構隨襯底偏壓

4、(即入射離子能量)的變化情況。發(fā)現(xiàn)沿(111)和(200)晶面方向擇優(yōu)生長的TiN層的點陣參數(shù)(a0)、衍射峰半高寬(FWHM)等變化同載能束(N2+)引起薄膜微觀相成分、晶面內壓應力、晶粒尺寸以及結構缺陷密度緊密相關。通過實驗結果對比分析后證明，在低能離子束輔助沉積氮化鈦薄膜情況下，我們的理論計算與實驗結果非常吻合，理論預測在實驗觀察的結果中得到了定量解釋。 我們這里所采用的理論分析法也同時適用于其它采用離子束輔助沉積薄膜的能