偏压电子束蒸发沉积氧化物光学薄膜研究

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1、国内图书分类号：TG172.44国际图书分类号：621.193工学硕士学位论文偏压电子束蒸发沉积氧化物光学薄膜研究硕士研究生：黄磊导师：汤宝寅教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2006年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TG172.44U.D.C:621.193DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYOFOXIDEOPTICALFILMSDEPOSITEDBYBIA

2、S-VOLTAGEE-BEAMEVAPORTATIONCandidate：HuangLeiSupervisor：Prof.TangBaoyinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MaterialProcessingEngineeringSchoolofMaterialScienceAffiliation：andEngineeringDateofDefence：June,2006Degree-Conferring-Institutio

3、n：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要本文采用偏压电子束蒸发沉积的方法在不同工艺参数下，成功在硅片上制备了TiO2、SiO2和Ta2O5光学薄膜。试验研究发现加在样品台上的偏置电压可以在镀前合适条件下产生稳定的辉光放电形成等离子体，实现对基片的偏压溅射清洗，在正式镀膜时还能改善沉积薄膜的膜基结合强度与显微组织结构。试验过程中总结了膜厚仪自动控制时需要设定的薄膜密度、Z因子和工具因子等参数的校正方法。对制备的薄膜进行膜基结合强度测试表明，随着薄膜厚度的

4、增加，膜基结合强度变得越来越差，甚至当薄膜达到一定厚度时会产生裂纹；在比较低温度范围内，随着基片温度的提高，膜基结合强度适当提高；在基片偏压作用下，膜基结合强度比较好，只是在不同的条件下不同偏压作用时效果会更好一些。但是在硅片温度为400℃时制备的TiO2薄膜出现了裂纹，并且随着偏压的提高，裂纹的数量变得更多，薄膜向上翘起程度越来越大。对制备的薄膜进行XRD测试表明，在基片温度为400℃时能制备出TiO2薄膜晶体，结构为锐钛矿型，而在此温度下，SiO2和Ta2O5却只能得到非晶态的结构。提高基片温度时发

5、现，随着基片温度的升高，两者都有一定的晶化倾向，但SiO2薄膜晶化倾向比Ta2O5薄膜大得多。对制备的薄膜进行了XPS测试表明，通过偏压电子束蒸发沉积能够制备符合正常化学配位比的SiO2和Ta2O5薄膜，且这两种材料在电子束加热的高温作用没有产生解离，试验中没有得到缺氧的氧化物薄膜。关键词偏压；电子束蒸发；光学薄膜；膜基结合强度-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInthisdissertation，someoxideopticalfilms,suchastitaniumdioxide,

6、tantalumoxideandsilicondioxide,weredepositedonsiliconwaferatdifferentparametersbybias-voltagee-beamevaporation.Twofunctionsofthebias-voltageplacedonthesubstratewerefound.Firstly,thebias-voltagecanproducethesteadyplasmaatproperconditionsbeforethebeginning

7、ofevaporation,whichwasusedtocleanthesurfaceofsamplesbysputtering.Secondly,itcanbeusedtoimprovetheperformanceoftheopticalfilmsduringtheevaporation,suchasadhesionbetweenfilmandsubstrate.TherecorrectionmethodsofZfactor,toolfactorandfilmdensityweresummarized

8、,whichcanbeusedincontrollingpropertyoffilmsautomatically.Thetestresultsofadhesionbetweenfilmandsubstrateindicatethatthethickeroxidefilmsdepositedonsamples,theworseadhesionbetweenthefilmandsubstrate,andthecrackwasfoundonthe