阴极真空电弧技术制备氮化锆、氧化锆薄膜的研究

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1、摘要本文主要研究应用阴极真空电弧沉积技术在硅片上沉积纳米晶氮化锆、在硅片和石英玻璃上沉积氧化锆薄膜。在研究中，主要探讨分别改变反应气体流量和基底偏压对氮化钛、氮化锆薄膜的组成、结构及性质的影响。以x光绕射法来决定薄膜的晶粒大小，其结果小于15rim。从AFM和SEM的结果也显示出沉积制备出的薄膜为纳米晶薄膜。氮化锆中N／Zr比率随氮气流量从0．6改变至0．9，氧化锆中O／Zr比率随氧气流量改变随着02流量的增加其O／7_x的值逐渐增大，02流量为50sccm时沉积得到的Zr02薄膜中O／Zr的值大约为1

2、．98／1。氮化锆薄膜以(111)为主要的优选方向，改变气体流量对其硬度改变不大，而偏压的改变对其硬度的影响较大，对于氧化锆薄膜气体流量对其成分影响较大，分析表明成分是影响氧化锆薄膜的主要因素。通过SEM能谱分析，无论是氮化锆还是氧化锆薄膜，偏压对其成分影响甚微，反应气体流量是薄膜成分的主要影响因素，对所制备氮化锆薄膜氮气流量多少直接的影响了ZrN薄膜中N／Zr比率的大小、ZrN薄膜的电阻率和ZrN薄膜晶体颗粒尺寸的大小。XRD结果表明，偏压和反应气体流量对薄膜的结构和表面形貌都有影响。对于氮化锆薄膜，

3、研究表明氮气流量满足形成氮化锆标准化学剂量比时，偏压一100v时制备得到的薄膜具有最大的硬度和杨氏模量值；对于氮化锆薄膜，氧气流量增加到65sccm或以上薄膜几乎是透明的，此时沉积得到的氮化锆薄膜具有最好的透射率。关键词：阴极真空电弧薄膜氮化锆氧化锆基底偏压反应气体流ABSTRACTNano-crystallinezirconiumnitride(z棚andzirconiumoxide(Zr02)filmsweresuccessfullydepositedonsiliconandquartzrespec

4、tivelyusingcathodicvacuumarc(eVA)plasmasystem．Theeffectofsubsffatebiasvoltageandgasflowratewereinvestigatedsystemically011thecompositions，structuresandpropertiesofzirconiumnitrideandzh'coniumox／defilms．X-raydiffraction(XRD)wasusedtostudythestructureandgr

5、ainsizeoffilms，andtheresultsofXRDshowthatthegrainsizeoffilmsareabout15ma．Fromatomicforcemicroscopy(AFM)andscanningelectronmicroscope(SEM)，theyalsorevealthatfilmsdepositedbyCVAtechnologya佗nano蝴-ysfllinefilms．TheN／zrratioofzirconiumnitridefilmincreaseswith

6、increasingnitrogenflowrate，andwithincreasingoxygenflowmtethesameresultswerefoundtozirconiumoxidefilm，whentheoxygenflowratereached50seem，theO／Zrratioisabout1．98：1．Thepreferredorientation(111)peakisdominantforzirconiumni仃idcfilms．Thechangeofnitrogenflowrot

7、ehaslittleeffectOUhardnessofzirconiumnitridefilm，butbinsvoltageshowsabigeffectonhardness．Studyalsorevealsthatflowrotehasthemajoreffectoncompositionoffilm，butbiasvoltagehasliRleeffectoncomposition．NitrogenflowratehasadirecteffectonN／Zrratio，electricalresi

8、stivityandgrainsizeofzirconiumnitridefilm．TheresultsofXRD，SEMandAFMrevealthatbiasvoltageandflowrateeffectthestrctureandsurfacemorphologyoffilms．Forzirconiumnitridefilm，wefoundwhenthenitrogenflowrateisenoughtomaketheN／Zrrat