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1、真空与低温第9卷第4期228Vacuum&Cryogenics2003年12月二氧化硅薄膜的制备及应用112王永珍,龚国权,崔敬忠(1.兰州大学,甘肃兰州730000;2.兰州物理研究所,甘肃兰州730000)摘要:二氧化硅薄膜具有良好的硬度、光学、介电性质及耐磨、抗蚀等特性,在光学、微电子等领域有着广泛的应用前景,是目前国际上广泛关注的功能材料。论述了有关二氧化硅薄膜的制备方法,相应性质及其应用前景。关键词:二氧化硅;薄膜;制备方法;综述中图分类号:O484;O484.4文献标识码:A文章编号:1006-7086(2003)04-0228-06PREPARATIONANDAPPL
2、ICATIONOFSiO2THINFILMS112WANGYong-zhen,GONGGuo-quan,CUIJing-zhong(1.LanzhouUniversity,Lanzhou730000,China;2.LanzhouInstituteofPhysics,Lanzhou730000,China)Abstract:SiO2thinfilmshavethemanyexcellentpropertiessuchashardness,optical,dielectricproperties,wear-resistanceandcorrosion-resistance.Ithas
3、beenwidelyusedinopticalandmicroelectronicapplications.Thepreparationmethods,propertiesandapplicationsofSiO2thinfilmsarediscussed.Keywords:SiO2;thinfilms;preparationmethods;review1引言二氧化硅(SiO2)具有硬度高、耐磨性好、绝热性好、光透过率高、抗侵蚀能力强以及良好的介电性质。通过对各种制备方法、制备工艺的开发和不同组分配比对SiO2薄膜的影响研究,制备具有优良性能的透明SiO2薄膜的工作已经取得了很大进
4、展。薄膜在诸多领域得到了很好的应用,如用于电子器件和集成器件、光[1]学薄膜器件、传感器等相关器件中。利用纳米二氧化硅的多孔性质可应用于过滤薄膜、薄膜反应和相关的吸收剂以及分离技术、分子工程和生物工程等,从而在光催化、微电子和透明绝热等领域具有很好的发展前[2,3]景。均匀多孔,孔径分布介于5～50nm的二氧化硅薄膜的制备及性能表征已成为材料界研究的热点之一。本文作者对SiO2薄膜的制备、性能及其应用研究进行了综述。2SiO2薄膜的制备方法针对不同的用途和要求,很多SiO2薄膜的制备方法得到了发展与应用,主要有物理气相沉积、化学气相沉积、氧化法、溶胶凝胶法和液相沉积法等。2.1物理
5、气相沉积(PVD)物理气相沉积主要分为蒸发镀膜、离子镀膜和溅射镀膜三大类。其中真空蒸发镀膜技术出现较早,但此法沉积的膜与基体的结合力不强。在1963年,美国Sandia公司的D.M.Mattox首先提出离子镀(IonPlating)技术,1965年,美国IBM公司研制出射频溅射法,从而构成了PVD技术的三大系列——蒸发镀,溅[4]射镀和离子镀。收稿日期:2003-09-16.作者简介:王永珍(1979-),女,宁夏回族自治区银川市人,硕士生,从事镀膜工艺及化学工业应用研究。王永珍等:二氧化硅薄膜的制备及应用2292.1.1磁控溅射沉积(MagnetronSputteringDepo
6、sition)SiO2靶的射频溅射法是制备SiO2薄膜的主要方法之一。这种方法在低温下制备的SiO2薄膜,具有多孔[5]结构,致密度低,因而抗侵蚀能力差;而在较高温度下制备的薄膜,具有较高的致密度和较好的性能。所以,[6]在通常情况下,衬底温度选择为300～600℃。其缺点是导致器件易受到热伤害,使一些性能指标降低。随后发展起来的磁控射频溅射技术,能达到快速和低温的要求,不仅弥补了射频溅射的缺点,大大减小了电子对衬底表面直接轰击造成的损伤,且能在较低的功率和气压下工作。绝缘体和导体均可溅射,工艺简单,衬底温度低,薄膜厚度的可控性、重复性及均匀性与其他薄膜制备方法相比有明显的改善和提
7、高,因而得[7]到了广泛使用。许生等使用140mm×600mm的硅靶,频率为40kHz的中频电源,以Ar为溅射气体,O2为反应气体,成功地制备了SiO2薄膜,并对制备的SiO2薄膜的化学配比和元素化学态进行了扫描俄歇谱+(SAM)和X射线光电子能谱(XPS)分析,测试了膜层对钠离子(Na)的阻挡性能、光学折射率和可见光透过率。2.1.2脉冲激光沉积(PulsedLaserDeposition)激光沉积是20世纪80年代后期发展起来的新型的薄膜制备技术,在制备高温超导体
