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1、2005年5月安徽大学学报(自然科学版)May2005第29卷第3期JournalofAnhuiUniversityNaturalScienceEditionVo.l29No.3退火温度对溅射Al膜微结构及光学常数的影响宋学萍,王佩红,孙兆奇(安徽大学物理与材料科学学院,安徽合肥230039)摘要:用直流溅射镀膜工艺在室温Si基片上制备了250nm厚的Al膜,并用X射线衍射及反射式椭偏光谱技术,对薄膜的微结构和光学常数在不同退火温度下的变化进行了测试分析。结构分析表明:退火后的Al膜均呈多晶状态,晶体结构仍为面心立方;随
2、着退火温度由室温20e左右升高到400e,薄膜的平均晶粒尺寸由22.8nm增加到25.1nm;平均晶格常数(4.047!)略比标准值4.04960!小。椭偏光谱测量结果表明:2600!~8300!光频范围内,退火温度对折射率n影响较小,对吸收系数k的影响较为明显。关键词:微结构;光学常数;退火温度;椭偏光谱中图分类号:O484.41;O484.1文献标识码:A文章编号:1000-2162(2005)03-0033-04金属薄膜是当前高技术新材料开发中最活跃的领域,是功能材料从三维向低维材料发展的必然趋势,也是近年来发展得
3、最快的前沿阵地。金属膜因其独特的光学性质,引起人们的极大兴趣和广泛[1]应用。在表征薄膜性能的诸参数中,薄膜的微结构和光学常数不仅是光子器件和光子器件设计中[2]不可或缺的参数,而且也是开发新型光电材料的一个重要依据。在所有金属材料中,Al不但具有仅次于Au,Ag,Cu3种金属的良好导电性和导热性,而且具有良好的耐腐蚀性、反射性、吸音性和耐核辐射性能等优良性质。因此Al及Al合金在电子、航空和航天领域均获得了广泛的应用。而Al膜的微结构和光学常数在微电子技术和光电子技术以及复合薄膜[3]的设计和性能分析中有着很重要的实际
4、应用意义。[4]薄膜的性质与微结构关系密切,微结构决定薄膜的性能。对于一定厚度的薄膜,后处理对薄膜的微结构有较大影响,随着退火温度的变化,薄膜的结构变化明显,从而导致薄膜的光学常数也与退火温度关系密切。因此对Al膜在不同退火温度下的微结构及光学常数进行深入研究有着重要的基础和应用意义。采用X射线衍射技术及动态椭圆偏振光谱技术对在Si基片上直流溅射制备的Al膜的微结构和光学常数进行了研究,以揭示制备工艺条件,退火温度对薄膜微结构及光学常数的影响。1实验制备Al膜的基片采用单面抛光的Si(111)基片,厚度为525?25um
5、。在溅射镀膜前,Si基片经过超声波清洗,烘干后置于干燥缸内备用。用JGP560I型超高真空多功能磁控溅射仪直流溅射方法在Si基片上制备厚度为250nm的Al膜。膜厚由石英晶体振荡膜厚仪监控。镀膜时,基片温度为室温,Al靶材的纯度为99.99%,本底真收稿日期:2004-10-19基金项目:国家自然科学基金资助项目(59972001);安徽省自然科学基金资助项目(01044901);安徽省教育厅科研基金资助项目(2003kj025);安徽省教育厅科研基金资助项目(2004kj030)作者简介:宋学萍(1955-),女,安徽
6、凤阳人,安徽大学高级实验师;孙兆奇(1955-),男,贵州贵阳人,安徽大学教授,博士生导师.34安徽大学学报(自然科学版)第29卷-4空度为5@10Pa,氩气分压为1Pa,溅射电压为360V,溅射电流为0.18A,功率为65W,薄膜沉积速率约为40nm/min。-3制备好的Si基Al膜在真空烧结炉中进行退火,烧结室真空度为5@10Pa,退火温度分别为100e,200e,300e,400e,升温速率为10e/min,保温时间为40min。用MACM18XHF型X射线衍射仪对制备的Al膜微结构进行测试分析。采用连续扫描方式,
7、掠0射角为1,X射线源为CukA(波长K=1.54056!),电压为40KV,电流为100mA,扫描范围2H为0030~80。[5]用RAP-I型入射角和波长可变的全自动椭圆偏振光谱仪(装置如图1所示)对薄膜的光学常数进行测试。高稳定性的75W超静氙灯和HilgerDU560型0.5m光栅(1200线/毫米)单色仪产生精度为0.1nm的准单色光,辅助氦氖激光器作样品的准直,可获得优于0.01b的入射角准确度。实验测量了所制备的Al膜的椭偏参数W、$在260-850nm光频范围内随波长K的变化。测量条件:光子0能量范围为1
8、.5-5eV,能量扫描间隔为0.1eV,入射角为70。图1全自动椭偏光谱仪装置原理图2结果与讨论2.1薄膜的微结构图2是250nm厚度Al膜在不同退火温度下的X射线衍射谱。图2不同退火温度下的Al膜衍射谱图0由图2可知,制备的Al膜经不同温度退火后均呈多晶结构,晶体结构仍为面心立方。在30-第3期宋学萍,等:退火温度
