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1、第27卷第8期物理实验Vol.27No.82007年8月PHYSICSEXPERIMENTATIONAug.,2007磁控溅射Al膜的AFM性能分析及其制备工艺研究何建梅,温浪明,章晨,张勋,郑锡鑫,庄炜培,张红,徐海红(华南理工大学物理科学与技术学院,广东广州510640)摘要:用原子力显微镜(AFM)对直流溅射和射频溅射制备铝膜的表面粗糙度及颗粒大小进行了分析比较.实验结果表明:溅射功率和溅射时间对铝膜表面粗糙度有影响,通过延长溅射时间或提高溅射功率可使膜的平均颗粒直径增大.关键词:铝膜;表面粗糙度;溅射功率;溅射时间;AFM中图分类号:O484文献标识码:A文
2、章编号:100524642(2007)0820042205备工艺.1引言2实验溅射技术的出现和应用经历了许多阶段,最初,只是简单的二极、三极放电溅射沉积,经过30实验材料:靶材为纯铝,基材为玻片.实验仪多年的发展,磁控溅射技术已经发展成为制备超器为JPG2500型超真空多靶磁控溅射仪.测试仪硬、耐磨、低摩擦系数、耐蚀、装饰以及光学、电学器为CSPM4000扫描探针显微镜系统:接触式等功能性薄膜的一种不可替代的方法.伴随着工AFM.业需求及新型磁控溅射技术的出现,磁控溅射技本实验利用原子力显微镜结合图像分析软件术在一般的金属靶材溅射、反应溅射、偏压溅射等imager对
3、薄膜表面粗糙度、颗粒尺寸进行了观察传统工艺的基础上不断发展,低压溅射、高速沉和分析.薄膜中分布着明显的晶体颗粒,其直径积、自支撑溅射沉积、多重表面工程以及脉冲溅射尺寸大小可通过imager软件的“颗粒尺寸分析”等新型工艺成为目前该领域的发展趋势.磁控溅功能进行分析,并利用软件的“手工颗粒挑选”功射技术已经在我国的建材、装饰、光学、防腐蚀、工能将混杂在铝膜中的杂质颗粒剔除,以避免粗大磨具强化等领域得到比较广泛的应用,利用磁控误差.溅射技术进行光电、光热、磁学、超导、介质、催化2.1直流条件下制备的薄膜等功能薄膜制备是当前研究的热点.直流溅射条件:沉积室本底真空为8.9
4、×-3随着纳米技术的发展,铝膜在半导体掩膜、磁10Pa,溅射气体为高纯Ar,溅射气压为-2盘、宇宙空间用光学镜片、环形激光陀螺等纳米器3.8Pa,气体流量为2.0×10L/min,溅射时间[1～3]件上的运用越来越广.在薄膜工艺及性能测为20min.试领域,薄膜表面粗糙度表征薄膜的颗粒尺寸、表在直流溅射条件下,分别用直流溅射功率为面形貌等重要特性,在一定程度上影响高精密度200W,220W,260W制取薄膜,得到Al膜AFM[4][5]产品的性能.随着现代技术及产品的不断发形貌图见图1～2.展,必将对薄膜表面粗糙度提出更高要求,以适应各种功率条件下,得到AFM形貌图
5、的表面[6]产品的高要求.因此,表面粗糙度的研究对科学粗糙度数据见表1～2.其中:十点高度是指在研究和工业生产有重要的指导意义.本实验旨在取样长度内5个最大的轮廓峰高的平均值和5个分析磁控溅射镀铝膜的AFM性能,并研究其制最大的轮廓谷深的平均值之和.收稿日期:2007203216;修改日期:2007205208作者简介:何建梅(1985-),女,广东高州人,华南理工大学物理与科学技术学院2004级本科生.指导教师:张红(1961-),女,广东潮阳人,华南理工大学物理与科学技术学院高级实验师,从事物理实验教学工作.第8期何建梅,等:磁控溅射Al膜的AFM性能分析及其制
6、备工艺研究43(a)P=200W(b)P=220W(c)P=260W图1直流溅射Al膜AFM表面形貌图(a)P=200W(b)P=220W(c)P=260W图2直流溅射Al膜AFM三维形貌图表1直流溅射功率对薄膜表面粗糙度的影响P/W平均粗糙度/nm均方根/nm十点高度/nm20024.630.617822026.934.220326036.746.2246表2直流溅射功率对薄膜粒径大小的影响P/W颗粒尺寸直径/nm200164220176(a)t=15min2601962.2射频条件下制备的薄膜射频溅射条件:沉积室本底真空为4.1×-410Pa,溅射气体为高纯Ar
7、,溅射气压为-23.8Pa,气体流量为2.2×10L/min,溅射功率为389.0W.[7]在溅射功率、气体压强等相同的条件下,改变溅射时间,分别为10min和15min,得到Al膜(b)t=10minAFM形貌图见图3～4.不同溅射时间条件,得图3射频溅射Al膜AFM表面形貌图到AFM形貌图的表面粗糙度数据见表3～4.44物理实验第27卷2积316nm,平均直径10nm,最大面积2.11×32210nm,最小面积2.77nm.由数据得玻片平均颗粒面积比较小,大小颗粒分布均匀,在整体形貌上来说玻片较平整且均匀.表5玻片的表面粗糙度分析No.平均粗糙度/nm均方根
