磁控濺射法制備鉬薄膜的研究現(xiàn)狀

楊康

摘要：薄膜是一種薄而軟的透明薄片，用塑料、膠粘劑、橡膠或其他材料制成。由于組成材料的不同，薄膜有很多種，有塑料薄膜、尼龍薄膜、超導(dǎo)薄膜等等，被廣泛應(yīng)用于電子電器、機(jī)械、印刷等行業(yè)，為行業(yè)發(fā)展提供了基礎(chǔ)材料。隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，社會各個領(lǐng)域都得到了長足的發(fā)展，對薄膜的性能與應(yīng)用也提出了新的要求，薄膜質(zhì)量的好壞與應(yīng)用與制作薄膜材料的物理性能、結(jié)構(gòu)和薄膜成分有莫大的關(guān)聯(lián)，直接決定薄膜是否能應(yīng)用于實際生產(chǎn)生活中。在實際應(yīng)用中，發(fā)生磨損經(jīng)常是導(dǎo)致薄膜無法繼續(xù)使用的主要原因之一，金屬鉬具有良好的耐熱性，在工業(yè)領(lǐng)域，應(yīng)用磁控濺射法制備鉬薄膜能夠最大程度減少薄膜的破損程度。本文針對磁控濺射法制備鉬薄膜的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀進(jìn)行了探討，僅供參考。

關(guān)鍵詞：磁控濺射法;鉬;薄膜;制備

磁控濺射法是在高真空充入適量的氬氣，在陰極（柱狀靶或平面靶）和陽極（鍍膜室壁） 之間施加幾百K 直流電壓，在鍍膜室內(nèi)產(chǎn)生磁控型異常輝光放電，使氬氣發(fā)生電離。應(yīng)用磁控濺射法通過更換不同材質(zhì)的靶和控制不同的濺射時間，就可以獲得不同材質(zhì)和不同厚度的薄膜，而應(yīng)用磁控濺射法制備的鉬薄膜無論是性能，還是在實際應(yīng)用中都具有明顯的優(yōu)勢。鉬薄膜在集成電路、發(fā)光二極管中都有應(yīng)用，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中占據(jù)著重要的地位，而對于鉬薄膜的研究也是促進(jìn)其在工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展的重中之重，對鉬薄膜多方面、多種性能的研究，才是促進(jìn)其功能發(fā)展的重要工作。磁控濺射法是一種很普遍的制備鉬薄膜的方法，但是在其制備的過程中由于涉及多方面的材料與工藝，制備過程中對于外部條件的要求較多，如果材料與環(huán)境不適合或者不符合，那么就會影響薄膜的質(zhì)量。

一、基地對磁控濺射制備Mo薄膜的影響

1.1基地表面預(yù)處理對Mo薄膜的影響

薄膜沉積是薄膜制作過程中一項重要的工序，在薄膜沉積前，基地對其有重要的影響作用，基地表面的清潔度、表面附著物以及雜質(zhì)的影響都會對薄膜的質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。因此，在薄膜沉積前，一定要對基地表面進(jìn)行預(yù)處理，對基底表面的附著物進(jìn)行處理，包括附著在基底表面的油污、氧化物、銹蝕、灰塵等雜質(zhì)，都要清理干凈，其目的是提高膜基的結(jié)合力，如果兩者的結(jié)合力不強(qiáng)，或者在薄膜沉積的過程中基底表面有附著物，那么就會影響薄膜最終形成的質(zhì)量，最終形成的薄膜表面會有漏洞、針孔狀的小洞，從而導(dǎo)致薄膜的密度下降，對其在實際應(yīng)用中產(chǎn)生影響。事實上，利用磁控濺射法制備鉬薄膜是一個化學(xué)反應(yīng)的過程，在制備的過程中，任何因素或者含量的多少都會影響其最終產(chǎn)品質(zhì)量的好壞。薄膜在基底形成的過程中，無論是化學(xué)物質(zhì)，還是表面的垃圾等等都會對鉬薄膜晶核的大小產(chǎn)生影響。其次，還要對基底表面的粗糙程度進(jìn)行要求，會影響沉積薄膜的密度，如果太過于粗糙，那么薄膜在形成的過程中就會形成針孔，會使其質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。

1.2不同基底上沉積Mo薄膜的組織及性能的差異

不同的基底表面狀態(tài)、表面擴(kuò)散激活能都有不同，而在不同基底上沉積薄膜，對其形成的組織及性能也會有不同。學(xué)者在這方面做了大量的實驗，對在不同基底上形成的薄膜進(jìn)行組織與性能上的檢驗，最終發(fā)現(xiàn)：鉬薄膜在非晶玻璃基底表面更容易長大，形成的薄膜結(jié)晶性更好。在薄膜沉積的過程中，基底必須與薄膜的晶格相匹配，只有相匹配才能形成質(zhì)量較好的薄膜。而在PI基底沉積的鉬薄膜就因為晶格不匹配產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，最終形成的薄膜容易脫落或者開裂，質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，因此，在薄膜選擇基底沉積時，一定要選擇與薄膜晶格相匹配的基底。對于基底的選擇，要根據(jù)瓣膜的特性或者特定的用處選擇合適的基底，無論是粘附性，還是電學(xué)性能，其基底必須是適合薄膜晶核的成長，晶核的成長直接決定了薄膜最終的質(zhì)量是否能夠達(dá)標(biāo)。

1.3基地預(yù)熱溫度對Mo薄膜組織及性能的影響

除了基底表面附著物的影響外，基底預(yù)熱溫度的高低也是影響磁控濺射法制備鉬薄膜的因素之一，基底溫度如果較高，那么粒子遷移能力就會提高，進(jìn)而基體原子在薄膜表面的附著力也會提高，進(jìn)而提高薄膜的附著力，另外，粒子表面附著力增強(qiáng)，也會影響薄膜晶核的大小，粒子的遷移能力增強(qiáng)，也會讓薄膜表面每一處的粒子都均勻的鋪散在薄膜表面。相應(yīng)的，基底的預(yù)熱溫度也不是越高越好，如果溫度過高，那么就會破壞粒子本身的行動軌跡與物理性質(zhì)，溫度過高會使薄膜內(nèi)部粒子的尺寸過大，薄膜內(nèi)部的力無法釋放，就會造成薄膜表面開裂或者張開。因此，對于基底預(yù)熱溫度一定控制在一定范圍之內(nèi)，過高過低都會影響薄膜表面的密度，進(jìn)而影響薄膜的質(zhì)量與使用。通過大量的實驗研究證明，基底預(yù)熱溫度要在150℃，當(dāng)溫度能夠達(dá)到150℃時，薄膜無論是表面，還是其晶核的成長環(huán)境都是最好的，在這個溫度下生長出來的薄膜密度、質(zhì)量都能達(dá)到最佳。

二、靶材對磁控濺射沉積薄膜的影響

2.1靶材組織對沉積薄膜的影響

利用磁控濺射法制備鉬薄膜的過程中，靶材是其中一個重要的材質(zhì)，在鉬靶材上才能形成薄膜，而通過多年的實戰(zhàn)經(jīng)驗與大量的實驗證明，靶材內(nèi)部組織對沉積薄膜會產(chǎn)生一定的影響，大量實驗也足以證明。在實驗中控制設(shè)備、濺射工藝等條件相同，在改變靶材組織的前提條件下驗證不同靶材組織對于沉積薄膜的影響大小。實驗結(jié)果也證明，靶材組織對薄膜表面及薄膜截面形貌的影響較小，不會產(chǎn)生較大的影響。同樣的，在薄膜晶核成長的過程中，靶材組織的不同也對其產(chǎn)生的影響不大，不同靶材組織利用磁控濺射法形成的鉬薄膜均表面出一致的功能應(yīng)用。

2.2靶材熱處理溫度對沉積薄膜的影響

同樣的，靶材組織熱處理的溫度也會對沉積薄膜產(chǎn)生影響，在控制其他條件不變的前提下，設(shè)置不同程度的溫度對靶材進(jìn)行1個小時的熱處理，以相同的工藝方法，探究熱處理溫度對于沉積薄膜的影響。而經(jīng)過實驗證明，不同溫度下的靶材組織都具有擇優(yōu)性能，同時擇優(yōu)取向還會隨著溫度的升高而逐漸增大，但相同的是在不同溫度下，沉積的薄膜晶核都明顯帶有T型組織結(jié)構(gòu)。而是要數(shù)據(jù)表明，靶材熱處理溫度處于1200℃時，靶材具有較好的濺射率，且形成的薄膜導(dǎo)電性和形貌也最好，具有全面的擇優(yōu)性能。

小結(jié)：薄膜在多個領(lǐng)域中都有應(yīng)用，制備薄膜的材料有很多種，被應(yīng)用于不同的行業(yè)領(lǐng)域。而金屬鉬由于其特殊的物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)能制備形成薄膜應(yīng)用于我們的日常生活中，一般都會采用磁控濺射法制備鉬薄膜，在其制備過程中，基底表面附著物、預(yù)熱溫度和不同基底材料都會影響薄膜最終的質(zhì)量形成。此外，還研究了靶材對于薄膜形成的影響，包括不同的靶材組織、熱處理溫度等都會對其產(chǎn)生影響。利用磁控濺射法制備鉬薄膜要控制好過程中的變量，對每一步驟都要嚴(yán)格把控好才能形成最終的鉬薄膜。最后，還要對鉬薄膜進(jìn)行質(zhì)量檢驗，對不符合質(zhì)量檢驗的薄膜要及時淘汰。在原有工藝的基礎(chǔ)上不斷研發(fā)改進(jìn)，發(fā)現(xiàn)其中的缺點與漏洞，繼續(xù)研發(fā)出新材料的薄膜才是廣大學(xué)者的重要工作。

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