反應(yīng)濺射AlN 薄膜的動態(tài)特性
氮化鋁(AlN) 薄膜受到廣泛的關(guān)注,是由于其具有很多優(yōu)異的物理和化學(xué)性能。例如它具有高化學(xué)和熱穩(wěn)定性、高硬度(大約2 ×103kgf·mm-2) 、高熱導(dǎo)率(320W·(mK)-1) 、高電阻率、寬禁帶(612eV) 、低熱膨脹系數(shù)( 4ppm·K- 1 ) 和高聲表面波傳播速度(5167km·s-1) 等優(yōu)點。優(yōu)良的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)性質(zhì),使AlN 薄膜在電子、光電以及聲表面波等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
由于反應(yīng)磁控濺射可以采用金屬Al靶材和N2制備AlN化合物薄膜,避免了制備高純AlN 化合物靶的繁難,因而得到廣泛的應(yīng)用。然而,反應(yīng)氣體流量和其他過程參數(shù)之間的關(guān)系是非線性的,通常會出現(xiàn)遲滯現(xiàn)象。反應(yīng)濺射的靜態(tài)遲滯特點可以根據(jù)經(jīng)典的Berg 模型得到合理的解釋。最近,作者已經(jīng)對反應(yīng)濺射AlN 薄膜的靜態(tài)特性進行了詳細研究 。
為了能增強對該過程的深入理解,需要建立一反應(yīng)濺射的動態(tài)模型來研究反應(yīng)濺射過程隨時間變化的特性,同時利用該模型也可以節(jié)省設(shè)計反饋控制系統(tǒng)的時間并能提供有價值的輸入?yún)?shù)。本文的目標(biāo)是建立一動態(tài)模型來研究反應(yīng)濺射AlN 薄膜的動態(tài)特性。在Berg 模型的基礎(chǔ)上,已經(jīng)有一些作者考察了反應(yīng)濺射的動態(tài)行為。但是,這些模型都沒有考慮二次電子發(fā)射系數(shù)的影響,也不能考察放電電壓這個參數(shù)的變化。本文在Berg 模型基礎(chǔ)上考慮了二次電子發(fā)射系數(shù)影響并包含了放電電壓方程建立了反應(yīng)濺射動態(tài)模型,利用該模型考察了當(dāng)反應(yīng)氣體流量發(fā)生突變時,反應(yīng)濺射AlN 薄膜的動態(tài)特性。
建立了反應(yīng)濺射的動態(tài)模型來研究濺射AlN 薄膜的動態(tài)特性。模型考慮了二次電子發(fā)射系數(shù)的變化并且包括了放電電壓參數(shù)。模型清楚地表明了,反應(yīng)濺射制備AlN 薄膜當(dāng)?shù)髁堪l(fā)生突變時氮分壓、靶表面組成、放電電壓的動態(tài)特性。無論是金屬模式過渡到化合物模式還是化合物模式過渡到金屬模式,過程都表現(xiàn)了明顯的記憶效果。通過比較放電電壓的計算值和實驗值可以看出,模擬和實驗基本一致,說明模型能夠很好地描繪反應(yīng)濺射制備AlN 的動態(tài)過程。
