反应磁控溅射沉积aln薄膜特性研究

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1、学科：光学工程研究生签字：指导教师签字：反应磁控溅射沉积A1N薄膜特性研究腊魄力坛∥摘要氮化铝(舢N)薄膜具有很多突出的物理化学性质，如高折射率、高光学透射比、化学稳定性好等特点，近年来倍受国内外广泛的关注。氮化铝薄膜还具有良好的耐磨损和耐腐蚀性能，及很高的硬度，是一种很好的光学保护薄膜。目前制备A1N薄膜的方法很多，其中现阶段比较成熟的主要有：激光化学气相沉积法(LCVD)、金属有机化合物化学气相沉积法(MOCVD)、分子束外延法(MBE)等。本文使用反应磁控溅射的方法，利用氮气和氩气混合气体在

2、K9玻璃基底上沉积氮化铝薄膜。通过正交实验的方法，发现氮气浓度和靶功率对薄膜沉积速率影响显著，同时研究和分析了各工艺参数对氮化铝薄膜沉积速率的影响。利用椭偏仪和分光光度计，测试及分析了薄膜的光学性能。测试表明：氮气浓度控制在35％--40％之间，制备的AIN薄膜在波长为632．571rim时，折射率在2．1左右，薄膜透明并且可以保证在很宽的波长范围内，薄膜的消光系数为零。并且在K9玻璃基底上AIN薄膜的峰值透射比达N90％。使用XRD分析薄膜晶体结构，发现本实验方法所沉积的A1N薄膜主要表现在(0

3、02)面的择优取向，并分析不同工艺参数对薄膜结构的影响。使用XPS对AIN薄膜成分进行分析，测试表明：得到了较纯的AIN薄膜，其中砧．N键占90。02％以上。采用402MVDTv数显显微维氏硬度计测试薄膜硬度，测得薄膜本征硬度最高达N2000Iqv以上，并分析了薄膜硬度随工艺参数的变化情况。最后采用轮廓仪测量AIN薄膜的粗糙度，测得薄膜粗糙度在10rim--16rim之间，可见薄膜表面光滑。此外，比较了反应磁控溅射与磁过滤电弧离子镀方法制备AIN薄膜性能，发现薄膜性能变化不大，说明这两种方法都是制

4、备A1N薄膜的理想方案。关键词：反应磁控溅射；氮化铝(AIN)薄膜；光学性能；硬度；微观结构；表面特性StudyonpropertiesofaluminumnitridefilmsdepositedbyreactivemagnetronsputteringDiscipline：OpticalEngineeringStudentSignature：SupervisorSignature：Aluminumnitride(AlN)filmshavereceivedconsiderableinterest

5、foritspredominantpropertiessuchashighrefractiveindexes，hightransmittanceandgoodchemicalstability．Intheopticalprotectmaterialfield，AlNfilmshavehi．ghhardness，excellentwearresistanceandcorrosionresistancetoo．AlNfilmshavebeendepositedusingvariousmethodsin

6、cludinglaserchemical-vapourdeposition(LCVD)，metalorganicchemical—vapourdeposition(MOCVD)，molecularbeamepitaxial(MBE)，etc．Inthispaper，AINfilmsweredepositedbyreactivemagnetronsputteringinAr／N2mixturegasesontheopticalglassK9substrate．Weareaccordingtotheo

7、rthogonalexperiments，andtheanalysisofprocessingparameterondepositingrateofAlNfilms．Itisindicatethat，theN2concentrationandtargetpowermakeanotableimpactOildepositingrate．EllipsometryandSpectrophotometerareusedtodeterminetheopticalpropertiesofA1Nfilms．Th

8、eresultsshowthattheN2concentrationiSform35％to40％SOastomakerefractiveindexofAINfilmsisabout2．1at632．571nmwavelength，theextinctionindexoffilmsarenearlytozeroatawidewavelengthandontheglasssubstratethetransmittanceofA1Nfilmsatenearlyto90％．XRDareap