退火溫度對(duì)濺射al膜微結(jié)構(gòu)及光學(xué)常數(shù)的影響

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1、2005年5月安徽大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)May2005第29卷第3期JournalofAnhuiUniversityNaturalScienceEditionVo.l29No.3退火溫度對(duì)濺射Al膜微結(jié)構(gòu)及光學(xué)常數(shù)的影響宋學(xué)萍,王佩紅,孫兆奇(安徽大學(xué)物理與材料科學(xué)學(xué)院,安徽合肥230039)摘要:用直流濺射鍍膜工藝在室溫Si基片上制備了250nm厚的Al膜,并用X射線衍射及反射式橢偏光譜技術(shù),對(duì)薄膜的微結(jié)構(gòu)和光學(xué)常數(shù)在不同退火溫度下的變化進(jìn)行了測(cè)試分析。結(jié)構(gòu)分析表明:退火后的Al膜均呈多晶狀態(tài),晶體結(jié)構(gòu)仍為面心立方;隨

2、著退火溫度由室溫20e左右升高到400e,薄膜的平均晶粒尺寸由22.8nm增加到25.1nm;平均晶格常數(shù)(4.047!)略比標(biāo)準(zhǔn)值4.04960!小。橢偏光譜測(cè)量結(jié)果表明:2600!~8300!光頻范圍內(nèi),退火溫度對(duì)折射率n影響較小,對(duì)吸收系數(shù)k的影響較為明顯。關(guān)鍵詞:微結(jié)構(gòu);光學(xué)常數(shù);退火溫度;橢偏光譜中圖分類號(hào):O484.41;O484.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1000-2162(2005)03-0033-04金屬薄膜是當(dāng)前高技術(shù)新材料開(kāi)發(fā)中最活躍的領(lǐng)域,是功能材料從三維向低維材料發(fā)展的必然趨勢(shì),也是近年來(lái)發(fā)展得

3、最快的前沿陣地。金屬膜因其獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì),引起人們的極大興趣和廣泛[1]應(yīng)用。在表征薄膜性能的諸參數(shù)中,薄膜的微結(jié)構(gòu)和光學(xué)常數(shù)不僅是光子器件和光子器件設(shè)計(jì)中[2]不可或缺的參數(shù),而且也是開(kāi)發(fā)新型光電材料的一個(gè)重要依據(jù)。在所有金屬材料中,Al不但具有僅次于Au,Ag,Cu3種金屬的良好導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性,而且具有良好的耐腐蝕性、反射性、吸音性和耐核輻射性能等優(yōu)良性質(zhì)。因此Al及Al合金在電子、航空和航天領(lǐng)域均獲得了廣泛的應(yīng)用。而Al膜的微結(jié)構(gòu)和光學(xué)常數(shù)在微電子技術(shù)和光電子技術(shù)以及復(fù)合薄膜[3]的設(shè)計(jì)和性能分析中有著很重要的實(shí)際

4、應(yīng)用意義。[4]薄膜的性質(zhì)與微結(jié)構(gòu)關(guān)系密切,微結(jié)構(gòu)決定薄膜的性能。對(duì)于一定厚度的薄膜,后處理對(duì)薄膜的微結(jié)構(gòu)有較大影響,隨著退火溫度的變化,薄膜的結(jié)構(gòu)變化明顯,從而導(dǎo)致薄膜的光學(xué)常數(shù)也與退火溫度關(guān)系密切。因此對(duì)Al膜在不同退火溫度下的微結(jié)構(gòu)及光學(xué)常數(shù)進(jìn)行深入研究有著重要的基礎(chǔ)和應(yīng)用意義。采用X射線衍射技術(shù)及動(dòng)態(tài)橢圓偏振光譜技術(shù)對(duì)在Si基片上直流濺射制備的Al膜的微結(jié)構(gòu)和光學(xué)常數(shù)進(jìn)行了研究,以揭示制備工藝條件,退火溫度對(duì)薄膜微結(jié)構(gòu)及光學(xué)常數(shù)的影響。1實(shí)驗(yàn)制備Al膜的基片采用單面拋光的Si(111)基片,厚度為525?25um

5、。在濺射鍍膜前,Si基片經(jīng)過(guò)超聲波清洗,烘干后置于干燥缸內(nèi)備用。用JGP560I型超高真空多功能磁控濺射儀直流濺射方法在Si基片上制備厚度為250nm的Al膜。膜厚由石英晶體振蕩膜厚儀監(jiān)控。鍍膜時(shí),基片溫度為室溫,Al靶材的純度為99.99%,本底真收稿日期:2004-10-19基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(59972001);安徽省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(01044901);安徽省教育廳科研基金資助項(xiàng)目(2003kj025);安徽省教育廳科研基金資助項(xiàng)目(2004kj030)作者簡(jiǎn)介:宋學(xué)萍(1955-),女,安徽

6、鳳陽(yáng)人,安徽大學(xué)高級(jí)實(shí)驗(yàn)師;孫兆奇(1955-),男,貴州貴陽(yáng)人,安徽大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師.34安徽大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第29卷-4空度為5@10Pa,氬氣分壓為1Pa,濺射電壓為360V,濺射電流為0.18A,功率為65W,薄膜沉積速率約為40nm/min。-3制備好的Si基Al膜在真空燒結(jié)爐中進(jìn)行退火,燒結(jié)室真空度為5@10Pa,退火溫度分別為100e,200e,300e,400e,升溫速率為10e/min,保溫時(shí)間為40min。用MACM18XHF型X射線衍射儀對(duì)制備的Al膜微結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試分析。采用連續(xù)掃描方式,

7、掠0射角為1,X射線源為CukA(波長(zhǎng)K=1.54056!),電壓為40KV,電流為100mA,掃描范圍2H為0030~80。[5]用RAP-I型入射角和波長(zhǎng)可變的全自動(dòng)橢圓偏振光譜儀(裝置如圖1所示)對(duì)薄膜的光學(xué)常數(shù)進(jìn)行測(cè)試。高穩(wěn)定性的75W超靜氙燈和HilgerDU560型0.5m光柵(1200線/毫米)單色儀產(chǎn)生精度為0.1nm的準(zhǔn)單色光,輔助氦氖激光器作樣品的準(zhǔn)直,可獲得優(yōu)于0.01b的入射角準(zhǔn)確度。實(shí)驗(yàn)測(cè)量了所制備的Al膜的橢偏參數(shù)W、$在260-850nm光頻范圍內(nèi)隨波長(zhǎng)K的變化。測(cè)量條件:光子0能量范圍為1

8、.5-5eV,能量掃描間隔為0.1eV,入射角為70。圖1全自動(dòng)橢偏光譜儀裝置原理圖2結(jié)果與討論2.1薄膜的微結(jié)構(gòu)圖2是250nm厚度Al膜在不同退火溫度下的X射線衍射譜。圖2不同退火溫度下的Al膜衍射譜圖0由圖2可知,制備的Al膜經(jīng)不同溫度退火后均呈多晶結(jié)構(gòu),晶體結(jié)構(gòu)仍為面心立方。在30-第3期宋學(xué)萍,等:退火溫度