反应溅射AlN 薄膜的动态特性

　      氮化铝(AlN) 薄膜受到广泛的关注,是由于其具有很多优异的物理和化学性能。例如它具有高化学和热稳定性、高硬度(大约2 ×103kgf·mm-2) 、高热导率(320W·(mK)-1) 、高电阻率、宽禁带(612eV) 、低热膨胀系数( 4ppm·K- 1 ) 和高声表面波传播速度(5167km·s-1) 等优点。优良的力学、电学、光学性质,使AlN 薄膜在电子、光电以及声表面波等领域有着广泛的应用前景。

          由于反应磁控溅射可以采用金属Al靶材和N2制备AlN化合物薄膜,避免了制备高纯AlN 化合物靶的繁难,因而得到广泛的应用。然而,反应气体流量和其他过程参数之间的关系是非线性的,通常会出现迟滞现象。反应溅射的静态迟滞特点可以根据经典的Berg 模型得到合理的解释。最近,作者已经对反应溅射AlN 薄膜的静态特性进行了详细研究 。

        为了能增强对该过程的深入理解,需要建立一反应溅射的动态模型来研究反应溅射过程随时间变化的特性,同时利用该模型也可以节省设计反馈控制系统的时间并能提供有价值的输入参数。本文的目标是建立一动态模型来研究反应溅射AlN 薄膜的动态特性。在Berg 模型的基础上,已经有一些作者考察了反应溅射的动态行为。但是,这些模型都没有考虑二次电子发射系数的影响,也不能考察放电电压这个参数的变化。本文在Berg 模型基础上考虑了二次电子发射系数影响并包含了放电电压方程建立了反应溅射动态模型,利用该模型考察了当反应气体流量发生突变时,反应溅射AlN 薄膜的动态特性。

　    建立了反应溅射的动态模型来研究溅射AlN 薄膜的动态特性。模型考虑了二次电子发射系数的变化并且包括了放电电压参数。模型清楚地表明了,反应溅射制备AlN 薄膜当氮流量发生突变时氮分压、靶表面组成、放电电压的动态特性。无论是金属模式过渡到化合物模式还是化合物模式过渡到金属模式,过程都表现了明显的记忆效果。通过比较放电电压的计算值和实验值可以看出,模拟和实验基本一致,说明模型能够很好地描绘反应溅射制备AlN 的动态过程。

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