氧化硅薄膜非平衡等離子體大氣壓四乙氧基硅烷沉積論文

1、大氣壓非平衡等離子體沉積類二氧化硅薄膜研究【摘要】 二氧化硅薄膜具有高硬度、耐磨、高光透過率、強的抗侵蝕能力以及良好的介電性能,因此在諸多領(lǐng)域得到了很好的應(yīng)用。針對不同用途的氧化硅薄膜,各種新的沉積技術(shù)不斷涌現(xiàn)。而大氣壓非平衡等離子體沉積技術(shù),作為一種具有代表性的新型薄膜沉積技術(shù),由于具有常壓等溫、薄膜沉積速率快等特點,因而受到了廣泛關(guān)注。本文概括性地介紹了二氧化硅薄膜的制備方法和大氣壓非平衡等離子體沉積技術(shù)的研究現(xiàn)狀；基于滑動弧放電方式,設(shè)計了噴槍式大氣壓等離子體沉積系統(tǒng)；采用FLUENT流體計算軟件對噴口外場空間進行了數(shù)值模擬；利用自行搭建的沉積系統(tǒng)成功地制備了類二氧化硅薄膜,并就沉積時間

2、、基底溫度、電源功率、單體流量、N2/02/H2流量對薄膜沉積速率的影響進行了研究,探討了沉積時間和基底溫度對薄膜表面形貌、化學(xué)結(jié)構(gòu)和硬度的影響。FLUENT軟件模擬了自由膨脹射流和沖擊射流外場的溫度、速度和組分等的分布。研究表明：射流自由膨脹時,沿著軸向,等溫線、等體積分數(shù)線和等速度線的形狀都是從錐形逐漸變成橢圓形；射流噴出后,沿徑向存在一個膨脹過程,在小范圍內(nèi),越遠離噴口,膨脹速度和范圍越大。射流沖擊基底時,在靠近基底表面的區(qū)域,由于基底對氣流. 更多還原【Abstract】 SiO2 has been used in many fields, since it is excel

3、lent in the properties such as hardness, anti-resistance, optical transparency, corrosion resistance, dielectric etc. Many different deposition technologies were developed for different purposes. Recently, non-equilibrium atmospheric pressure plasma deposition technology was developed for film depos

4、ition. It has attracted much attention, due to its advantages such as atmospheric-pressure, low temperature and high deposition rate.In this work, t. 更多還原 【關(guān)鍵詞】 氧化硅薄膜； 非平衡等離子體； 大氣壓； 四乙氧基硅烷； 沉積； 【Key words】 Silicon dioxide films； non-equilibrium plasma； atmospheric pressure； TEOS； deposition； 摘要

5、 5-7 Abstract 7-8 第一章 緒論 12-22 1.1 課題背景 12 1.2 熱氧化法 12-13 1.3 溶膠凝膠法 13 1.4 物理氣相沉積(PVD,Physical Vapor Deposition) 13-14 磁控濺射沉積 13-14 激光沉積法 14 1.5 化學(xué)氣相沉積法(CVD,Chemical Vapor Deposition) 14-17 傳統(tǒng)CVD法 15-16 等離子體增強化學(xué)氣相沉積法(PECVD,Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition) 16-17 1.6 大氣壓等離子體沉積技術(shù)研究現(xiàn)狀 17-21 大氣壓

6、非平衡等離子體概述 17-19 大氣壓低溫等離子體沉積裝置 19-20 大氣壓等離子體沉積技術(shù)的特點 20-21 1.7 本文的研究思路和目標 21-22 第二章 大氣壓等離子體設(shè)備的搭建和噴槍外場數(shù)值模擬 22-36 2.1 大氣壓等離子體設(shè)備搭建 22-24 噴槍等離子體的產(chǎn)生機理與噴槍結(jié)構(gòu) 22-23 大氣壓等離子體鍍膜設(shè)備的結(jié)構(gòu)介紹 23-24 2.2 噴槍外場數(shù)值模擬 24-34 基本假設(shè) 24 等離子體射流自由膨脹過程的二維模擬 24-29 等離子體射流沖擊基底的過程二維模擬 29-34 2.3 本章小結(jié) 34-36 第三章 類二氧化硅薄膜制備實驗與表征 36-44 3.1 引言

7、36 3.2 原料體系的確定 36-38 3.3 實驗裝置 38 3.4 試樣制備過程 38-40 實驗原料 38 基板處理 38-39 實驗步驟 39-40 樣品的系列沉積參數(shù) 40 3.5 樣品測試分析方法 40-44 傅立葉變換紅外光譜分析(FTIR) 40-41 X射線光電子能譜(XPS) 41 納米壓痕儀 41-42 光學(xué)橢偏儀 42-43 場發(fā)射掃描電鏡(FESEM) 43-44 第四章 大氣壓等離子體沉積類二氧化硅薄膜研究 44-64 4.1 大氣壓等離子體沉積類二氧化硅薄膜 44-48 薄膜的沉積方式 44-45 薄膜的化學(xué)結(jié)構(gòu) 45 薄膜的組分 45-47 薄膜的表面形貌 4

8、7-48 4.2 實驗參數(shù)對薄膜沉積速率的影響 48-54 沉積時間對沉積速率的影響 48 基底溫度對沉積速率的影響 48-49 電源功率對沉積速率的影響 49-50 單體(TEOS)流量對沉積速率的影響 50-51 N_2流量對沉積速率的影響 51-52 O_2流量對沉積速率的影響 52 H_2流量對沉積速率的影響 52-54 4.3 沉積時間對薄膜表面形貌、化學(xué)結(jié)構(gòu)和硬度的影響 54-57 沉積時間對薄膜表面形貌的影響 54-55 沉積時間對薄膜化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響 55-56 沉積時間對薄膜表面硬度的影響 56-57 沉積時間的影響機制 57 4.4 基底溫度對薄膜表面形貌、化學(xué)結(jié)構(gòu)和硬度的影響 57-61 基底溫度對薄膜表面形