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等离子体增强磁控溅射沉积碳化硅薄膜的化学结构与成膜机理
  • ISSN号:1000-6818
  • 期刊名称:《物理化学学报》
  • 时间:0
  • 分类:O646[理学—物理化学;理学—化学] O484.1[理学—固体物理;理学—物理]
  • 作者机构:[1]大连理工大学物理与光电工程学院,三束材料改性教育部重点实验室,辽宁大连116023
  • 相关基金:国家自然科学基金(60576022 50572012)资助项目~~
中文摘要:

以CH4和Ar为工作气体,单晶硅为溅射靶,通过微波电子回旋共振(MW-ECR)等离子体增强非平衡磁控溅射方法在不同的CH4流量和沉积温度下制备了a-Si1-xCx∶H薄膜.利用傅里叶变换红外(FT-IR)光谱,X光电子能谱(XPS)和纳米硬度仪等表征方法研究不同沉积参数下薄膜的化学结构、化学配比和硬度的变化.结果表明:室温(25℃)下随CH4流量由5cm·3min-1增加到45cm3·min-1(标准状态)时,薄膜中Si—CH2键,C—H键含量逐渐增加,Si—H键变化不明显;膜中C原子百分比由28%增至76%,Si原子百分比由62%降至19%.当CH4流量为15cm3·min-1时,随沉积温度的升高,薄膜中Si和C原子百分比含量分别为52%和43%,且基本保持不变;膜中Si—H键和C—H键转化为Si—C键,薄膜的显微硬度显著提高,在沉积温度为600℃时达到29.7GPa.根据分析结果,提出了室温和高温下a-Si1-xCx:H薄膜生长模型.

英文摘要:

Hydrogenated amorphous silicon carbide (a-Si1-xCx:H) films were prepared by microwave electron cyclotron resonance (MW-ECR) plasma enhanced unbalance magnetron sputtering with a silicon target and CH4 as Si and C sources, respectively. The influence of CH4 flow rate and the deposition temperature on the chemical structure, stoichiometry, and hardness were investigated by Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and nano-indentation. The results indicated that, as the CH4 flow rate increased from 5 to 45 cm3·min-1 (standard state), the amount of Si—CH2 groups and C—H groups increased constantly, but the number of Si—H groups did not change. The atomic concentration of C increases from 28% to 76% while Si decreases from 62% to 19%. The amount of Si—H and C—H groups in the deposited films decreases dramatically while the Si—C bonds and the hardness of the resultant films increase with an increase in deposition temperature at a constant CH4 flow rate. The atomic concentrations of Si and C remain almost constant at about 52% and 43%, respectively. The hardness of the deposited films with a constant CH4 flow rate of 15 cm3·min-1 increases to 29.7 GPa at a deposition temperature of 600 ℃. We propose a growth mechanism for the a-Si1-xCx:H films at room temperature (25 ℃) and at high temperature based on the characterization results.

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期刊信息
  • 《物理化学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:北京大学化学与分子工程学院承办
  • 主编:刘忠范
  • 地址:北京大学化学楼
  • 邮编:100871
  • 邮箱:whxb@pku.edu.cn
  • 电话:010-62751724
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6818
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1892/O6
  • 邮发代号:82-163
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:24781