直流磁控濺射制備HfO-,2-薄膜及其光學(xué)性能研究.pdf

1、氧化鉿(HfO2)是一種性能優(yōu)異的光電薄膜材料，它具有較高的硬度、良好的熱穩(wěn)定性以及較高的介電常數(shù)，在半導(dǎo)體行業(yè)被視為替代SiO2的理想材料。特別是作為光學(xué)材料，HfO2薄膜具有寬的帶隙、較高的折射率、較大的硬度和抗激光損傷閾值以及在近紫外到紅外波段具有良好的透過性能，成為目前制備高激光損傷閾值光學(xué)薄膜的優(yōu)異材料而備受關(guān)注。
　　 本文用直流磁控濺射法在硅襯底和石英襯底上制備了HfO2薄膜，并研究了制備工藝如襯底溫度、濺射氣壓和

2、氧氬比對(duì)其結(jié)構(gòu)、沉積速率、成分、光學(xué)特性的影響。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　 (1)分別在室溫(RT)至500℃下制備了HfO2薄膜。研究結(jié)果顯示：不同襯底溫度下制備的HfO2薄膜均為單斜多晶結(jié)構(gòu)，且沿(-111)面擇優(yōu)生長；隨襯底溫度的升高，(-111)面擇優(yōu)生長更加明顯，薄膜中晶粒尺寸隨之增大，襯底溫度對(duì)沉積速率無明顯影響；襯底溫度升高，薄膜折射率增加，光學(xué)帶隙變小；HfO2薄膜在250nm～850nm范圍內(nèi)有良好的透過性

3、能，透過率在80％以上。
　　 (2)分別在氧氬比為1∶9至3∶2條件下制備了HfO2薄膜。研究結(jié)果表明：不同的氧氬比對(duì)HfO2薄膜結(jié)構(gòu)的影響不大；隨著氧氬比的升高，薄膜沉積速率下降；SEM觀測表明氧氬比1∶4左右時(shí)制備的薄膜較為致密均勻，折射率也較大；XPS研究顯示氧氬比從1∶9升至3∶2，HfO2薄膜中氧原子和鉿原子比例從1.91降至1.38，這導(dǎo)致在較高氧氬比下制備的薄膜光學(xué)帶隙較?。谎鯕灞葘?duì)薄膜透過率沒有顯著影響，在20

4、0nm～850nm范圍內(nèi)，透過率在85％以上。
　　 (3)分別在濺射氣壓2.5Pa至8.0Pa條件下制備了HfO2薄膜。結(jié)果顯示：低氣壓下制備的HfO2薄膜(-111)面擇優(yōu)生長較為明顯，隨著濺射氣壓升高，(111)面衍射峰強(qiáng)度相對(duì)增加，(-111)面擇優(yōu)生長減弱；薄膜沉積速率隨著濺射氣壓的升高先增大后減小，濺射氣壓4.0Pa時(shí)，薄膜襯底速率達(dá)到最大。在300nm～850nm范圍內(nèi)，薄膜的透過率都在80％以上，高氣壓時(shí)制備的薄