【文章內(nèi)容簡介】 B1Pa2010030048C1Pa2020030048D1Pa2030030048（A）（B）（C）（D）、B、C、D四組放電參數(shù)。（A）中可以看出輝光是暗暗的藍色，輝光亮度較暗，說明此時由于在溫度下，真空腔內(nèi)的分子活性較低，因而與電子碰撞被電離的氣體的幾率較少，所以輝光放電較暗。（B）（A）較為鮮艷，而且亮度較亮，說明此時由于溫度的加大，真空腔內(nèi)的分子活性加大，因而與電子碰撞被電離的氣體的幾率增大，所以輝光放電變艷，（C）中，輝光的顏色明顯變得鮮艷，（A）（B）中的強，輝光達到最強，且每個孔均出現(xiàn)輝光。這說明隨著溫度的增加，與電子碰撞被電離的氣體的幾率增加，有利于薄膜的生長。（D）（C）變化不大， 這是因為溫度過高，過于頻繁的碰撞使離子體的密度略有下降，限制反應(yīng)速率。因此在特定功率下時，溫度增加到一定值時濺射速率將不再發(fā)生變化。從以上結(jié)果可以看出，在輝光放電過程中濺射溫度會影響放電的強弱，在一定溫度范圍內(nèi)，濺射溫度低的時候，放電的效果弱，使得薄膜的生長液會隨之減慢；濺射溫度高的時候，放電效果強，生長條件最佳。但如果超過這個范圍，放電先行不會增強。 不同制備條件對薄膜表面形貌的影響對薄膜表面的形貌的研究中，采用上海愛建納米有限公司聲場的AJIIIa原子力顯微鏡來觀察。原子力顯微鏡作為一種強有力的表面表征工具，它不僅可以表征材料的表面形貌，還能定量的研究表面的粗糙度、顆粒尺寸和分布，在許多學科均可發(fā)揮作用[11]。 原子力顯微鏡的機構(gòu)示意圖 AJIIIa型原子力顯微鏡 原子力顯微鏡的基本原理原子力顯微鏡，這是一種不需要導(dǎo)電試樣的掃描探針型顯微鏡。這種顯微鏡通過其粗細只有一個原子大小的探針在非常近的距離上探索物體表面的情況，便可以分辨出其他顯微鏡無法分辨的極小尺度上的表面細節(jié)與特征。由于它的出現(xiàn)，直接觀測微觀世界的大門被打開了。這種顯微鏡能以空前的高分辨率探測原子和分子的形狀，確定物體的電、磁與機械特性，甚至能確定溫度變化的情況。使用這種顯微鏡時無需使試樣發(fā)生變化，也無需使試樣受破壞性的高能輻射作用?？偟膩碇v，原子力顯微鏡的工作原理就是將探針裝在一彈性微懸臂的一端，微懸臂的另一端固定，當探針在樣品表面掃描時，探針與樣品表面原子間的排斥力會使得微懸臂輕微變形，這樣，微懸臂的輕微變形就可以作為探針和樣品間排斥力的直接量度。一束激光經(jīng)微懸臂的背面反射到光電檢測器，可以精確測量微懸臂的微小變形，這樣就實現(xiàn)了通過檢測樣品與探針之間的原子排斥力來反映樣品表面形貌和其他表面結(jié)構(gòu)。在原子力顯微鏡的系統(tǒng)中，可分成三個部分：力檢測部分、位置檢測部分、反饋系統(tǒng)（）。 原子力顯微鏡的工作原理1 力檢測部分在原子力顯微鏡（AFM）的系統(tǒng)中，所要檢測的力是原子與原子之間的范德華力。所以在本系統(tǒng)中是使用微小懸臂來檢測原子之間力的變化量。微懸臂通常由一個一般100~500μm長和大約500nm~5μm厚的硅片或氮化硅片制成。微懸臂頂端有一個尖銳針尖，用來檢測樣品－針尖間的相互作用力。這微小懸臂有一定的規(guī)格，例如：長度、寬度、彈性系數(shù)以及針尖的形狀，而這些規(guī)格的選擇是依照樣品的特性，以及操作模式的不同，而選擇不同類型的探針。以下是一種典型的AFM懸臂和針尖（）： 懸臂和針尖的掃描電鏡照片2 位置檢測部分在原子力顯微鏡的系統(tǒng)中，當針尖與樣品之間有了交互作用之后，會使得懸臂擺動，所以當激光照射在微懸臂的末端時，其反射光的位置也會因為懸臂擺動而有所改變，這就造成偏移量的產(chǎn)生。在整個系統(tǒng)中是依靠激光光斑位置檢測器將偏移量記錄下并轉(zhuǎn)換成電的信號，以供SPM控制器作信號處理。 激光位置監(jiān)視器。聚焦到微懸臂上面的激光反射到激光位置檢測器，通過對落在檢測器四個象限的光強進行計算，可以得到由于表面形貌引起的微懸臂形變量大小，從而得到樣品表面的不同信息。3 反饋系統(tǒng)在原子力顯微鏡的系統(tǒng)中，將信號經(jīng)由激光檢測器取入之后，在反饋系統(tǒng)中會將此信號當作反饋信號，作為內(nèi)部的調(diào)整信號，并驅(qū)使通常由壓電陶瓷管制作的掃描器做適當?shù)囊苿?，以保持樣品與針尖保持一定的作用力。AFM系統(tǒng)使用壓電陶瓷管制作的掃描器精確控制微小的掃描移動。壓電陶瓷是一種性能奇特的材料，當在壓電陶瓷對稱的兩個端面加上電壓時，壓電陶瓷會按特定的方向伸長或縮短。而伸長或縮短的尺寸與所加的電壓的大小成線性關(guān)系。也就是說，可以通過改變電壓來控制壓電陶瓷的微小伸縮。通常把三個分別代表X，Y，Z方向的壓電陶瓷塊組成三角架的形狀，通過控制X，Y方向伸縮達到驅(qū)動探針在樣品表面掃描的目的；通過控制Z方向壓電陶瓷的伸縮達到控制探針與樣品之間距離的目的[12]。原子力顯微鏡便是結(jié)合以上三個部分來將樣品的表面特性呈現(xiàn)出來的：在原子力顯微鏡的系統(tǒng)中，使用其針尖與樣品之間的相互作用，這作用力會使微懸臂擺動，再利用激光將光照射在懸臂的末端，當擺動形成時，會使反射光的位置改變而造成偏移量，此時激光檢測器會記錄此偏移量，也會把此時的信號給反饋系統(tǒng)，以利于系統(tǒng)做適當?shù)恼{(diào)整，最后再將其特性以影像的方式給呈現(xiàn)出來。 不同生長條件下薄膜表面形貌圖A、B、C、D四個樣品分別在不同溫度條件下制備，、粗糙度、刨面圖以及顆粒進行分析。 不同溫度下的薄膜樣品參數(shù)編號Ar/sccm電壓/V電流/A功率/W氣壓/Pa溫度/度A20300481常溫B20300481100C20300481200D20360481300（a）樣品A表面三維形貌圖（b）樣品A表面粗糙度分析圖（c）樣品A顆粒尺寸（a）樣品B表面三維形貌圖（b）樣品B表面粗糙度分析圖（c）樣品B顆粒尺寸（a）樣品C表面三維形貌圖（b）樣品C表面粗糙度分析圖（c）樣品C顆粒尺寸（a）樣品D表面三維形貌圖（b）樣品D表面粗糙度分析圖（c）樣品D顆粒尺寸 顆粒大小—溫度折線圖 粗糙度—溫度折線圖樣品A、B、C、D為不同溫度下生長的薄膜，（a）、（a）、（a）（a），（a）（a）為濺射溫度為常溫和100℃時的薄膜表面形貌圖，（b）（b）數(shù)據(jù)得知，在100攝氏度以下時，顆粒大小與粗糙度變化不大，而隨著溫度的升高，顆粒大小和粗糙度也隨著溫度的升高變大，、。顆粒變大的原因可能是基片溫度與薄膜的結(jié)晶狀態(tài)有關(guān)，低溫或者不加熱的情況，往往容易形成非晶態(tài)或微晶態(tài)，而高溫下容易形成晶態(tài)。由非晶態(tài)向晶態(tài)的轉(zhuǎn)變，是薄膜粗糙度發(fā)生了變化。因此較低的溫度生長出來的薄膜較為平整，粗糙度會隨基片溫度上升而增大。粗糙度變大可能的原因是在高的基體溫度下，吸附在基片表面的剩余氣體分子容易排除，特別是水分子，以增強靶材粒子與基片間的結(jié)合力。而且，高溫將促進物理吸附向化學吸附的轉(zhuǎn)化，增加粒子之間的相互作用。因此，基片溫度會影響薄膜的晶相，基片溫度升高有利于晶粒的長大[13]。基片加熱可導(dǎo)致薄膜生長過程中顆粒有足夠的能量發(fā)生遷移，有助于薄膜顆粒長大以及晶相的形成和轉(zhuǎn)變[14]。同時，提高基片溫度可以使膜層附著力增加，結(jié)構(gòu)緊密。 不同氣壓下的薄膜樣品參數(shù)編號Ar/sccm電壓/V電流/A功率/W氣壓/Pa溫度/度A20300481常溫E20300482常溫F20300483常溫G20300484常溫H20300485常溫E、A、F三個樣品分別在不同氣壓條件下制備，、粗糙度、刨面圖以及顆粒進行分析。（a）樣品E表面三維形貌圖（b）樣品E表面粗糙度分析圖（c）樣品E顆粒尺寸（a）樣品F表面三維形貌圖（b）樣品E表面粗糙度分析圖（c）樣品F顆粒尺寸（a）樣品G表面三維形貌圖（b）樣品G表面粗糙度分析圖（c）樣品G顆粒尺寸（a）樣品H表面三維形貌圖（b）樣品H表面粗糙度分析圖（c）樣品H顆粒尺寸 壓強—顆粒大小折線圖 壓強—粗糙度折線圖樣品A、B、C、D為不同溫度下生長的薄膜，（a）、（a）（a），（b）、（b）（b），顆粒大小隨壓強的變大變大（），從理論上講,在其他工藝參數(shù)相同的條件下,隨著工作壓強增大,更多的氣體分子易停留在晶界上, 使晶粒尺寸變大 [15]。，顆粒大小整體上較為均勻，局部產(chǎn)生湍流，以至于氣體不能再腔內(nèi)均勻分布，從而使得腔體內(nèi)不同位置氣體濃度不同，不同位置的薄膜沉積速率也會因此出現(xiàn)較大的差異[16]。其次可能因為實驗掃面過程中受外部信號的干擾。(b)（b）比較得出，粗糙度降低，是由于濺射粒子由于氣體粒子的碰撞增加，到達襯底的能量減小，粒子之間表面遷移減小，導(dǎo)致表面粗糙度有所增加，另外由于壓強的增大，薄膜的氣孔增大，也導(dǎo)致薄膜密度下降[17]。 表面污染、灰塵等對Cu膜的影響（A）（B）（C）（D）（E）（A）、（B）、（C）、金屬離子、硅粉粉塵等，造成硅片鍍膜易發(fā)生以上現(xiàn)象，使鍍Cu膜后不合格，影響測量。硅片清洗的目的就是要除去各類污染物，（E），這涉及到高凈化的環(huán)境、水、化學試劑和相應(yīng)的設(shè)備及配套工藝，難度越來越大，可見半導(dǎo)體行業(yè)中清洗工藝的重要性。結(jié) 論根據(jù)上述各部分分析可以得出工藝條件對膜質(zhì)量的影響：從輝光放電現(xiàn)象看，隨著濺射功率、反應(yīng)氣壓和溫度的增大，輝光放電先增強后趨于穩(wěn)定，是由于功率增加使得電子與氣體分子發(fā)生碰撞的平均自由程變短，輝光變強，功率增大到一定程度，等離子體達到飽和，輝光趨于穩(wěn)定。AFM的結(jié)果說明制備薄膜都是由納米顆粒組成的，材料表面比較平整，表面粗糙度較低，顆粒大小在不同制備條件下是不同的，大小分布遵循正態(tài)分布，顆粒大小集中在20200nm。射頻功率固定在48W、生長時間控制為15min，氣體為Ar，溫度增加時，顆粒尺寸與粗糙度有增大的趨勢。在氣壓增加的時候，顆粒大小隨壓強的增大而增大。磁控濺射可得到粗糙度很小的Cu膜,在濺射電流、時間一定的條件下工作壓強會導(dǎo)致Cu膜表面均方根粗糙度增大。材料制備條件對薄膜結(jié)構(gòu)有重要的影響，從而影響了薄膜的多種性質(zhì)。致 謝首先，我要感謝蘇州科技學院數(shù)理學院，感謝數(shù)理學院對我四年的培養(yǎng)，讓我學到了許許多多的知識，感謝校領(lǐng)導(dǎo)在這四年里對我的關(guān)懷與照顧，在此致以我深深的謝意。本研究及學位論文是在我的指導(dǎo)老師沈嬌艷老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。她嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。沈老師不僅在學業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，在此謹向沈老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。我還要感謝在一起愉快的度過畢業(yè)論文小組的同學們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。有多少可敬的師長、同學、朋友在我畢業(yè)論文設(shè)計階段給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們!最后，再次對關(guān)心、幫助我的老師和同學表示衷心地感謝！ 參 考 文 獻1 蔣宗禮. 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)論[M]，北京：高等教育出版社，20012 Haykin S著，葉世偉等譯. 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理(第2版) [M]. 北京：機械工業(yè)出版社，20043 徐萬勁. 磁控濺射技術(shù)進展及應(yīng)用[J]，現(xiàn)代儀器，2005，5，154 陸家和，陳長彥等. 表面分析技術(shù)[M]，北京：電子工業(yè)出版社，19875 陳榮發(fā). 電子束蒸發(fā)與磁控濺射鍍鋁的性能分析研究[J]，真空，2003 ，2 :11156 M. 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