（材料物理与化学专业论文）ta及tao薄膜的制备及其电学性能研究.pdf

l j 、 f ，t 3 、 - _ s t u d y o nd e p o s i t i o na n de l e c t r o n i cp r o p e z h o uy a n m i n g m s ( h u n a nu n i v e r s i t y ) ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o r t h ed e g r e eo f d o c t o r o fe n g i n e e r i n g m a t e r i a ls c i e n c ea n de n g i n e e r i n g i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f h u n a nu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rx i ez h o n g s e p t e m b e r ，2 0 1 0 - 由本人承担。 作者签名： f 砷溉日期枷d 年夕月矽日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“ ) 作者躲一f 和帆日期衅罗月矽日 刷噬轹夕们 嗍沙p 年7 月2 7 7 日 - 一 t a 及t a - o 薄膜的制备及其电学性能研究 摘要 本文采用磁控溅射方法在玻璃基底上制备了纯t a 薄膜和低值t a o 薄膜。研 究了不同制备工艺参数以及热处理过程中上述两种成分薄膜的微观结构、表面形 貌以及化学组成的演变及其对电性能的影响。同时研究了t i 与t a o 。缓冲层的微观 结构、表面特性及其对沉积其上的t a 薄膜微观结构的影响，分析了缓冲层对t a 薄膜的生长机理以及t a t i 和t a t a o 。薄膜微观结构的演变对电学性能的影响。 溅射功率、沉积温度对t a 薄膜的沉积速率、结晶取向、o t a 比值以及电性能 起着重要作用；所沉积的t a 薄膜均呈现碳污染。随溅射功率的增加，t a 薄膜的沉 积速率几乎呈线性增大，薄膜中晶粒取向增多，颗粒尺寸增大，杂质碳原子含量 基本不变，o t a 比值减小，导电性能增加，t c r 往正值方向偏移。在3 0 0 5 0 0 范围沉积的t a 薄膜均为d t a ，择优取向为b t a ( 2 0 0 ) ，基底温度增加到6 5 0 ， 部分b t a 转化为a t a ，电阻率迅速下降。随着基底温度的升高，t a 薄膜的表面平 均粗糙度和颗粒尺寸变小，致密度提高，o t a 原子比值减小，电阻率减小。 不同热处理工艺对t a 薄膜的微观结构、表面特性与相的组成有重要影响，进 而影响其电性能。在0 2 p a 低真空环境中热处理，其室温电阻率随着热处理温度的 上升，呈先上升、后略微下降趋势；而在o 2 p a 0 2 中热处理，其室温电阻率随热处 理温度的上升而增大。相同的热处理温度，在0 2 中热处理后的t a 薄膜室温电阻 率都要比在低真空下热处理后的电阻率大。薄膜热处理后微观结构对电性能的影 响机理可以采用简单化的双层并联电阻模型，借助双导电特性来定性解释。 t a o 薄膜的微观结构、化学组成与溅射气氛中的0 2 含量有关。随着溅射气 体中0 2 含量的增加，薄膜的结晶相含量迅速减少。6 5 0 高温热处理促进t a o 薄 膜发生结晶析出；t a o 薄膜中氧的含量及微观结构的演变对电性能起主导作用。 真空环境下的电阻温度曲线随薄膜中氧含量的增加由近似线性关系逐渐演变为 近似指数形式，空气环境下的电阻温度特性曲线表现为冷却时的电f 且变化曲线斜 率要比加热时的斜率更负。 对比研究了不同厚度及氧含量的t a o 薄膜经不同温度、气氛和时间老化后的 电学稳定性能。不同厚度的t a o 薄膜，其a g r 值随着老化时间及温度的增加而 增大。t a o 薄膜在空气环境中经相同温度及时间老化后，其相对电阻变化( a r r ) 值随溅射气体中0 2 含量的增加而增大；t a o 薄膜存在老化稳定性较差的问题。 t a o 薄膜在空气或氧气气氛下老化处理后微观结构对电性能的影响机理可以用颗 粒边界氧扩散一氧化模型来定性解释。 沉积于玻璃和s i ( 1 1 1 ) 基底的t a t i 薄膜，其各结晶相的体积分数都受t i 缓冲 层厚度的影响。t i 缓冲层的引入能有效抑制t a 薄膜中p t a 相的生长，而促进a t a 、 博f ：学位论文 相的形成。将t i 缓冲层暴露于空气环境后，沉积的t a 薄膜由q t a 相和b t a 相组 成，其中b t a 分别呈( 2 0 0 ) 与( 0 0 4 ) 晶面择优取向生长，q t a 仍以( 1 1 0 ) 晶面择优取 向生长。t i 缓冲层对t a 薄膜的生长的影响机理，可用t i 缓冲层与t a 薄膜之间的 晶格匹配来解释。 t a o 。缓冲层的微观结构与表面形貌对t a 薄膜的微观结构、颗粒尺寸、表面形 貌以及断面形貌有重要影响，进而影响其电性能。随着0 2 a r 流量比值的增加， t a o 。缓冲层的结晶颗粒迅速减少，薄膜逐渐由晶态成分逐渐转变为非晶态成分占 主导地位，使沉积其上的t a 薄膜的结晶取向性变差，粒度减小，t a 薄膜与t a o 。 缓冲层之间逐渐出现明显的分界面。t a t a o 。薄膜内t a 颗粒的减小，使薄膜内晶 界密度增加，从而增强晶界电子散射效应，使t a t a o 。薄膜的室温电阻率增加。 关键词：t a 薄膜；t a o 薄膜；t a t i 薄膜；t a t a o 。薄膜；微观结构；电性能； 稳定性 一 c h a r a c t e r i s t i c so nt h et a n t a l u mf i l m sd e p o s i t e do nt h e mw e r ea l s oi n v e s t i g a t e d t h e g r o w nm o d e lo ft h et a n t a l u mf i l m sd e p o s i t e do nt ia n dt a o b u f f e rl a y e rf i l m sw a s a n a l y z e d f u r t h e r m o r e ，i tw a sa l s os t u d i e dt h a tt h ee f f e c t so fm i c r o s t r u c t u r ee v o l u t i o n o ne l e c t r i c a lp r o p e r t i e so ft h et a t ia n dt a t a o f i l m si nt h i sp a p e r s p u t t e r i n gp o w e ra n d s u b s t r a t et e m p e r a t u r ep l a yas i g n i f i c a n tr o l eo nt h e d e p o s i t i o nr a t e ，c r y s t a lo r i e n t a t i o n ，o t ar a t i oa n de l e c t r i c a lp r o p e r t i e so ft af i l m s a l l t af i l m si no u rs t u d ys h o wt h ep r e s e n c eo fc a r b o nc o n t a m i n a t i o n a si n c r e a s i n g s p u t t e r i n gp o w e r ，t h e c a r b o n a t o m i cc o n t e n ti nf i l m sk e e p sn oc h a n g e ，b u tt h e d e p o s i t i o nr a t eo ft af il m si n c r e a s e sl i n e a r l yn e a r l y ，t a n t a l u mf i l m ss h o wm o r eg r o w t h o r i e n t a t i o na n dt h eg r a i ns i z ei nf i l m sb e c o m e sl a r g ea n dt h eo t ar a t i oo ft h ef i l m s d e c r e a s e s ，w h i o hi n c r e a s e st h ec o n d u c t i v i t ya n dc a u s e st h et c r t os h i f tp o s i t i v ev a l u e t h et a n t a l u mf i l mw a sc o m p o s e do fp - t aa n ds h o w st h ep r e f e r r e do r i e n t a t i o no fp t a ( 2 0 0 ) a st h es u b s t r a t et e m p e r a t u r ew a si n c r e a s e df r o m3 0 0t o5 0 0c w h e nt h et af i l m s w e r ed e p o s i t e da t6 5 0 。c ，t h em e t a s t a b l eb t ap h a s ei nt h ef i l m sw a sp a r t i a l l y t r a n s f o r m e di n t ot h es t a b l ea t ap h a s e w h i c hm a k e st h er e s i s t i v i t yd e c r e a s e ds h a r p l y a si n c r e a s i n gs u b s t r a t et e m p e r a t u r e ，t h es u r f a c ea v e r a g er o u g h n e s s ，g r a i ns i z e ，o t a r a t i oo ft h et a n t a l u mf i l m sd e c r e a s e da n dt h ed e n s i t yo ft h et a n t a l u mf i l m si n c r e a s e d ， w h i c ha l lm a k et h er e s i s t i v i t yd e c r e a s e d d i f f e r e n th e a tt r e a t i n gp r o c e d u r ep l a y sa ni m p o r t a n tr o l eo nt h em i c r o s t r u c t u r e ， s u r f a c ep r o p e r t i e sa n dc r y s t a lp h a s eo ft a n t a l u mf i l m s ，w h i c hi n f l u e n c et h e i re l e c t r i c a l p r o p e r t i e s t h ee l e c t r i c a lr e s i s t i v i t ya tr o o mt e m p e r a t u r eo ft a n t a l u mf i l m sa n n e a l e da t l o wv a c u u mo fo 2 p ai sc o n t i n u o u si n c r e a s e da tt h eb e g i n n i n ga n dt h e nd e c r e a s e d g r a d u a l l ya si n c r e a s i n gt h ea n n e a l i n gt e m p e r a t u r e h o w e v e r ，t h ee l e c t r i c a lr e s i s t i v i t ya t r o o mt e m p e r a t u r eo ft a n t a l u mf i l m sa n n e a l e da t0 2a m b i e n c eo f0 2 p ai si n c r e a s e d r a p i d l ya si n c r e a s i n gt h ea n n e a l i n gt e m p e r a t u r e a tt h es a m ea n n e a l i n gt e m p e r a t u r e ， i v - i t h ee l e c t r i c a lr e s i s t i v i t yv a l u e sa tr o o mt e m p e r a t u r e o ft a n t a l u mf i l m sa n n e a l i n ga t 0 2 p a0 2 锄b i e n c ea r el a r g e rt h a nt h a ta n n e a l i n g a tl o wv a c u u mo fo 2 p a t h ee f f e c to f t h em i c r o s t r u c t u r eo nt h ee l e c t r i c a lp r o p e r t i e so ft a n t a l u m f i l m sa f t e ra n n e a l e da t d i f f e r e n tp r o c e d u r ec a nb ee x p l a i n e db yas i m p l ed o u b l el a y e rp a r a l l e l c o n n e c t l o n r e s i s t a n c em o d e la n dd u a lc o n d u c t i o nm o d e l t h em i c r o s t u r ea n dc h e m i c a lc o m p o s i t i o mo ft a of i l m sd e p e n d so nt h er e l a t i v e r a t e sa tw h i c ho x y g e ni sl e a k e di n t ot h es p u t t e r i n gs y s t e m 。a si n c r e a s i n g t h ef l o wr a t e s o fo x y g e n ，t h ei n c r y s t a lp h a s ec o n t e n to ft a of i l m sd e c r e a s e dr a p i d l y t h ep 。v s - t c u r v ei nv a c u u ma m b i e n c et r a n s f o r m e df r o mc l o s e l yl i n e a rt oe x p o n e n t i a lb e h a v i o u r w i t hi n c r e a s i n gt h eo x y g e nc o n t e n to ft h ef i l m s h o w e v e r ，i na t m o s p h e r ea m b i e n c e ，t h e s l o p eo ft h ep - v s tc u r v ef o rh e a t i n gp r o c e s sw a s m o r en e g a t i v et h a nt h a tf o rc o o l i n g p r o c e s s t h ev a l u eo fr e l a t i v er e s i s t a n c ec h a n g e ( a r r ) w a si n c r e a s e d w i t ht h eh i g h e r o x y g e nf l o wr a t e i tw a si n v e s t i g a t e dt h a t t h ee l e c t r i c a ls t a b i l i t y o ft a - of i l m sw i t hd i f f e r e n t t h i c k n e s sa n do x y g e nc o n t e n ta f t e ra g i n ga td i f f e r e n tt e m p e r a t u r e ，a m b i e n c ea n dt l m e t h ev a l u eo fr e l a t i v er e s i s t a n c ec h a n g e ( 欲尺) o f t a of i l m sw i t hd i f f e r e n tt h i c k n e s s w a si n c r e a s e da si n c r e a s i n ga g i n gt i m ea n dt e m p e r a t u r e a tt h es a m et e m p e r a t u r ea n d t i m e t h ev a l u eo fr e l a t i v er e s i s t a n c ec h a n g e ( 触r ) o f t a 。of i l m sa g e di na t m o s p h e r e w a si n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s eo fo x y g e nf l o wr a t ed u r i n gd e p o s i t i o n t h e t a - of i l m s s h o w e dp o o ra g i n gs t a b i l i t y t h e e f f e c to ft h em i c r o s t r u c t u r e o nt h ee l e c t r i c a l p r o p e r t i e so ft a of i l m sa f t e ra g e di na t m o s p h e r eo ro x y g e na m b i e n c e c a nb em a d ea q u a l i t a t i v ee x p l a i n a t i o nb ya no x y g e nd i f f u s i o n - o x i d a t i o no fg r a i nb o u n d a r y m o d e l t h ev o l u m ef r a c t i o no ft h en a n o c r y s t a l l i n ep h a s eo ft a t if i l m sd e p o s i t e d o ng l a s s o rs i ( 111 ) s u b s t r a t ew a si n f l u e n c e df r o mt h et h i c k n e s so f t ib u f f e rl a y e r t h et ib u f f e r l a v e rc a ne f f e c t i v e l yi n h i b i tt h ef o r m a t i o no ft h e1 3 - t ap h a s ea n dp r o m o t et h e 0 【r a p h a s eg r o w t hi nt af i l m s w h e nt h et ib u f f e rl a y e rw a se x p o s e dt oa t m o s p n e r e a m b i e n c e t h et af i l m sw e r ea l lc o m p o s e do f 0 【- t ap h a s ew h i c hs t i l lg r o w na tt h ea 。t a ( 1lo ) p r e f e r r e do r i e n t a t i o na n dp t ap h a s ew h i c hg r o w na t t h ep t a ( 2 0 0 ) a n dp 。t a ( 0 0 4 ) p r e f e r r e do r i e n t a t i o n ，r e s p e c t i v e l y t h ee f f e c to ft ib u f f e rl a y e r o nt h eg r o w t ho f t af i l m sc a nb ee x p l a i n e db yt h ec r y s t a ll a t t i c em a t c hb e t w e e nt h et i b u f f e ra n dt a f i i r e s t h em i c r o s t r u c t u r e a n ds u r f a c em o r p h o l o g yo ft a o d u f f e rl a y e rp l a y a n i m p o r t a n tr o l eo nt h em i c r o s t r u c t u r e ，g r a i ns i z e ，s u r f a c ea n d c r o s s 。s e c t i o n a lp r o p e r t l e s o ft af i l m s ，w h i c hi n f l u e n c et h i e fe l e c t r i c a lp r o p e r t i e s a si n c r e a s i n gt h e0 2 a rf l o w r a t e t h ea m o u n to fc r y s t a lg r a i n s i nt h et a o xd u f f e rl a y e rd e c r e a s e dr a p i d l y ，t h e v 一 t a 及t a o 薄膜的制备及j t 电学件能研究 d o m i n a n tc o m p o n e n ti nf i l m sc h a n g e df r o mc r y s t a l l i n ep h a s et oa m o r p h o u sp h a s e ， w h i c hr e d u c e dt h ec r y s t a lo r i e n t a t i o na n dd e c r e a s e dt h et ac r y s t a l l i n eg r a n u l a rs i z eo f f i l md e p o s i t e do ni t ，a n ds h o w e da na b v i o u si n t e r f a c eb e t w e e nt af i l ma n dt a o d u f f e r l a y e r t h ed e c r e a s eo ft h et ac r y s t a l l i n eg r a n u l a rs i z ei nt a t a o f i l m sw o u l di n c r e a s e t h ec r y s t a l l i n eb o u n d a r yd e n s i t yi nt h ef i l m sa n de n c h a n c ee l e c t r o ns c a t t e r i n ge f f e c t a m o n gt h ec r y s t a l l i n eb o u n d a r y , w h i c hi n c r e a s e dt h er o o mt e m p e r a t u r er e s i s t i v i t yo f t a t a o 。f i l m s k e y w o r d s ：t af i l m s ；t a - of i l m s ；t a t i f i l m s ；t a t a o xf i l m s ；m i s c r o s t r u c t u r e ： e l e c t r i c a lp r o p e r t i e s ；s t a b i l i t y v i 博 二学位论文 目录 学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书j i 摘要i i a b s t r a c t i v 插图索引i x 附表索引x i 第l 章前言_ 一l 1 1 电阻薄膜的研究与发展现状一l 1 2t a 薄膜的研究与发展现状1 1 2 1 t a 薄膜在集成电路导线互连和扩散阻挡层中的应用与发展一2 1 2 2t a 薄膜在电阻器中的应用与发展- 3 1 2 3t a 薄膜用作介电材料的应用与发展现状5 1 2 4t a 薄膜在其它器件中的应用8 1 3t a 薄膜的制备技术9 1 3 1t a 薄膜的主要制备技术9 1 3 2 溅射法在t a 薄膜制备技术中的应用9 1 3 3t a 薄膜常用溅射方法1 0 1 3 4 溅射工艺对t a 系电阻薄膜微观结构及电性能影响的有关研究一1 2 1 4 关于薄膜电学性能的研究理论1 6 1 4 1 连续会属薄膜的电导一1 6 1 4 2 非连续金属薄膜的电导1 7 1 4 3 金属微粒非金属薄膜的电导1 9 1 5 本论文的选题背景一2 0 1 6 本课题的目的及主要内容2 l 第2 章t a 薄膜的磁控溅射工艺与性能研究一2 3 2 1 引言2 3 2 2 薄膜样品的制备一2 3 2 2 1 实验用磁控溅射系统2 3 2 2 2t a 薄膜制备的实验方法与过程2 4 2 3 薄膜的微观结构表征及性能检测方法2 5 2 3 1 t a 薄膜的微观结构表征一2 5 2 3 2t a 薄膜的电学性能测量2 6 2 4 结果与讨论2 8 2 4 1 基底对溅射沉积t a 薄膜微观结构及电学性能的影响2 8 i t a 及t a - o 薄膜的制备及其屯学件能研究 2 4 2 工作气压对溅射沉积t a 薄膜的结构与电性能影响2 9 2 4 3 基底温度对溅射沉积t a 薄膜的结构与电性能影响3 4 2 4 4 溅射功率对溅射沉积t a 薄膜的结构与电性能影响3 7 2 4 5 热处理对溅射沉积t a 薄膜的结构与电性能影响4 7 2 5 本章小结5 4 第3 章磁控溅射制备t a o 薄膜及其性能研究5 5 3 1 引言5 5 3 2 实验方法与过程一5 6 3 3 不同氧含量对沉积t a o 薄膜的微观结构与电性能影响5 7 3 3 1 不同氧含量下沉积t a o 薄膜微观结构的演变5 7 3 3 2 不同氧含量下溅射沉积t a o 薄膜表面形貌一5 8 3 3 3t a o 薄膜微区化学成分6 0 3 3 4 热处理对t a o 薄膜微观结构影响一j 一6 l 3 3 5t a o 薄膜电学性能一6 3 3 4 t a o 薄膜的电学稳定性一6 9 3 5 本章小结一7 5 第4 章t a 复合层状薄膜的制备及其性能研究一7 7 4 1 引言7 7 4 2t a t i 双层薄膜的制备及其电学性能j 7 7 4 2 1t a t i 双层薄膜的制备7 7 4 2 2 t a t i 双层薄膜的微观结构演变一7 8 4 2 3t a t i 双层薄膜的电学性能8 5 4 3t a t a 0 。薄膜的制备及其电学性能8 6 4 3 1t a t a o 。薄膜的制备及表征8 6 4 3 2t a t a 0 。薄膜的微观结构演变一8 7 4 3 3t a t a 0 。薄膜的表面形貌一8 9 4 3 4 不同0 2 a r 流量比时t a o 。缓冲层的元素深度分布9 4 4 3 5t a 薄膜结构与t a o 。缓冲层关系探讨一9 5 4 3 6t a t a o 。薄膜结构对电性能影响分析一9 6 4 4 本章小结9 7 总结和展望9 9 参考文献1 0 1 附录a 攻读博士学位期间所发表的学术论文12 2 致谢12 3 博十学位论文 插图索引 图1 1 磁控溅射原理示意图1 1 图1 2 磁控溅射的物理过程1 l 图1 3t a 的偏压溅射1 3 图1 4t a 的二极溅射和偏压溅射1 4 图1 5 氮气分压对氮化钽电阻薄膜电阻率的影响1 4 图1 6 真空热处理温度对氮化钽电阻薄膜t c r 的影响1 5 图2 1 直流磁控溅射系统示意图2 4 图2 2 真空下样品电性能测试接线示意图2 7 图2 3 真空条件下样品电性能测量结构框图2 7 图2 4 大气环境下样品电学性能测试接线示意图2 7 图2 5 大气环境下样品电性能测量结构框图2 8 图2 6 溅射沉积在玻璃基片上的t a 薄膜a f m 形貌一2 8 图2 7 基底的a f m 表面形貌3 0 图2 8t a 薄膜溅射速率与工作气压关系曲线3 1 图2 9 不同工作气压溅射沉积t a 薄膜s e m 形貌3 2 图2 1 l 不同基底温度下沉积t a 薄膜的x 射线衍射图谱3 4 图2 1 2 不同基底温度下制备的t a 薄膜的a f m 形貌3 5 图2 1 3o t a 比值与基底温度变化关系曲线3 6 图2 1 4t a 薄膜电阻率与基底温度的关系3 7 图2 1 5t a 薄膜沉积速率与溅射功率关系曲线3 8 图2 1 6 不同溅射功率下沉积的t a 薄膜x 射线衍射图谱3 9 图2 1 7 不同溅射功率下沉积的t a 薄膜s e m 形貌4 1 图2 1 8 不同溅射功率下沉积的t a 薄膜t c r 变化曲线4 2 图2 1 9t a 薄膜样品i ( 2 0 2 ) i ( 2 0 0 ) 与溅射功率的变化关系曲线4 3 图2 2 0 不同功率下沉积的t a 薄膜样品表面俄歇电子能谱4 4 图2 2 l1 0 0 w 溅射功率时t a 薄膜样品深度分析的俄歇电子能谱4 4 图2 2 2 不同溅射功率下沉积的t a 薄膜x 射线能谱图一4 5 图2 2 3t a 薄膜溅射态和在o 2 p a 真空下于不同温度热处理后的x r d 图谱4 8 图2 2 4t a 薄膜溅射态和在0 2 p a0 2 下不同温度热处理后的x r d 图谱4 9 图2 2 5t a 薄膜在溅射态和不同温度与气氛下退火后的室温电阻率5 0 图2 2 6 双层电阻薄膜示意图5 l 图3 1 原子力显微镜测量薄膜厚度示意图5 7 t a 及t a - o 薄膜的制备及j e 电学性能研究 图3 2 溅射掩膜板示意图一5 7 图3 3 不同混合气体流量沉积的t a o 薄膜x r d 衍射图谱5 8 图3 4 不同混合气体流量沉积的t a o 薄膜x r d 衍射峰半高宽的变化一5 9 图3 5 不同混合气体流量沉积的t a o 薄膜s e m 形貌5 9 图3 6 混合气体流量为5 s c c m 时t a o 薄膜e d s 图谱6 1 图3 7 溅射态t a o 薄膜样品和6 5 0 真空退火的x r d 图谱6 2 图3 8 溅射态t a o 薄膜和6 5 0 氧气氛退火后的x r d 图谱6 2 图3 9 不同混合气体流量沉积的t a o 薄膜在真空环境的电阻温度曲线= 6 4 图3 1 0 不同混合气体流量沉积的t a o 薄膜的电阻率6 4 图3 1 1 不同混合气体流量沉积的t a o 薄膜的t c r 6 5 图3 1 3 不同混合气体流量沉积的t a o 薄膜一次热循环后的电阻变化率6 7 图3 1 4 不同混合气体流量沉积的t a 0 薄膜l n r 一1 t 关系曲线一6 9 图3 16 空气下不同氧流量时t a o 薄膜在lo o 时电阻时间曲线7 2 图3 1 7 空气下t a o 薄膜在l5 0 的电阻一时间曲线一7 3 图3 1 9 空气下室温时t a o 薄膜的电阻一时间变化曲线一7 4 图4 1 沉积于玻璃基底的t i 薄膜x 射线衍射图7 9 图4 2 在玻璃基片上沉积不同厚度t i 缓冲层后t a 薄膜x 射线衍射图谱7 9 图4 3 玻璃上t i 层暴露空气及不打破真空获得的t a t i 薄膜的x 射线图谱一8 0 图4 7s i ( 1 1 1 ) 上的t i 层暴露空气及不打破真空获得的t a t i 薄膜x 射线图谱8 2 图4 8 沉积于玻璃基底上的t i 缓冲层与t a 薄膜之间取向生长示意图一8 4 图4 9s i ( 1l1 ) 基底上t i 缓冲层与t a 薄膜之间取向生长示意图8 4 图4 1 0 不同不同0 2 a r 流量比时t a o 。缓冲层薄膜的x r d 衍射图谱8 8 图4 1lt a t a o 。双层薄膜在不同氧含量t a o ，缓冲层时的x 射线衍射图谱8 8 图4 1 2 不同0 2 a r 流量比时t a o 。缓冲层薄膜的s e m 形貌一9 0 图4 1 3 沉积在不同0 2 a r 流量比时t a o 。缓冲层上的t a 薄膜a f m 形貌9 l 图4 1 5 在不同0 2 a r 流量比时沉积的t a t a o 。薄膜的断面s e m 形貌9 3 图4 1 7 不同0 2 a r 流量比时t a o 。缓冲层的a e s 深度分布一9 5 x 表i 1 表2 1 表2 2 表2 3 表2 4 表2 5 表3 1 表3 2 表3 3 表3 4 表4 1 表4 2 表4 3 表4 4 博l = 学位论文 第1 章前言 1 1电阻薄膜的研究与发展现状 现代电子技术主要是微电子技术，在电子整机中广泛地使用着各种薄膜，如 各种薄膜元器件、薄膜复合元器件、薄膜网络、各种集成电路和多种布线板。在 这些应用中，薄膜电阻是使用得最早及最广泛的重要元器件之一。虽然从上世纪 3 0 年代就开始使用和研究薄膜电阻，但是随着现代电子技术的发展，电子设备对 薄膜电阻性能的要求越来越高1 2 】。在电子电路中，电阻器的主要作用是用来限制与 调节电路中的电压、电流和时间常数，并可作为匹配元件或耗能负载。由于薄膜 电阻器具有众多优良的性能如具有很高的稳定性和优良的电性能，因而人们越来 越多的采用电阻薄膜材料制备电阻体的薄膜来制备电阻器【2 弓】。目前，薄膜电阻器 在电子工业特别是微电子工业中占据着十分重要的地位，已被广泛地应用于微电 子设备中。 薄膜电阻器的使用要求是电阻率范围宽，即能覆盖高、中、低阻值范围，电 阻温度系数( t e m p e r a t u r ec o e f f i c i e n to f r e s i s t a n c e ) 小，电阻电压系数小，噪声系 数低，使用温度范围宽，高频性能好，稳定性和可靠性高，工艺性能好等。虽然 电阻薄膜的种类多种多样，但是现阶段能满足所需要的基本性能并广泛应用的电 阻薄膜主要有碳膜、金属氧化膜、金属或合金膜、金属陶瓷膜1 4 巧j 。目前，具有优 良热、电等性能的金属或合金膜电阻器是使用最为广泛的一种薄膜电阻器。金属 膜电阻器的研究始于1 9 2 6 年，到了1 9 5 0 年金属膜电阻器获得了普遍的应用，其 后随着电子工业的迅速发展以及薄膜制备工艺的长足进步，薄膜电阻器的精度与 可靠性有了进一步的提高【6 】。在设计与制造薄膜电阻器时，常