氧化硅薄膜非平衡等离子体大气压四乙氧基硅烷沉积论文

1、大气压非平衡等离子体沉积类二氧化硅薄膜研究【摘要】 二氧化硅薄膜具有高硬度、耐磨、高光透过率、强的抗侵蚀能力以及良好的介电性能,因此在诸多领域得到了很好的应用。针对不同用途的氧化硅薄膜,各种新的沉积技术不断涌现。而大气压非平衡等离子体沉积技术,作为一种具有代表性的新型薄膜沉积技术,由于具有常压等温、薄膜沉积速率快等特点,因而受到了广泛关注。本文概括性地介绍了二氧化硅薄膜的制备方法和大气压非平衡等离子体沉积技术的研究现状；基于滑动弧放电方式,设计了喷枪式大气压等离子体沉积系统；采用FLUENT流体计算软件对喷口外场空间进行了数值模拟；利用自行搭建的沉积系统成功地制备了类二氧化硅薄膜,并就沉积时间

2、、基底温度、电源功率、单体流量、N2/02/H2流量对薄膜沉积速率的影响进行了研究,探讨了沉积时间和基底温度对薄膜表面形貌、化学结构和硬度的影响。FLUENT软件模拟了自由膨胀射流和冲击射流外场的温度、速度和组分等的分布。研究表明：射流自由膨胀时,沿着轴向,等温线、等体积分数线和等速度线的形状都是从锥形逐渐变成椭圆形；射流喷出后,沿径向存在一个膨胀过程,在小范围内,越远离喷口,膨胀速度和范围越大。射流冲击基底时,在靠近基底表面的区域,由于基底对气流. 更多还原【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. 更多还原 【关键词】 氧化硅薄膜； 非平衡等离子体； 大气压； 四乙氧基硅烷； 沉积； 【Key words】 Silicon dioxide films； non-equilibrium plasma； atmospheric pressure； TEOS； deposition； 摘要

5、 5-7 Abstract 7-8 第一章 绪论 12-22 1.1 课题背景 12 1.2 热氧化法 12-13 1.3 溶胶凝胶法 13 1.4 物理气相沉积(PVD,Physical Vapor Deposition) 13-14 磁控溅射沉积 13-14 激光沉积法 14 1.5 化学气相沉积法(CVD,Chemical Vapor Deposition) 14-17 传统CVD法 15-16 等离子体增强化学气相沉积法(PECVD,Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition) 16-17 1.6 大气压等离子体沉积技术研究现状 17-21 大气压

6、非平衡等离子体概述 17-19 大气压低温等离子体沉积装置 19-20 大气压等离子体沉积技术的特点 20-21 1.7 本文的研究思路和目标 21-22 第二章 大气压等离子体设备的搭建和喷枪外场数值模拟 22-36 2.1 大气压等离子体设备搭建 22-24 喷枪等离子体的产生机理与喷枪结构 22-23 大气压等离子体镀膜设备的结构介绍 23-24 2.2 喷枪外场数值模拟 24-34 基本假设 24 等离子体射流自由膨胀过程的二维模拟 24-29 等离子体射流冲击基底的过程二维模拟 29-34 2.3 本章小结 34-36 第三章 类二氧化硅薄膜制备实验与表征 36-44 3.1 引言

7、36 3.2 原料体系的确定 36-38 3.3 实验装置 38 3.4 试样制备过程 38-40 实验原料 38 基板处理 38-39 实验步骤 39-40 样品的系列沉积参数 40 3.5 样品测试分析方法 40-44 傅立叶变换红外光谱分析(FTIR) 40-41 X射线光电子能谱(XPS) 41 纳米压痕仪 41-42 光学椭偏仪 42-43 场发射扫描电镜(FESEM) 43-44 第四章 大气压等离子体沉积类二氧化硅薄膜研究 44-64 4.1 大气压等离子体沉积类二氧化硅薄膜 44-48 薄膜的沉积方式 44-45 薄膜的化学结构 45 薄膜的组分 45-47 薄膜的表面形貌 4

8、7-48 4.2 实验参数对薄膜沉积速率的影响 48-54 沉积时间对沉积速率的影响 48 基底温度对沉积速率的影响 48-49 电源功率对沉积速率的影响 49-50 单体(TEOS)流量对沉积速率的影响 50-51 N_2流量对沉积速率的影响 51-52 O_2流量对沉积速率的影响 52 H_2流量对沉积速率的影响 52-54 4.3 沉积时间对薄膜表面形貌、化学结构和硬度的影响 54-57 沉积时间对薄膜表面形貌的影响 54-55 沉积时间对薄膜化学结构的影响 55-56 沉积时间对薄膜表面硬度的影响 56-57 沉积时间的影响机制 57 4.4 基底温度对薄膜表面形貌、化学结构和硬度的影响 57-61 基底温度对薄膜表面形