一种分析工艺参数对薄膜结构和性能影响机理的方法技术

本发明专利技术公开了一种分析工艺参数对薄膜结构和性能影响机理的方法。所述方法采用中频磁控溅射技术在硅片和石英片上沉积了靶电流和气体流量不同的DLC和Ti‑DLC层，采用X射线衍射仪分析薄膜的成分；用分光光度计测量样品的透射率及吸收率；用拉曼光谱分析仪表征非晶碳层的价键结构；用三维白光表面轮廓仪检测膜层的表面粗糙度和厚度，考察靶电流和气体流量对薄膜结构及光学性能的影响，澄清工艺参数对薄膜结构和性能影响的机理。通过所述方法，可以清晰地考察靶电流和气体流量如何影响sp

A method for analyzing the influence of process parameters on the structure and properties of films

The invention discloses a method for analyzing the influence of technological parameters on the structure and performance of a thin film. The method of medium frequency magnetron sputtering on silicon and quartz film deposited on different target current and gas flow rate of DLC and Ti DLC layer, the composition analysis of thin films X ray diffraction; the transmittance of the samples were measured by spectrophotometer and the absorption rate; with the valence bond structure characterization of Raman spectra of amorphous carbon analyzer the surface layer; 3-D white surface profiler detection roughness and thickness, the influence of target current and gas flow rate on the structure and optical properties of the films, the influence mechanism of clarification process parameters on the structure and properties of the film. By using the method, it is possible to clearly investigate how target current and gas flow affect sp

【技术实现步骤摘要】
一种分析工艺参数对薄膜结构和性能影响机理的方法
本专利技术属于材料
，具体涉及一种分析工艺参数对薄膜结构和性能影响机理的方法。
技术介绍
Al基选择性吸收薄膜是一种最常用的多层渐变光热薄膜，但薄膜的应用却受制于工艺参数对涂层结构和性能影响机理研究的匮乏。影响机理是揭示Al系选择性吸收薄膜工艺、结构以及性能之间关系的唯一途径，可惜的是尚未有一种公认的影响机理。现有的研究主要着眼于通过工艺参数对折射率(n)和消光系数(k)的影响来获得最佳膜层厚度，却无法揭示其引起薄膜结构和性能变化的本质。因此，探索工艺参数对薄膜结构和性能的影响机理成为该领域重要的前沿课题。磁控溅射是制备Al系选择性吸收薄膜的首选方法，靶电流和气体流量是影响薄膜结构和性能变化的两个重要工艺参数。由sp2-C和sp3-C组成的DLC层是种良好的减反射层，其高硬度和耐腐蚀性还可以对涂层起到有效的保护作用；掺杂金属含量可以改善DLC吸收层的性能。但很少看到相关的系统报道：(1)靶电流和气体流量如何影响sp2-C和sp3-C结构变化；(2)结构变化与涂层性能间的内在关系；(3)金属掺杂对于薄膜结构和光学性能的作用机理。由于薄膜中各层的结构特点以及作用各不相同，只有通过逐层探索这两种参数对涂层结构和性能的影响机理，才能揭示出Al系DLC选择性吸收薄膜工艺、结构、性能之间关系的真相。因此，本专利技术以Al/Ti-DLC/DLC选择性吸收薄膜为研究对象，逐层考察涂层中靶电流和Ar流量对于DLC减反射层和Ti-DLC吸收层结构、光学性能的影响，探讨Ti金属掺杂对于Ti-DLC吸收层的影响，提出一种分析工艺参数对薄膜结构和性能影响机理的方法。
技术实现思路
为了澄清工艺参数对薄膜结构和性能影响的机理，本专利技术提供一种分析工艺参数对薄膜结构和性能影响机理的方法，通过所述方法，可以清晰地考察(1)靶电流和气体流量如何影响sp2-C和sp3-C结构变化；(2)结构变化与涂层性能间的内在关系；(3)金属掺杂对于薄膜结构和光学性能的作用机理。为实现上述目标，本专利技术采用以下技术方案：一种分析工艺参数对薄膜结构和性能影响机理的方法，所述方法采用中频磁控溅射技术在硅片和石英片上沉积了靶电流和气体流量不同的DLC和Ti-DLC层，采用X射线衍射仪(X-raydiffraction，XRD)分析薄膜的成分；用分光光度计测量样品的透射率及吸收率；用拉曼光谱分析仪表征非晶碳层的价键结构；用三维白光表面轮廓仪检测膜层的厚度，考察靶电流和气体流量对薄膜结构及光学性能的影响，澄清工艺参数对薄膜结构和性能影响的机理。优选的，本专利技术所述方法以Al/Ti-DLC/DLC选择性吸收薄膜为研究对象，逐层考察涂层中靶电流和Ar流量对于DLC减反射层和Ti-DLC吸收层结构、光学性能的影响，探讨Ti金属掺杂对于Ti-DLC吸收层的影响，探究工艺参数对薄膜结构和性能影响的机理。具体研究内容包括：(1)靶电流和气体流量如何影响sp2-C和sp3-C结构变化；(2)结构变化与涂层性能间的内在关系；(3)金属掺杂对于薄膜结构和光学性能的作用机理。对于DLC减反射层，主要考察DLC薄膜制备中C靶电流和Ar流量对减反射层结构(sp2-C和sp3-C比例)以及透射率的影响。对于Ti-DLC吸收层，主要考察Ti-DLC薄膜制备中Ti靶电流对吸收层sp2-C和sp3-C结构以及吸收率的影响。优选的，硅片用于薄膜结构分析，石英片用于薄膜光学性能测试。考察C靶电流和Ar流量对DLC层透射率，和Ti靶电流对Ti-DLC吸收率的影响对于DLC减反射层，主要研究C靶电流和Ar流量如何引起DLC结构中sp2-C/sp3-C的比例变化，以及这个结构改变如何引起该层透射率的变化。就DLC层sp2-C/sp3-C的比例而言，通常利用ID/IG来判断。但当sp3-C所占比例较高时，sp3-C随ID/IG变化不敏感，故本专利技术所述方法结合ID/IG和G峰半峰宽来定量判断DLC层中sp3-C含量。对于Ti-DLC吸收层，主要研究Ti靶电流对何引起Ti-DLC吸收层结构中sp2-C/sp3-C的比例变化，以及这个结构改变如何引起该层吸收率的变化。靶电流和Ar流量通过改变薄膜sp2-C/sp3-C比例来影响薄膜的光学性能；Ti金属掺杂形成的TiC纳米晶通过提高sp2-C的比例来改善Ti-DLC吸收层的吸收率。所述方法包括以下步骤：1)样品制备：采用中频磁控溅射镀膜系统在单面抛光的单晶硅片Si(100)和石英片上制备几种具有不同靶电流和气体流量的DLC和Ti-DLC层的薄膜。其中，硅片用于薄膜结构分析，石英片用于薄膜光学性能测试。预处理期间，把基材先在乙醇溶液中超声波清洗15min,再用丙酮溶液超声波清洗15min,用去离子水冲洗干净后用氮气吹干，置于真空室中待沉积。2)薄膜的表征方法：采用X射线衍射仪(XRD)分析薄膜的成分；用分光光度计测量样品的透射率及吸收率；用拉曼光谱分析仪表征非晶碳层的价键结构；用三维白光表面轮廓仪检测膜层的表面粗糙度和厚度。3)探索C靶电流对DLC减反射层的结构和透射率的影响：分析C靶电流如何引起DLC结构中sp2-C/sp3-C的比例以及表面粗糙度的变化，以及这些结构变化怎样引起DLC减反射层的透射率的变化；4)探索Ar流量对DLC减反射层的结构和透射率的影响：分析Ar流量如何引起DLC结构中sp2-C/sp3-C的比例变化，以及这个结构变化怎样引起DLC减反射层的透射率的变化；5)探索Ti靶电流对Ti-DLC吸收层的结构和吸收率的影响：分析Ti靶电流如何引起Ti-DLC吸收层结构中sp2-C/sp3-C的比例变化，以及这个结构变化怎样引起Ti-DLC吸收层的吸收率的变化；6)总结靶电流和Ar流量对Al/Ti-DLC/DLC选择性吸收薄膜的结构和性能的影响机理：通过调整靶电流和Ar流量的工艺参数，可以改变sp2-C/sp3-C的比例，从而影响SSAC各层的光学性能。本专利技术的优点和有益效果为：1)通过逐层分析靶电流和气体流量对薄膜结构和光学性能的影响，系统全面地回答了以下问题：靶电流和气体流量如何影响sp2-C和sp3-C结构变化；结构变化与涂层性能间的内在关系；金属掺杂对于薄膜结构和光学性能的作用机理；2)总结出了工艺参数对薄膜结构和性能的影响机理，即通过调整靶电流和气体流量的工艺参数，可以改变sp2-C/sp3-C的比例以及选择性吸收薄膜各层的表面粗糙度，从而影响SSAC各层的光学性能。填补了理论和实践空白。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1为本专利技术实施例所述的Al/Ti-DLC/DLC选择性吸收薄膜结构示意图。图2为本专利技术实施例所述的五种不同靶电流条件下DLC层的透射率曲线。图3为本专利技术实施例所述的ID/IG随靶电流的变化关系图。图4为本专利技术实施例所述的G峰峰位和G峰半峰宽随靶电流的变化关系图。图5为本专利技术实施例所述的六种不同Ar流量条件下DLC层的透射率曲线。图6为本专利技术实施例所述的ID/IG值随Ar流量的变化关系图。图7为本专利技术实施例所述的G峰峰位和G峰半峰宽随Ar流量的变化关系图。图8为本专利技术实施例所述的不同电流下的XRD图谱。图9为本专利技术实施例所述的ID/IG随Ti靶电流的变化关系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分析工艺参数对薄膜结构和性能影响机理的方法，其特征在于：所述方法采用中频磁控溅射技术在硅片和石英片上沉积了靶电流和气体流量不同的DLC和Ti‑DLC层，采用X射线衍射仪分析薄膜的成分；用分光光度计测量样品的透射率及吸收率；用拉曼光谱分析仪表征非晶碳层的价键结构；用三维白光表面轮廓仪检测膜层的表面粗糙度和厚度，考察靶电流和气体流量对薄膜结构及光学性能的影响，澄清工艺参数对薄膜结构和性能影响的机理。

【技术特征摘要】
1.一种分析工艺参数对薄膜结构和性能影响机理的方法，其特征在于：所述方法采用中频磁控溅射技术在硅片和石英片上沉积了靶电流和气体流量不同的DLC和Ti-DLC层，采用X射线衍射仪分析薄膜的成分；用分光光度计测量样品的透射率及吸收率；用拉曼光谱分析仪表征非晶碳层的价键结构；用三维白光表面轮廓仪检测膜层的表面粗糙度和厚度，考察靶电流和气体流量对薄膜结构及光学性能的影响，澄清工艺参数对薄膜结构和性能影响的机理。2.如权利要求1所述的一种分析工艺参数对薄膜结构和性能影响机理的方法，其特征在于：所述方法以Al/Ti-DLC/DLC选择性吸收薄膜为研究对象，逐层考察涂层中靶电流和Ar流量对于DLC减反射层和Ti-DLC吸收层结构、光学性能的影响，探讨Ti金属掺杂对于Ti-DLC吸收层的影响，探究工艺参数对薄膜结构和性能影响的机理。3.如权利要求1所述的一种分析工艺参数对薄膜结构和性能影响机理的方法，其特征在于：所述方法具体研究内容包括：(1)靶电流和气体流量如何影响sp2-C和sp3-C结构变化；(2)结构变化与涂层性能间的内在关系；(3)金属掺杂对于薄膜结构和光学性能的作用机理。4.如权利要求1所述的一种分析工艺参数对薄膜结构和性能影响机理的方法，其特征在于：对于DLC减反射层，主要研究C靶电流和Ar流量如何引起DLC结构中sp2-C/sp3-C的比例和表面粗糙度的变化，以及这些结构改变如何引起该层透射率的变化。5.如权利要求4所述的一种分析工艺参数对薄膜结构和性能影响机理的方法，其特征在于：就DLC层sp2-C/sp3-C的比例而言，通常利用ID/IG来判断，但当sp3-C所占比例较高时，sp3-C随ID/IG变化不敏感，故本发明所述方法结合ID/IG和G峰半峰宽来定量判断DLC层中sp3-C含量。6.如权利要求1所述的一种分析工艺参数对薄...

【专利技术属性】
技术研发人员：于翔，杨子江，蔡胜挺，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11