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N_(2)气流量对Hi PIMS制备SiN_(x)薄膜微观结构和力学性能的影响
1
作者
朱永明
张斌
《中国表面工程》
北大核心
2025年第2期245-254,共10页
由于氮化硅(SiN_(x))薄膜具有较高的介电常数、绝缘强度和优异的耐磨性,广泛应用于微电子和光电器件中,作为钝化层、介电层和耐磨涂层。然而如何制备高性能的SiN_(x)薄膜一直是工业界和学术界的研究热点,探究N_(2)气流量对高功率脉冲磁...
由于氮化硅(SiN_(x))薄膜具有较高的介电常数、绝缘强度和优异的耐磨性,广泛应用于微电子和光电器件中,作为钝化层、介电层和耐磨涂层。然而如何制备高性能的SiN_(x)薄膜一直是工业界和学术界的研究热点,探究N_(2)气流量对高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)制备SiN_(x)薄膜组织和力学性能的影响,选用硅靶和氮气,采用HiPIMS技术通过改变N_(2)气流量在硅(100)晶片上制备不同组分的SiN_(x)薄膜。利用X射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜和X射线衍射仪对所制备的薄膜成分、表面形貌及微观结构进行分析,采用纳米压痕仪和微米划痕仪对薄膜的硬度、弹性模量和结合力进行表征,并计算H/E和H^(3)/E^(2)。结果表明:薄膜的致密度和表面粗糙度随N_(2)气流量的增加而增加,制备的薄膜表面均显示出“橘皮状”结构,且薄膜呈现无定形结构。在N_(2)气流量为50 m L/min时,制备的薄膜具有最佳的弹性恢复(43.35%)、硬度(13.3 GPa)、弹性模量(154.1 GPa)和耐磨特性。研究通过计算H/E和H^(3)/E^(2)等参数,进一步量化薄膜的力学性能,为高性能SiN_(x)薄膜的设计和应用提供定量依据。研究成果不仅为利用Hi PIMS技术制备高质量SiN_(x)薄膜提供重要参考,还对提高SiN_(x)薄膜的工业生产水平具有现实意义。
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关键词
高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)
N2气流量
SiN_(x)薄膜
微观组织
力学性能
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职称材料
题名
N_(2)气流量对Hi PIMS制备SiN_(x)薄膜微观结构和力学性能的影响
1
作者
朱永明
张斌
机构
中国科学院兰州化学物理研究所材料磨损与防护重点试验室
中国科学院
大学
材料
与光电
研究
中心
出处
《中国表面工程》
北大核心
2025年第2期245-254,共10页
基金
中国科学院青年创新促进会项目(Y2021109)。
文摘
由于氮化硅(SiN_(x))薄膜具有较高的介电常数、绝缘强度和优异的耐磨性,广泛应用于微电子和光电器件中,作为钝化层、介电层和耐磨涂层。然而如何制备高性能的SiN_(x)薄膜一直是工业界和学术界的研究热点,探究N_(2)气流量对高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)制备SiN_(x)薄膜组织和力学性能的影响,选用硅靶和氮气,采用HiPIMS技术通过改变N_(2)气流量在硅(100)晶片上制备不同组分的SiN_(x)薄膜。利用X射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜和X射线衍射仪对所制备的薄膜成分、表面形貌及微观结构进行分析,采用纳米压痕仪和微米划痕仪对薄膜的硬度、弹性模量和结合力进行表征,并计算H/E和H^(3)/E^(2)。结果表明:薄膜的致密度和表面粗糙度随N_(2)气流量的增加而增加,制备的薄膜表面均显示出“橘皮状”结构,且薄膜呈现无定形结构。在N_(2)气流量为50 m L/min时,制备的薄膜具有最佳的弹性恢复(43.35%)、硬度(13.3 GPa)、弹性模量(154.1 GPa)和耐磨特性。研究通过计算H/E和H^(3)/E^(2)等参数,进一步量化薄膜的力学性能,为高性能SiN_(x)薄膜的设计和应用提供定量依据。研究成果不仅为利用Hi PIMS技术制备高质量SiN_(x)薄膜提供重要参考,还对提高SiN_(x)薄膜的工业生产水平具有现实意义。
关键词
高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)
N2气流量
SiN_(x)薄膜
微观组织
力学性能
Keywords
high-power impulse magnetron sputtering(HiPIMS)
nitrogen flow rates
SiN_(x)films
microstructure
mechanical property
分类号
TN305 [电子电信—物理电子学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
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1
N_(2)气流量对Hi PIMS制备SiN_(x)薄膜微观结构和力学性能的影响
朱永明
张斌
《中国表面工程》
北大核心
2025
0
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职称材料
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