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氮化钛薄膜的制备与光电性能研究

作　者: 安子凤
导　师: 史新伟；姚宁
学　校: 郑州大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 磁控溅射 TiN薄膜 光学性能
分类号: O484.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 106次
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内容摘要


氮化钛是由离子键、共价键和金属键混合组成的一种宽禁带半导体材料,它的结构决定了其优异的性能,如耐高温、耐腐蚀、硬度高、化学稳定性好等,主要应用于工业、装饰业以及电子行业等。其主要光学性能有两点：近红外区的高反射和可见光区的半透明,这种性能符合低辐射节能玻璃的性能要求,所以研究氮化钛的光电性能具有重要意义。氮化钛的制备方法多种多样,如化学气相沉积、离子镀、溅射镀等。本文采用传统的直流磁控溅射法以及改进的能量过滤磁控溅射技术两种方法对氮化钛薄膜的光电性能做了研究,主要分为两部分一在玻璃衬底上镀制了氮化钛薄膜,研究了温度、氮氩比和压强对薄膜光电性能的影响,得到最佳制备工艺参数。(1)温度对薄膜光电性能的影响：研究结果表明,随着温度的升高,薄膜的透过率和近红外反射率都有所提高,而且高温下薄膜结晶度好,电阻率减小(2)氮氩比对薄膜光电性能的影响：随着氮氩比的减小,薄膜的透过率有所下降,氮气含量的减少使得薄膜中钛的含量增大,薄膜的自由载流子增多,以至于电阻率下降；(3)压强对薄膜光电性能的影响：随着压强的增大,由于反应气体相互碰撞的增加,导致钛到达衬底表面的动能减少,沉积速率下降,最终导致薄膜的透过率增加,但是反射率和电阻、厚度减小。二采用改进的装置,即能量过滤磁控溅射技术,对薄膜的光电性能做了研究。能量过滤磁控溅射技术对薄膜光电性能的影响：实验结果表明,采用能量过滤磁控溅射由于减小了离子对衬底表面的轰击作用,改善了薄膜表面粗糙度,也使得薄膜更致密、晶粒细化、缺陷减少,提高了薄膜的光学性能。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-10
1 绪论  10-21
  1.1 引言  10-11
  1.2 节能镀膜玻璃的种类和研究现状  11-13
    1.2.1 多层复合膜  11-12
    1.2.2 半导体单层膜  12-13
  1.3 节能镀膜玻璃的理论基础  13-17
    1.3.1 节能镀膜玻璃的节能原理  13-15
    1.3.2 节能镀膜玻璃的主要功能特点和性能评价指标  15-17
  1.4 氮化钛薄膜的研究现状和基本性质  17-20
    1.4.1 氮化钛薄膜的研究现状  17-18
    1.4.2 氮化钛薄膜的结构及基本性质  18-20
  1.5 本课题的研究意义及研究内容  20-21
    1.5.1 研究意义  20
    1.5.2 研究内容  20-21
2 氮化钛薄膜的制备和性能表征  21-34
  2.1 氮化钛薄膜的制备方法  21-24
    2.1.1 磁控溅射原理  21-22
    2.1.2 镀膜设备及原料介绍  22-24
  2.2 氮化钛薄膜的制备过程  24-25
    2.2.1 衬底的处理  24
    2.2.2 实验操作过程  24-25
  2.3 氮化钛薄膜的性能表征  25-34
    2.3.1 结构和形貌的表征  25-27
    2.3.2 光学性能的测试和表征  27-31
    2.3.3 电学性能的测试和表征  31-34
3 工艺参数对薄膜性能的影响  34-56
  3.1 能量过滤磁控溅射技术的介绍  34-36
  3.2 衬底温度对薄膜性能的研究  36-44
    3.2.1 衬底温度对薄膜结晶性能的影响  37-38
    3.2.2 衬底温度对薄膜透光率的影响  38-40
    3.2.3 衬底温度对薄膜近红外反射率和方块电阻的影响  40-41
    3.2.4 衬底温度对薄膜吸收率和禁带宽度的影响  41-42
    3.2.5 衬底温度对薄膜光学常数和厚度的影响  42-44
  3.3 氮氩比对薄膜性能的影响  44-49
    3.3.1 氮氩比对薄膜结晶性能的影响  45-46
    3.3.2 氮氩比对薄膜透光率的影响  46
    3.3.3 氮氩比对薄膜电阻率的影响  46-48
    3.3.4 氮氩比对薄膜光学常数的影响  48-49
  3.4 压强对薄膜性能的影响  49-55
    3.4.1 压强对氮化钛薄膜透光率的影响  50-51
    3.4.2 压强对氮化钛薄膜厚度的影响  51-52
    3.4.3 压强对氮化钛薄膜电阻率的影响  52-54
    3.4.4 压强对氮化钛薄膜反射率的影响  54-55
  3.5 本章小结  55-56
4 能量过滤磁控溅射技术对氮化钛薄膜性能的影响  56-61
  4.1 能量过滤磁控溅射技术对氮化钛薄膜性能的影响  56-60
    4.1.1 能量过滤磁控溅射技术对氮化钛薄膜结晶性能的影响  56-57
    4.1.2 能量过滤磁控溅射技术对氮化钛薄膜表面形貌的影响  57-58
    4.1.3 能量过滤磁控溅射技术对氮化钛薄膜透光率的影响  58-59
    4.1.4 能量过滤磁控溅射对氮化钛薄膜反射率和电阻的影响  59-60
  4.2 本章小结  60-61
5 存在的问题与展望  61-62
  5.1 存在的问题  61
  5.2 展望和建议  61-62
6 结论  62-63
参考文献  63-66
致谢  66-67
个人简历及硕士期间发表论文  67

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 薄膜物理学 > 薄膜的生长、结构和外延
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