專(zhuān)利名稱(chēng)：一種薄膜生長(zhǎng)過(guò)程原位動(dòng)態(tài)特性監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于薄膜生長(zhǎng)過(guò)程原位動(dòng)態(tài)特性監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種薄膜生長(zhǎng)過(guò)程原位動(dòng)態(tài)特性監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置。它由真空控制部分、直流濺射鍍膜部分和測(cè)量部分組成。通過(guò)在鍍膜的過(guò)程中，對(duì)薄膜電阻或輸出電壓的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，描述薄膜形成的機(jī)制。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，伴隨著新材料、新技術(shù)的飛速發(fā)展及半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的驚人進(jìn)步，電子信息產(chǎn)業(yè)日趨繁榮。體積小、重量輕、超薄型、高性能已成為新時(shí)代電子設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)。而薄膜器件的出現(xiàn)和技術(shù)突破則為推動(dòng)微電子技術(shù)的發(fā)展起著極其重要的作用。
進(jìn)入21世紀(jì)，全國(guó)各大學(xué)為了培養(yǎng)滿(mǎn)足社會(huì)需要的具有創(chuàng)新能力的人才，都進(jìn)行了系列的教學(xué)改革，與之相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容及教材也做出了相應(yīng)的變化，以適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展需要。反映新材料和新技術(shù)的應(yīng)用、基礎(chǔ)教學(xué)與前沿技術(shù)發(fā)展相結(jié)合已成為高校教學(xué)改革的方向。實(shí)驗(yàn)課教學(xué)是實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)、創(chuàng)造能力及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)培養(yǎng)的關(guān)鍵。充分利用實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)，讓學(xué)生在掌握基本原理的基礎(chǔ)上，有機(jī)會(huì)接觸到高新技術(shù)的應(yīng)用和使用最新的工藝設(shè)備，進(jìn)而從技能和經(jīng)驗(yàn)上縮短學(xué)生步入社會(huì)所需的適應(yīng)期。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種降低實(shí)驗(yàn)教育成本、縮短實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間、方便學(xué)生操作的薄膜生長(zhǎng)過(guò)程原位動(dòng)態(tài)特性監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置。
本發(fā)明由真空控制部分1、直流濺射鍍膜部分2，2’和測(cè)量部分組成。
1、真空控制部分1由機(jī)械泵、真空測(cè)量規(guī)和真空度顯示儀表組成；直流濺射鍍膜部分2由鍍膜用的靶材4、放置襯底的襯底架5和直流濺射電源2’組成；其測(cè)量部分由用于同襯底的電流輸入電極相連接的電流輸入接頭11和11’、用于同襯底的電壓輸出電極相連接的電壓輸出接頭10和10’、恒流源16、電流表18和電壓表15組成。
2、本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置中使用的襯底6上將預(yù)先制備有電流輸入電極7和7’，電壓輸出電極8和8’，二者的相對(duì)位置是電流輸入電極在外側(cè)，電壓輸出電極在內(nèi)側(cè)，即四接頭低電阻測(cè)量方法。襯底6可以是絕緣體材料，也可以是導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料，但應(yīng)在其表面制備一層絕緣體層，絕緣體層的厚度在200-50000納米。
3、使用本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置，可以在低背景真空度(約2帕斯卡)下實(shí)現(xiàn)鍍膜及對(duì)薄膜生長(zhǎng)過(guò)程原位動(dòng)態(tài)特性監(jiān)測(cè)。
4、本發(fā)明的直流濺射鍍膜室外罩為透明材料制成，如玻璃，可以在鍍膜過(guò)程中清晰地觀(guān)察到直流離子濺射所產(chǎn)生的輝光和薄膜形成過(guò)程中顏色的變化程度。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)在薄膜生長(zhǎng)過(guò)程中電阻這一物理特性的變化與測(cè)量，能夠清楚地反映薄膜生長(zhǎng)過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性，包括薄膜的不連續(xù)結(jié)構(gòu)的形成、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成和連續(xù)薄膜結(jié)構(gòu)的形成這三個(gè)主要生長(zhǎng)過(guò)程；本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置在設(shè)計(jì)思想上物理圖像清晰、理論分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)應(yīng)關(guān)系良好，在鍍膜過(guò)程中使操作者能夠清晰地觀(guān)察到直流離子濺射所產(chǎn)生的輝光和薄膜形成過(guò)程中顏色的變化程度，效果直觀(guān)；并且本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)單、縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間。本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置適合于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。


圖1是本發(fā)明的薄膜生長(zhǎng)過(guò)程原位動(dòng)態(tài)特性監(jiān)測(cè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的組成示意圖。真空控制部分1，直流濺射鍍膜部分2、2’，測(cè)量部分包括電流輸入接頭11、11’，電壓輸出接頭10，10’，恒流源16，電流表17和電壓表15，鍍膜用的靶材4，放置襯底的襯底架5，襯底6。
圖2是本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置的襯底6的示意圖。電流輸入電極7、7’，電壓輸出電極8、8’。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例的薄膜生長(zhǎng)過(guò)程中流過(guò)金薄膜的電流產(chǎn)生的電壓隨沉積時(shí)間的變化關(guān)系。
實(shí)施例1.在襯底上制備電流輸入電極和電壓輸出電極(1)襯底清洗把長(zhǎng)50毫米、寬25毫米、厚1毫米的普通玻璃襯底用丙酮進(jìn)行2分鐘超聲波清洗后，再用去離子水進(jìn)行2分鐘超聲波清洗，最后用無(wú)水乙醇進(jìn)行2分鐘超聲波清洗。清洗后的基片用氣鼓吹干。
(2)制備電流輸入電極和電壓輸出電極用刻有電極形狀的掩膜板覆蓋在清洗過(guò)的玻璃襯底上，用本發(fā)明裝置的在玻璃襯底上制備電流輸入電極和電壓輸出電極。電極為厚度約300納米的金薄膜，制備條件把直流濺射鍍膜室抽到小于2帕斯卡的真空度，然后通入工作氣體為4帕斯卡的氬氣，基片溫度為室溫，濺射電壓為1000伏，濺射電流8毫安，沉積時(shí)間5分鐘。
2.金薄膜生長(zhǎng)過(guò)程原位動(dòng)態(tài)特性監(jiān)測(cè)把具有電流輸入電極和電壓輸出電極的玻璃襯底放置在本發(fā)明裝置直流濺射鍍膜室的襯底架上，分別同測(cè)量部分的電流輸入接頭和電壓輸出接頭相連接，對(duì)直流濺射鍍膜室抽真空。打開(kāi)恒流電流源開(kāi)關(guān)，使輸出電流為40毫安，打開(kāi)電壓表開(kāi)關(guān)。然后，開(kāi)始直流濺射沉積金薄膜，對(duì)金薄膜的生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行原位動(dòng)態(tài)特性監(jiān)測(cè)。金薄膜的濺射沉積條件是把直流濺射鍍膜室抽到1.5帕斯卡的真空度，然后通入工作氣體為2.5帕斯卡的氬氣，基片溫度為室溫，濺射電壓為1000伏，濺射電流4毫安，襯底到金靶的距離為5厘米。圖3顯示了在金薄膜的整個(gè)沉積過(guò)程中流過(guò)金薄膜的電流產(chǎn)生的電壓隨沉積時(shí)間的變化關(guān)系。正如圖3中所顯示的那樣，在沉積開(kāi)始時(shí)，電壓值很小，薄膜是由很多很小的核構(gòu)成，即薄膜處于核生長(zhǎng)階段；繼續(xù)沉積，電壓隨沉積時(shí)間的增加而增加，這時(shí)金薄膜由很多大的島構(gòu)成，即薄膜處于島生長(zhǎng)階段，這一階段金薄膜還是具有不連續(xù)結(jié)構(gòu)；隨著沉積時(shí)間的繼續(xù)增加，電壓值迅速增加至最大，并開(kāi)始隨沉積時(shí)間降低，這段時(shí)間內(nèi)金薄膜形成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；隨后，電壓隨沉積時(shí)間的增加而進(jìn)一步單調(diào)減小，這時(shí)金薄膜具有了連續(xù)結(jié)構(gòu)。如上所述，在金薄膜沉積過(guò)程中，通過(guò)監(jiān)測(cè)流過(guò)金薄膜的電流產(chǎn)生的電壓隨沉積時(shí)間的變化，可以監(jiān)測(cè)薄膜從不連續(xù)結(jié)構(gòu)到網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)再到連續(xù)結(jié)構(gòu)這三個(gè)主要生長(zhǎng)過(guò)程，達(dá)到了對(duì)薄膜生長(zhǎng)過(guò)程原位動(dòng)態(tài)特性監(jiān)測(cè)目的。
權(quán)利要求1.一種薄膜生長(zhǎng)過(guò)程原位動(dòng)態(tài)特性監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置。其特征在于由真空控制部分(1)、直流濺射鍍膜部分(2，2’)和測(cè)量部分組成；其真空控制部分(1)由機(jī)械泵、真空測(cè)量規(guī)和真空度顯示儀表組成；直流濺射鍍膜部分(2，2’)由鍍膜用的靶材(4)、安放襯底(6)的襯底架(5)和直流濺射電源組成，鍍膜用的靶材(4)和安放襯底的襯底架(5)放置在直流濺射鍍膜室；測(cè)量部分由用于同襯底的電流輸入電極相連接的電流輸入接頭(11、11’)、用于同襯底的電壓輸出電極相連接的電壓輸出接頭(10、10’)、恒流源(16)、電流表(17)和電壓表(15)組成；襯底(6)上將預(yù)先制備有電流輸入電極和電壓輸出電極，二者的相對(duì)位置是電流輸入電極在外側(cè)，電壓輸出電極在內(nèi)側(cè)。
2.按照權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于直流濺射鍍膜室外罩為透明材料制成，襯底(6)可以是絕緣體材料，也可以是導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料，但應(yīng)在其表面制備一層絕緣體層，絕緣體層的厚度在200-50000納米。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供了一種薄膜生長(zhǎng)過(guò)程原位動(dòng)態(tài)特性監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置。由真空控制部分、直流濺射鍍膜部分和測(cè)量部分組成。其真空控制部分由機(jī)械泵、真空測(cè)量規(guī)和真空度顯示儀表組成；直流濺射鍍膜部分由鍍膜用的靶材、安放襯底的襯底架和直流濺射電源組成。鍍膜用的靶材和安放襯底的襯底架放置在直流濺射鍍膜室中；測(cè)量部分由用于同襯底的電流輸入電極相連接的電流輸入接頭、用于同襯底的電壓輸出電極相連接的電壓輸出接頭、恒流源、電流表和電壓表組成。襯底上將預(yù)先制備有電流輸入電極和電壓輸出電極，二者的相對(duì)位置是電流輸入電極在外側(cè)，電壓輸出電極在內(nèi)側(cè)。優(yōu)點(diǎn)是清楚地反映薄膜生長(zhǎng)過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性，價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)C23C14/52GK2641647SQ0320090
公開(kāi)日2004年9月15日 申請(qǐng)日期2003年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月14日
發(fā)明者黃筱玲, 田躍, 邱宏, 李 杰, 王鳳平, 吳平, 潘禮慶, 羅勝, 劉亞琪, 李祥林, 黨彥軍 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué), 北京科大天宇微電子材料技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司, 北京中科科儀技術(shù)發(fā)展有限責(zé)任公司