Phương pháp phún xạ Magnetron RF và ứng dụng trong công nhệ chế tạo màng mỏng bán dẫn

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ NGUYỄN THỊ HẠNH PHƯƠNG PHÁP PHÚN XẠ MAGNETRON RF VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÀNG MỎNG BÁN DẪN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HÀ NỘI – 2012 MỞ ĐẦU Thế giới chứng kiến thay đổi chóng mặt khoa học cơng nghệ Sự phát triển khoa học công nghệ đem lại diện mạo cho sống người công nghệ điện tử viễn thông Sự phát triển vật liệu công nghệ vật liệu bán dẫn trở thành vấn đề then chốt nghiệp cơng nghiệp hố, đại hố đất nước Vật liệu bán dẫn công nghệ chế tạo hai vấn đề gắn kết, tách rời để chế tạo sản phẩm chất lượng cao cho xã hội Vật liệu bán dẫn nhóm vật liệu đa dạng Bán dẫn vật liệu hữu vô cơ, chất rắn, lỏng, tinh thể, vơ định hình, có từ tính khơng từ tính Mặc dù có khác biệt cấu tạo thành phần hóa học loại vật liệu có tính chất đặc biệt khả thay đổi tính chất tác động lượng bên ngồi Ví dụ Pin mặt trời linh kiện có khả chuyển đổi quang thành điện năng, mạng thơng tin sở, xí nghiệp, loại điốt phát quang, transistor, chip … linh kiện, thiết bị chủ yếu sử dụng vật liệu bán dẫn Để có vật liệu bán dẫn có tính năng, tiện ích mong muốn, người ta đưa nhiều phương pháp chế tạo vật liệu khuyếch tán, khắc ăn mòn quang học … Màng mỏng bán dẫn nhà khoa học nước toàn giới đặc biệt quan tâm vai trò khoa học kỹ thuật ứng dụng Màng mỏng, khoa học kỹ thuật, hiểu lớp chất rắn phủ lên bề mặt vật rắn khác (vật rắn gọi đế) với chiều dày tới hạn mà hiệu ứng vật liệu tính chất thể khơng giống vật liệu khối Nhìn chung, chiều dày màng mỏng đề cập công nghệ vật liệu linh kiện điện tử, quang điện tử, nằm khoảng 10 ÷ 1000 nm Ngày nay, cơng nghệ chế tạo màng mỏng vô đa dạng phong phú, bao gồm nhiều phương pháp khác nhau, từ đơn giản đến phức tạp Là sinh viên, để chuẩn bị hành trang kiến thức cho tương lai em chọn “Phương pháp phún xạ magnetron rf ứng dụng công nghệ chế tạo màng mỏng bán dẫn” làm đề tài nghiên cứu Trong trình nghiên cứu, em chủ yếu tập trung vào phương pháp chế tạo màng mỏng bán dẫn phún xạ rf phương pháp sử dụng phổ biến công nghệ chế tạo màng mỏng bán dẫn có nhiều ưu điểm Mục đích chọn đề tài - Tìm hiểu phương pháp phún xạ - Cơng nghệ chế tạo màng mỏng phương pháp phún xạ rf Đối tƣợng nghiên cứu Để đạt mục đích nghiên cứu nhiệm vụ nêu xác định đối tượng nghiên cứu sau: - Một vài phương pháp chế tạo màng mỏng - Các bước chế tạo màng mỏng phún xạ rf - Chế tạo màng mỏng TiO2 phún xạ rf Phạm vi nghiên cứu Phương pháp phún xạ magnetron rf: ưu điểm, nhược điểm phương pháp phún xạ rf, Ứng dụng phương pháp phún xạ magnetron rf chế tạo màng mỏng TiO2 Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu tài liệu - Tổng hợp, phân tích thơng tin thu nhận kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm Chƣơng PHƢƠNG PHÁP PHÚN XẠ 1.1 Phún xạ Phún xạ (sputtering) hay phún xạ catốt (cathode sputtering) kỹ thuật chế tạo màng mỏng dựa nguyên lý truyền động cách dùng ion khí tăng tốc điện trường bắn phá bề mặt vật liệu từ bia vật liệu, truyền động cho nguyên tử bay phía đế lắng đọng đế Hình 1.1: Mơ hình phún xạ 1.2 Bản chất q trình phún xạ Khác với phương pháp bay bốc nhiệt, phún xạ không làm cho vật liệu bị bay đốt nóng mà thực chất q trình phún xạ trình truyền động Vật liệu nguồn tạo thành dạng bia (target) đặt điện cực (thường catốt), buồng hút chân khơng cao -2 nạp khí với áp suất thấp (cỡ 10 mbar) Dưới tác dụng điện trường, ngun tử khí bị iơn hóa, tăng tốc chuyển động phía bia với tốc độ lớn bắn phá bề mặt bia, truyền động cho nguyên tử vật liệu bề mặt bia Các nguyên tử truyền động bay phía đế lắng đọng đế Các nguyên tử gọi nguyên tử bị phún xạ Cơ chế trình phún xạ va chạm trao đổi xung lượng, hoàn toàn khác với chế phương pháp bay bốc nhiệt chân không Do chế tạo vật liệu phương pháp phún xạ trình chuyển nguyên tử vật rắn dạng khối bia sang dạng màng mỏng đế 1.3 Các loại phún xạ 1.3.1 Phún xạ phóng điện chiều (DC discharge sputtering) Là kỹ thuật phún xạ sử dụng hiệu điện chiều để gia tốc cho iơn khí Bia vật liệu đặt điện cực âm (catốt) chuông chân khơng hút chân khơng cao, sau nạp đầy khí (thường -2 Ar He…) với áp suất thấp (cỡ 10 mba) Tuỳ thuộc vào thiết bị mà diện tích bia nằm khoảng từ 10 đến vài trăm centimet vng Anốt đế tồn thành chng chân khơng Khoảng cách catốt-anốt ngắn nhiều khoảng cách nguồn-đế bốc bay chân không thường 10 cm Trong khí trơ, Argon sử dụng để phún xạ nhiều cả, áp suất trì chuông cỡ Torr Plasma trường hợp hình thành trì nhờ nguồn điện cao áp chiều Cơ chế hình thành plasma giống chế phóng điện lạnh khí Người ta sử dụng hiệu điện chiều cao đặt bia (điện cực âm) đế mẫu Hình 1.2 Sơ đồ hệ phóng điện cao áp chiều (DC-sputter) (điện cực dương) Điện tử thứ cấp phát xạ từ catốt gia tốc điện trường cao áp, chúng ion-hóa ngun tử khí, tạo lớp plasma (đó trạng thái trung hòa điện tích vật chất mà phần lớn ion + dương điện tử) Các ion khí Ar bị hút catốt, bắn phá lên vật liệu làm bật nguyên tử khỏi bề mặt catốt.Quá trình q trình phóng điện có kèm theo phát sáng (sự phát quang iơn hóa) Vì dòng điện dòng điện chiều nên điện cực phải dẫn điện để trì dòng điện, kỹ thuật thường dùng cho bia dẫn điện (bia kim loại, hợp kim, …) Tuy nhiên, hiệu suất phún xạ trường hợp thấp Ngày phương pháp phún xạ cao áp chiều không sử dụng công nghệ chế tạo màng 1.3.2 Phún xạ phóng điện xoay chiều (RF discharge sputtering) Là kỹ thuật sử dụng hiệu điện xoay chiều để gia tốc cho iơn khí Nó có cấu tạo chung hệ phún xạ, nhiên máy phát máy phát cao tần sử dụng dòng điện tần số sóng vơ tuyến (thường 13,56 MHz) Điện áp đặt điện cực hệ chân không nguồn xoay chiều tần số từ 0,1 MHz trở lên, biên độ khoảng 0,5 đến kV Mật độ dòng ion tổng hợp tới bia khoảng mA/cm , biên độ dòng cao tần tổng hợp cao nhiều (có lớn gấp bậc nữa) Vì dòng điện xoay chiều, nên sử dụng cho bia vật liệu không dẫn điện Máy phát cao tần tạo hiệu điện xoay chiều Hình 1.3: Sơ đồ hệ phóng điện cao tần có dạng xung vng Vì hệ sử dụng tụ chặn làm tăng hiệu suất bắn phá ion dòng điện xoay chiều nên phải qua phối hợp trở kháng hệ tụ điện có tác dụng tăng cơng suất phóng điện bảo vệ máy phát Q trình phún xạ có khác so với phún xạ chiều chỗ bia vừa bị bắn phá iơn có lượng cao nửa chu kỳ âm hiệu điện bị bắn phá điện tử nửa chu kỳ dương Phún xạ cao tần có nhiều ưu điểm so với phún xạ cao áp chiều, thí dụ điện áp thấp, phún xạ áp suất khí thấp hơn, tốc độ phún xạ lớn đặc biệt phún xạ tất loại vật liệu từ kim loại đến oxit hay chất cách điện Plasma phún xạ cao tần hình thành trì nhờ nguồn cao tần, giống q trình ion hóa xảy phún xạ cao áp Tuy nhiên, ngày phún xạ cao tần riêng biệt khơng sử dụng hiệu suất phún xạ chưa cao Người ta sử dụng phún xạ magnetron để khắc phục nhược điểm 1.3.3 Phún xạ magnetron Là kỹ thuật phún xạ (sử dụng với xoay chiều chiều) cải tiến từ hệ phún xạ thông dụng cách đặt bên bia nam châm Như mơ tả phần trên, với cấu hình điện cực hai phương pháp phún xạ có điện trường vng góc với bề mặt bia Nhưng với magnetron thấy từ trường nam châm tạo đường sức vng góc với điện trường (có nghĩa song song với mặt phẳng bia) Vì thế, từ trường tập trung tăng cường plasma vùng gần bia Từ trường nam châm có tác dụng bẫy điện tử iơn lại gần bia tăng hiệu ứng iơn hóa, tăng số lần va chạm iôn, điện tử với ngun tử khí bề mặt bia làm tăng tốc độ lắng đọng, giảm bắn phá điện tử iôn bề mặt màng, giảm nhiệt độ đế tạo phóng điện áp suất thấp Bây xem bẫy điện tử làm việc nào? Cấu mơ tả hình 1.4 (a, b) tạo hiệu ứng điện Chúng ta có “hiệu ứng Hall”, chồng lên dòng có hướng chuyển động quanh bia “con quay” Hình 1.4:Sơ đồ nguyên lý bẫy điện tử từ trường hệ phún xạ magnetron Bán kính quỹ đạo (ρ) quay xác định công thức:  m   qB Trong đó:  - m khối lượng điện tử; -  thành phần vuông góc tốc độ điện tử đường sức;  - B cảm ứng từ Nhìn chung, hệ phún xạ thực, bán kính quỹ đạo có giá trị nhỏ, khoảng đến vài milimét Vì vậy, giam hãm điện tử gần bề mặt bia hiệu Các điện tử chuyển động quanh đường sức chúng bị tán xạ nguyên tử Trong thực tế, magnetron tồn khoảng thời gian ngắn sau lực khơng còn, điện tử bị bẫy sau số lượt chuyển động vòng quanh Để hiểu tốt vấn đề magnetron, Thiết bị đặt Phòng Thí nghiệm Trọng điểm, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học cơng nghệ Việt nam 3.1.4 Phân tích cấu trúc bề mặt hiển vi điện tử quét lực nguyên tử Hiển vi điện tử quét (SEM) phương pháp chụp ảnh bề mặt mẫu Nói độ phân giải SEM so sánh, thí dụ với mắt người bình thường giới hạn độ phân giải 700.000 Å Phân giải cao mắt thường kính hiển vi quang học, độ phân giải 300 nm Độ phân giải SEM đạt 30 Å Còn hiển vi điện tử truyền qua có độ phân giải đạt Å Độ phân giải nằm khoảng từ Å – 100 Å hiển vi ion trường (FIM) hiển vi đầu dò qt trường gần (NFSPM) Kích thước nhỏ mẫu 0,1 mm, kích thước lớn phụ thuộc vào thiết bị SEM cụ thể,thường kích thước lớn gá mẫu, khoảng 50 mm Trên hình chùm tia điện tử hội tụ lên mẫu tạo vùng tương tác có đường kính chiều sâu khoảng µm Tuy nhiên ảnh SEM tạo thành từ điện tử thứ cấp từ độ sâu 100 Å (Hình 3.3).Cho nên màng mỏng không nên sử dụng SEM để khảo sát cấu trúc bề mặt kết nhận bị ảnh bề mặt đế Hình 3.3: Vùng tương tác chùm tia điện tử với bề mặt vật rắn Phương pháp AFM khảo sát mẫu mỏng, ảnh tạo phương pháp lực nguyên tử lớp ngồi Bán kính mũi dò nhỏ 400 Å Qua ảnh hai phương pháp SEM AFM tính kích thước hạt tinh thể độ gồ ghề màng mỏng Phương pháp AFM cho kết độ gồ ghề xác hơn, SEM cho thơng tin cấu trúc hình thái học bề mặt tốt Trong nhiều thiết bị SEM có gắn hệ vi phân tích tia X dò điện tử (EPMA) Bằng thiết bị khảo sát phân bố thành phần cấu tạo màng mỏng cách quan sát chụp ảnh bề mặt mẫu SEM, sau phân tích thành phần cấu tạo (EPMA) 3.1.5 Phân tích cấu trúc tinh thể phương pháp nhiễu xạ tia X Bước sóng đặc trưng tia X khoảng Å (thí dụ, đồng 1,5406 Å) Kích thước nhỏ thứ bậc với khoảng cách mặt mạng tinh thể, chiếu tia X lên chất rắn nhận hình ảnh nhiễu xạ tia X với mặt mạng tinh thể Phương pháp có khả xác định số mạng sở, phân tích pha cấu trúc mẫu (với độ phân giải khoảng 3% khối lượng) nghiên cứu khuyết tật tinh thể Các mẫu để phân tích thường kết tinh, khơng phải tinh thể nhiễu xạ tia X khơng xảy Các máy nhiễu xạ đại phân tích cấu trúc mẫu với khối lượng thấp đến mg Độ xuyên sâu tia X vào chất rắn đạt 10 đến 100 m Công thức sử dụng phân tích nhiễu xạ tia X phương trình Bragg mơ tả định luật nhiễu xạ tia X, là: 2dhkl sinθ =  (3.2) Trong đó: dhkl khoảng cách hai mặt mạng liền kề (với số Miller (hkl) đặc trưng cho đối xứng mạng); θ góc nhiễu xạ; là bước sóng tia X sử dụng Trong trường hợp này, dùng đến nhiễu xạ bậc 1, vế phải khơng có hệ số n Trên hình 17a minh họa tượng nhiễu xạ tia X mặt phẳng mạng tinh thể, qua chứng minh cơng thức Bragg Hình 3.4: a) Hiện tượng nhiễu xạ tia X mặt mạng tinh thể; b) Sơ đồ nguyên lý máy nhiễu xạ tia X Trong phương pháp đa tinh thể, từ thực nghiệm ghi giản đồ nhiễu xạ tia X với bước sóng (bước sóng ống phát tia X sử dụng), xác định góc nhiễu xạ, tính khoảng cách mặt mạng dhkl Hằng số mạng a, b, c xác định từ d100, d010 d001 Bảng tập hợp dhkl với cường độ nhiễu xạ có tệp liệu cấu trúc tinh thể (hiện phần mềm thiết bị có sẵn tệp tra cứu này), so sánh đối chiếu tập hợp dhkl nhận từ thực nghiệm phù hợp với cấu trúc biết Trong màng mỏng chứa nhiều pha cấu trúc khác (thí dụ oxit vanađi có VO 2, V2 O5, V 2O5 …) giản đồ nhiễu xạ có đỉnh đặc trưng cho pha cấu trúc Do ý nghĩa thực tiễn phương pháp ghi giản đồ nhiễu xạ tia X phương pháp khảo sát cấu trúc màng sở biết cấu trúc Muốn nghiên cứu cấu trúc tinh thể phải sử dụng phương pháp đơn tinh thể Hiện với việc phát triển kỹ thuật nhiễu xạ tia X, người ta chứng minh phương pháp ghi giản đồ nhiễu xạ hồn tồn áp dụng để xác định kích thước hạt tinh thể màng mỏng (hay vật liệu nói chung) Đó cơng thức Sherrer: 0,9 g   Trong đó: (3.3) co s τg kích thước hạt tinh thể β độ rộng (tính theo radian) đỉnh nhiễu xạ ½ chiều cao đỉnh (độ rộng bán đỉnh); θ góc nhiễu xạ; là bước sóng tia X sử dụng Từ công thức nhận thấy tinh thể khối có cấu trúc hồn hảo (khơng có hạt nanơ tinh thể) tất đỉnh nhọn, khơng có độ rộng bán đỉnh (β→0 τg→∞) Nhiễu xạ tia X màng mỏng thường cho đỉnh không sắc nhọn trường hợp tinh thể khối, màng mỏng cấu trúc nanơ cho đỉnh tương đối tù với cường độ nhiễu xạ không lớn Chƣơng CHẾ TẠO MÀNG MỎNG TIO2 BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHÚN XẠ MAGNETRON RF 4.1 Giới thiệu màng mỏng TiO2 Màng TiO2 quan tâm lớn nhà khoa học giới khẳ ứng dụng phong phú khoa học đời sống Màng TiO2 có độ rộng vùng cấm lớn, chiết suất cao, chúng thường dùng để chế tạo thiết bị quang điện, thiết bị quang xúc tác chất điện môi màng tụ điện Ngoài màng TiO2 suốt vùng khả kiến hồng ngoại, hấp thụ vùng khả kiến nên chúng sử dụng cho ứng dụng quang học dẫn song,kính lọc filter hay màng chống phản xạ Có nhiều phương pháp khác chế tạo màng TiO2 phương pháp sol-gel, phương pháp hóa học, phương pháp lắng đọng xung lazer, … phương pháp phún xạ rf đưa hiệu tốt Sơ đồ hoạt động: Hình 4.1: Sơ đồ phún xạ rf Nguồn phát sinh tần số cao sử dụng để tạo trường điện từ, thường 13,56 MHz Khi tín hiệu xoay chiều áp vào catốt, plasma hoạt động phân chỉnh lưu sinh mức âm trung bình nhỏ điện cực Thế âm gọi tự hiệu dịch hay VDC cathode rf, hình: Để tạo tự hiệu dịch VDC, catốt phải hoạt động giống tụ điện để ngăn dòng điện chiều DC Bia cách điện Hình 4.2: Thế rf catốt trường hợp bia gốm mà sử dụng hoạt động giống tụ điện đáp ứng yêu cầu Tuy nhiên, hầu hết hệ thống phún xạ rf, người ta mắc thêm tụ điện điều cho phép hệ thống hoạt động với bia dẫn điện Các hạt ion chịu tác dụng tự hiệu dịch VDC gia tốc tới bia tạo phún xạ Thực vậy, electron có khối lượng nhỏ nhiều so với ion dương, nên dòng xoay chiều làm dịch chuyển electron, ion dương khơng bị ảnh hưởng nhiều Electron di chuyển va chạm với Ar trung hòa sinh + + ion Ar Do công suất rf lớn nên ion Ar electron sinh liên tục, tạo môi trường plasma điện cực + Cả electron Ar hướng đến bia, khối lượng electron + nhỏ khối lượng Ar nên electron bay đến bia với thời gian nhiều so với ion làm cho bia ln tích điện âm, điện bia + âm điện cực Sau Ar bay đến đập vào bia gây tượng phún xạ Màng TiO2 tạo phương pháp rf đế thủy tinh (lam Đức) khơng nung thường thể cấu trúc vơ định hình Sau chuyển sang dạng cấu trúc tinh thể anatase rutile màng nung nhiệt độ cao 4.2 Quy trình chế tạo Màng TiO2 tạo phương pháp phún xạ RF, từ bia gốm TiO2 (độ tinh khiết khoảng 99%), bia gốm chế tạo từ bột TiO2 tinh khiết nung tới nhiệt độ 1400 C vòng Màng tạo hỗn hợp khí O2/Ar (tỉ lệ khí O2 2%) để bổ sung hợp thức O2 cho màng, áp suất -3 phún xạ 3x10 torr Đế không nung bắn phá hạt có lượng cao nên giữ nhiệt độ 145 C suốt q trình lắng đọng Cơng suất phún xạ 120W Sau tạo, màng đem ủ nhiệt mơi trường khơng khí vòng 1h với nhiệt độ cao 600 C Tính chất quang màng độ truyền qua, độ phản xạ xác định phép đo máy UV-VIS Từ phổ truyền qua giao thoa màng, ta xác định bề dày chiết suất màng Cấu trúc màng xác định nhiễu xạ tia X (RXD), cấu trúc bề mặt độ mấp mô bề mặt màng xác định phương pháp AFM (atomic force microscopy) 4.3 Kết 4.3.1 Đặc trưng cấu trúc Hình 4.3: Phổ nhiễu xạ tia X màng TiO2 sau lắng đọng Màng có cấu trúc đa tinh thể anatase A(101) phần dạng tinh thể Rutile với đỉnh R(110) Sau nung màng với nhiệt độ cao khoảng 600 C vòng 1h khơng khí, cấu trúc tinh thể màng phát triển, thể rõ phổ nhiễu xạ tia X o Hình 4.4: Phổ nhiễu xạ tia X màng TiO2 sau ủ 600 C thời gian Màng ủ nhiệt có đỉnh phổ cao hẳn màng chưa nung Ta nhận thấy cấu trúc màng bị ảnh hưởng nhiều nhiệt độ ủ màng Hình 4.5: Ảnh chụp bề mặt màng TiO2 – độ mấp mô bề mặt Rms: 7,408 nm Màng TiO2 tạo trường hợp khơng nung đế có cấu trúc vơ định hình, bước đầu chuyển qua dang đa tinh thể anatase với dạng cấu trúc đặc trưng hình chóp (needle-shape) Chúng ta biết màng TiO2 thường tồn dạng vơ định hình đa tinh thể anatas, dạng thường khơng bền dạng vơ định hình chuyển sang sạng anatas rutil ủ nhiệt độ cao o Hình 4.6: Ảnh chụp AFM bề mặt màng TiO2 sau ủ nhiệt 600 C – độ mấp mô bề mặt Rms: 9,538 nm Khi so sánh hình 4.5 hình 4.6 ta thấy hạt tinh thể màng TiO2 hình 4.6 lớn có cấu trúc hình chóp rõ hơn, độ mấp mô bề mặt cao Rms khoảng 9,538 nm 4.3.2 Phổ truyền qua Từ phổ truyền qua (Hình 4.7), nhận thấy màng TiO2 chế tạo phương pháp phún xạ rf có độ truyền qua cao khoảng 90% Từ phổ truyền qua giao thoa màng, dùng phương pháp Swanapole ta tính bề dày chiết suất màng Khi tính chiết suất màng bước sóng 550 nm, màng TiO2 tạo phương pháp phún xạ RF có chiết suất 2,48 Màng TiO2 suốt, chứng tỏ màng tạo có hợp thức O2 cao Hình 4.7: Phổ truyền qua màng TiO2 Bảng tính chiết suất độ dày màng TiO2 Bậc giao  (nm Tmax ) 810 88,598 Tmin 686 89,212 59,361 2.3982 598 87.564 59.811 3.5 2.4390 534 86.365 58.475 2.489 484 82.781 57.431 4.5 2.538 448 80.201 53.861 2.6103 418 73.057 50.886 5.5 2.6791 thoa Chiết suất Độ dày trung bình (nm) 58,732 429 4.4 Kết luận Màng TiO2 chế tạo phương pháp phún xạ magnetron rf suốt, có độ truyền qua cao khoảng 90% Chiết suất màng cao khoảng 2,48 chiết suất cao màng tạo phương pháp phún xạ dc Cấu trúc màng phần lớn đa tinh thể anatas với đỉnh cao A(101) tinh thể rutile với đỉnh R(110) Khi màng ủ nhiệt nhiệt độ cao cấu trúc tinh thể màng phát triển Ngoài ra, độ mấp mô màng không lớn - Rms khoảng 7.408 nm, thích hợp cho việc ứng dụng màng vào ứng dụng quang học KẾT LUẬN Phương pháp phún xạ magnetron rf ứng dụng rộng rãi chế tạo màng mỏng có ưu điểm sau: - Có thể phún xạ tất laoị vật liệu: dẫn điện, cách điện, đơn chất, hợp chất - Có thể đặt bia theo nhiều hướng, nhiều trường hợp dùng bia diện tích lớn, bia nguồn “bốc bay ” lớn Dễ dàng chế tạo màng đa lớp nhờ tạo nhiều bia riêng biệt Màng tạo có độ mấp mơ bề mặt thấp có hợp thức gần với bia, có độ dày xác nhiều so với phương pháp bốc bay nhiệt chân khơng - Quy trình phún xạ ổn định, dễ lặp lại dễ tự động hóa nên dễ dàng triển khai quy mô công nghiệp Tuy nhiên phương pháp phún xạ magnetron rf có số hạn chế sau: - Tốc độ phún xạ nhỏ, hiệu suất thấp phún xạ phương pháp tiết kiệm lượng - Bia thường khó chế tạo đắt tiền - Khó khống chế thành phần màng chế tạo theo mong muốn, dễ nhiễm tạp chất tạo màng đơn tinh thể Qua đề tài em nắm bắt phương pháp chế tạo màng TiO2 phương pháp phún xạ magnetron rf Kết cho thấy màng có độ mịn độ truyền qua cao thích hợp cho việc ứng dụng màng vào ứng dụng quang học TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Định Tường, Màng mỏng quang học, NXBKHKT Hà Nội, 2004 [2] Võ Thị Kim Chung, Luận văn Thạc sĩ Khoa Học Tự Nhiên, Tổng hợp màng mỏng TiO2 Bằng phương pháp phún xạ Magnetron - mạ ion, Trường ĐH KHTN TPHCM, 1999 [3] ThS Vũ Thị Hạnh Thu, Các giảng Vật Lý Màng Mỏng, Trường ĐH KHTN TPHCM [4] Lê Phương Ngọc, Nguyễn Thị Thu Thảo, Khóa Luận Tốt Nghiệp [5] Nguyễn Ngọc Thùy Trang, Khóa Luận tốt nghiệp [6] Lê Vũ Tuấn Hùng, Nguyễn Văn Đến, Huỳnh Thành Đạt, Nghiên cứu chế tạo màng mỏng TiO2 phương pháp phún xạ Magnetron RF, Tạp chí phát triển KH&CN, tập 9, số 6/2006 [7] Nguyễn Hữu Đức (2003), Vật liệu từ liên kim loại Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội 1K-02044-01403 [8] Nguyễn Năng Định, Giáo trình vật lý kỹ thuật màng mỏng, NXB ĐHQG Hà Nội, 2008 MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 NỘI DUNG Chương Phương pháp phún xạ 1.1.Phún xạ 1.2 Bản chất trình phún xạ .3 1.3 Các loại phún xạ 1.3.1 Phún xạ phóng điện chiều 1.3.2 Phún xạ phóng điện xoay chiều .5 1.3.3 Phún xạ magnetron 1.3.4 Các cấu hình phún xạ khác Chương Phương pháp phún xạ magnetron chế tạo màng mỏng .9 2.1 Nguyên lý ………………………………………………………… 2.1.1 Nguyên lý hoạt động 2.1.2 Hệ số phún xạ …………………………………………………11 2.1.2 Sự phụ thuộc vào góc tới phún xạ …………………… 11 2.2 Cấu tạo máy phún xạ manetron RF ……………………………….12 2.2.1 Bia …………………………………………………………… 13 2.2.2 Bộ phận tạo chân không ………………………………………15 2.2.3 Bộ phận magnetron ……………………………………………15 2.2.4 Plasma …………………………………………………………16 2.2.5 Buồng phún xạ ……………………………………………… 17 2.2.6 Một số loại đế dùng hệ phún xạ ……………………… 17 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng lên tốc độ lắng đọng màng …………………18 2.3.1 Dòng thế…………………………………………………….18 2.3.2 Áp suất ……………………………………………………….18 2.3.3 Nhiệt độ đế ………………………………………………… 19 2.4 Ưu điểm hạn chế phún xạ ………………………………… 31 2.4.1 Ưu điểm ……………………………………………………….31 2.4.2 Nhược điểm …………………………………… .32 Chương 3: Các phương pháp khảo sát tính chất đặc trưng màng mỏng 20 3.1 Các phương pháp xác định chiều dày màng mỏng …………………20 3.1.1 Phương pháp đo biên dạng đầu dò hình kim …………… 20 3.1.2 Phương pháp hiển vi giao thoa …………………………………20 3.1.3 Đo độ dày bề mặt màng Profiler ……………………… 21 3.2 Phân tích cấu trúc bề mặt hiển vi điện tử quét lực nguyên tử …………………………………………………………………… … 21 3.3 Phân tích cấu trúc tinh thể phương pháp nhiễu xạ tia X …… 23 Chương 4: Chế tạo màng mỏng TiO2 phương pháp phún xạ magnetron rf ……………………………………………………… 25 4.1 Giới thiệu màng mỏng TiO2 ……………………………………….25 4.2 Quy trình chế tạo …………………………………………… 27 4.3 Kết … ……………………………………………………… 28 3.4 Kết luận… ………………………………………………………….31 KẾT LUẬN ……………………………………………………………… 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………………………34 ... vài phương pháp chế tạo màng mỏng - Các bước chế tạo màng mỏng phún xạ rf - Chế tạo màng mỏng TiO2 phún xạ rf Phạm vi nghiên cứu Phương pháp phún xạ magnetron rf: ưu điểm, nhược điểm phương pháp. .. xạ rf phương pháp sử dụng phổ biến công nghệ chế tạo màng mỏng bán dẫn có nhiều ưu điểm Mục đích chọn đề tài - Tìm hiểu phương pháp phún xạ - Công nghệ chế tạo màng mỏng phương pháp phún xạ rf. .. Phương pháp phún xạ magnetron rf ứng dụng công nghệ chế tạo màng mỏng bán dẫn làm đề tài nghiên cứu Trong trình nghiên cứu, em chủ yếu tập trung vào phương pháp chế tạo màng mỏng bán dẫn phún