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9706利用脉冲直流磁控溅射法制备TiN薄膜的特性
利用脉冲直流磁控溅射法制备TiN薄膜的特性；摘要：本文工作主要研究的是溅射压强对于利用脉冲直；1.Introduction；脉冲直流磁控溅射技术在1990年得到发展，特别是；TiN薄膜具有优异的机械性能，低电阻率（18-2；反应溅射广泛应用于沉积TiN薄膜，主要集中于利用；以前报道中利用脉冲直流磁控溅射制备薄膜主要集中于；2.Experimentalproc
利用脉冲直流磁控溅射法制备TiN薄膜的特性摘要：本文工作主要研究的是溅射压强对于利用脉冲直流磁控溅射法制备TiN薄膜特性的影响。脉冲频率为60 kHz，脉冲时间为5 μs。当溅射压强下降时TiN薄膜的择优取向由（111）向（200）转变。同时，当薄膜的电阻率在下降时，薄膜的沉积速率和硬度却在增加。与连续的直流溅射相比，利用脉冲直流磁控溅射法制备TiN薄膜存在更好的特性。尽管在0.75 Pa下利用脉冲或者直流磁控溅射都存在相同的电阻率为23 μΩ-cm，相对而言利用脉冲直流磁控溅射所得薄膜得益于相对变化的溅射压强而具有相对稳定的电阻率。而且利用脉冲直流磁控溅射所得薄膜所得的硬度要高于直流磁控溅射所得的薄膜。 1. Introduction脉冲直流磁控溅射技术在1990年得到发展，特别是应用于趁机高绝缘材料之中。相较于射频磁控溅射，具有高沉积速率和更低的花费的优点。这种技术可以有效降低由薄膜表面电荷积累引起的电弧作用。因此可以有效阻止薄膜特性的恶化，并且利于保持稳定的沉积过程。这种技术显示了三个优点：高同系温度、碰撞离子和沉积原子的高离化率和高能量的碰撞离子。由于这些原因，它广泛应用于导电材料的沉积，例如金属电极、透明的氧化物电极和氮化物薄膜。TiN薄膜具有优异的机械性能，低电阻率（18-25 μΩ-cm，好于Ti的40-50 μΩ-cm），好的化学稳定性和热稳定性，和优异的光学特性，已被应用于各个领域，如工具钢的耐磨掺杂，建筑物的装潢材料掺杂，半导体设备中的扩散势垒层和平板显示器。反应溅射广泛应用于沉积TiN薄膜，主要集中于利用直流磁控溅射制备的薄膜。最近，一些实验中开始利用脉冲直流磁控溅射制备薄膜。其中，Kelly et al等人发现利用脉冲直流磁控溅射所得薄膜所得的磨损系数要小于直流磁控溅射所得的薄膜。利用着两种方法所制备的薄膜的微观结构也是不同的。Benegra et al等人发现利用脉冲直流磁控溅射所得薄膜中的应力要高于直流磁控溅射所得的薄膜的。以前报道中利用脉冲直流磁控溅射制备薄膜主要集中于对其结构和机械性能的研究。TiN薄膜的特性，如电阻率和择优取向这种对于报道提领域很重要的特性却少见报道。本文中，我们主要研究利用脉冲直流磁控溅射法制备TiN薄膜的择优取向、沉积速率、电阻率和硬度。利用脉冲直流磁控溅射法制备TiN薄膜的特性显著提高，同时主要依赖溅射压强的变化。 2. Experimental procedure利用反应脉冲直流磁控溅射和直流磁控溅射制备薄膜。真空室的大小为直径60 cm，高32 cm。靶材为纯度为99.999％的直径为100 nm的Ti靶。开始之前利用低压化学气相沉积法在N型Si（100）表面沉积300 nm后的钝化层。背景真空为1.3×10-5 Pa。N2/Ar比率为1/10。溅射压强变化范围为0.13-0.65 Pa，通过控制节流阀来控制抽气速率来调节压强。衬底温度为300 ℃，溅射功率为400 W。脉冲的频率、反相时间、持续时间和脉冲溅射周期分别为60 KHz，5μs,11μs和70％。TiN薄膜的厚度在500-1000 nm之间。晶格结构和晶格取向利用XRD测试。薄膜的微观结构和厚度利用场发射扫描电子显微镜测试。同时，薄膜的表面电阻用四探针方法测量。TiN薄膜的Ti/N比率和氧含量用XPS来表征。沉积前预溅射10min以消除表面的污染物。离子电流为1 Μa,背景真空为2.0×10-8 Pa.薄膜的硬度H利用连续硬度测试（CSM）获得。 3. Results and discussion图1显示在不同压强下利用脉冲直流磁控溅射法制备的薄膜的XRD图像。和已知JCPDS卡片比较表现出（111）和（200）两个比较强烈的峰。这表明在0.65 Pa压强下TiN薄膜具有（111）的择优取向。当溅射压强为0.39 Pa，（200）方向衍射峰开始出现，但是（111）方向的衍射峰仍为TiN薄膜的主要择优取向。随着溅射压强由0.39下降到0.13 Pa，（200）/（111）衍射强度比率逐渐增加。从0.26 Pa开始，200）方向衍射峰已为TiN薄膜的主要择优取向。实验结果与Ando的结果相符合，他也报道当溅射压强降低时，择优取向由（111）向（200）方向转变。这个转变压强在Ando报道中为0.7 Pa，这个结果高于我们本次研究所观察到的。这可能归因于不同N2/Ar比率和其他沉积参数。当溅射压强下降，可以降低气体散射，但是可以有助于提高离子能量的表面迁移率、沉积原子沿衬底表面移动的能力和沉积原子。由于原子具有更高的迁移率，使其可以获得更低的原子能态。TiN薄膜的择优取向由（111）向（200）方向转变，可能是由于其具有更低平面表面能。图2显示以（111）的本质因子为溅射压强的函数，其中（111）本质因子计算方法为I（111）/[I（111）+ I（200）]. 利用脉冲直流磁控溅射所得薄膜的择优取向与直流磁控溅射所得的薄膜相同。这显示当溅射压强低于0.26 Pa时，利用脉冲直流磁控溅射所得薄膜的（111）本质因子要小于直流磁控溅射所得的薄膜。上述表明TiN薄膜的择优取向向（200）方向转变归于离子/原子比率的增加，这回帮助降低（200）表面的表面能。在溅射压强为0.65 Pa时制备的TiN薄膜横截面的微观结构在图3（a）显示，可以观察到典型的柱状结构。当溅射压强下降时其柱体大小也在下降。TiN薄膜的晶粒大小可以从3（b）-（d）观察到，随着溅射压强下降其也在下降，这符合图1中XRD中衍射峰半高宽的增加以及当当溅射压强下降时薄膜横截面的柱体大小下降的情况。利用SEM观察溅射的TiN薄膜厚度可以估算出沉积速率。利用脉冲直流磁控溅射和直流磁控溅射所得的薄膜的沉积速率和溅射压强之间的关系如图4所示。当溅射压强下降时两种不同方法制备的薄膜沉积速率在增加。对于脉冲直流磁控溅射制备的薄膜而言，在溅射压强为0.65 Pa时其沉积速率为29 nm/min，然后在溅射压强为0.39 Pa时迅速增加到36 nm/min，而在这时TiN薄膜的择优取向发生变化。进而在溅射压强为0.13 Pa时迅速增加到52 nm/min。尽管与此相比利用直流磁控溅射所得的薄膜的沉积速率没有太大变化，利用脉冲直流磁控溅射的薄膜有效沉积时间仅为70％。因此，利用脉冲直流磁控溅射的薄膜的有效沉积速率高于利用直流磁控溅射所得的薄膜的沉积速率。溅射压强不仅影响薄膜的择优取向和沉积速率，还影响电学和机械性能。图5显示室温电阻率与溅射压强之间关系，表明薄膜的电阻率随着溅射压强下降而急剧增加。在溅射压强为0.26-0.65 Pa时利用脉冲直流磁控溅射制备的薄膜的电阻率均小于利用直流磁控溅射所得的薄膜。而在在溅射压强为0.13 Pa时制备的薄膜，与已报道的薄膜德尔电阻率接近相同的值，为23 μΩ-cm。根据以前的报道，外延取向的TiN薄膜其室温电阻率为12-18 μΩ-cm，而多晶薄膜的室温电阻率为20-25 μΩ-cm。而图5的结果表明对于制备具有低电阻率的TiN薄膜而言，使用脉冲直流磁控溅射方法是有必要的。相对而言利用脉冲直流磁控溅射所得薄膜得益于相对变化的溅射压强而使电阻率有较小的变化，这样整个溅射过程相对稳定的。压强对薄膜硬度影响如图6所示。在溅射压强为0.13-0.65 Pa时利用两种方法制备薄膜的硬度均随着压强的下降而增加。但是利用脉冲直流磁控溅射的薄膜的硬度还是相对高于利用直流磁控溅射所得的薄膜。当溅射压强由0.65 向0.13Pa下降时，薄膜的硬度也从12增长到30 GPa。利用脉冲直流磁控溅射的薄膜的相对较高的硬度归因于由于利用脉冲直流磁控溅射方法使薄膜中压应力较高所导致，这与Benegra研究相符合。当溅射压强下降时，降低气体散射和增加离子能量可以使沉积原子沿表面迁移率提高，进而是薄膜的密度增加。利用脉冲直流磁控溅射制备的薄膜的密度随压强变化趋势如图7所示。随着压强的降低，薄膜的密度在增加。在溅射压强为0.65 Pa时，其密度为4.72 g/cm3。在溅射压强为0.39 Pa时增加到5.15 g/cm3，然后急剧增加到5.20g/cm3，接近TiN薄膜的理论密度。薄膜的密度随着压强变化而变化表明密度的变化可以导致电阻率和硬度的变化。降低压强到0.13 Pa的硬度，其密度保持本来的数值，归因于薄膜中的压应力。除薄膜的密度之外，即使薄膜成膜后TiN薄膜的电阻率也会受到氧气含量的影响。氧气的含量在压强为溅射压强为0.65 Pa时利用XPS分析利用脉冲直流磁控溅射制备的薄膜氧气含量为5-6，在溅射压强为0.39 Pa时为2-3,。由于在低于0.39 Pa时具有较好的抽气速率，氧气含量随着压强的下降也在持续降低。当溅射压强为0.13 Pa时仅为1。股随着压强的下降电阻率增加可能是由于氧气含量增加和密度下降共同作用导致。 4. Conclusion本文主要研究了溅射压强对于利用脉冲直流磁控溅射法和连续直流磁控溅射法制备薄膜特性的影响。对于这两种技术而言，当溅射压强下降时，TiN薄膜的择优取向均由（111）向（111）和（200）混合相转变。TiN薄膜存在柱状结构，当溅射压强增加时，晶粒和柱体大小也在增加，而密度则有相反的趋势。在溅射压强为0.13 Pa时，TiN薄膜具有最低的电阻率和高硬度。薄膜密度的变化与薄膜特性的变化相一致。与利用连续直流磁控溅射法相比，脉冲直流磁控溅射法有以下优点：更高的有效沉积速率、获得低电阻率的TiN薄膜沉积过程稳定和高硬度。包含各类专业文献、生活休闲娱乐、应用写作文书、外语学习资料、幼儿教育、小学教育、中学教育、9706利用脉冲直流磁控溅射法制备TiN薄膜的特性等内容。
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100w的灯工作1小时 ,消耗了电能 = 0.1kw × 1h = 0.1kwh而1Kw·h=3.6×10^6J所以消耗了3.6 ×10^5J指示灯 1kwh闪烁1600次,那么0.1kh就闪烁了160次脉冲函数在（0,0）点的函数值是多少呢好像只知道它在原点周围无限小的区域内积分是为1.那么它在（0,0）点的值可以理解为是无穷大吗?脉冲函数的筛选性质理解不了_作业帮
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典型的脉冲函数是狄拉克δ函数：δ（x）= ∞ x = 0 时 (1)δ（x）= 0 x ≠ 0 时 (2)且∫ (x:-∞-> ∞ ) δ（x）dx = 1 (3) 三个条件缺一不可.脉冲函数确实很怪：在0点处‘直冲云霄’值为无穷大,离开0点立马落地成0.但"总强度"却等于1,所以也叫单位脉冲函数.自然界也确实存在与δ函数特征相类似的现象：一道极强的闪电,瞬间电压几乎是无穷大（∞ ）,离开这一刻就消失了（0）,但是总强度是有限的（积分是有限值）.这现象就类似狄拉克δ函数.另外一个例子：如力学中常见的集中力问题,集中力被认为是作用在一个点上的,点的面积为0,那么这个力的压强就是无穷大,离开这个点,力变成0,但这个力总强度是有限的.这又是一个与δ函数有关的问题.此时集中载荷可表成：Pδ（x-x1）,它的意思是在x1点处作用有一个集中载荷P：其总强度 ∫ (x:-∞-> ∞ ) Pδ（x-x1）dx = P.数学家研究出有关δ函数的运算方法,使得许多问题迎刃而解.脉冲函数的筛选特性指的是：∫ (x:-∞-> ∞ ) f(x)δ（x - x1）dx = f(x1),直观的讲：f(x)函数在x1处被δ(x-x1)函数'放大'到无穷大,但无穷积分等于f(x1),你能理解吧.这就是脉冲函数的筛选特性,也叫捡拾特性：即δ（x - x1）可以把f(x)在x1处的值捡拾或筛选出来!脉冲函数的应用非常广泛.}