氟碳聚合物,,,,, ,,薄膜有着非常广泛的应用价值。该膜具有较好的疏水性,极低的介电常数,,, ,, ,, ,,和生物相融性。作为疏水层应用在纸张、玻璃等材料上,作为介电层应用在超大规模集成电路中,作为钝化层应用在生物相融性材料中。

　　微电子技术和大规模集成电路的快速发展,二氧化硅,,,,,,薄膜由于其稳定的化学性质和电绝缘性质,在集成器件中显示出它的重要地位,该薄膜的制备工艺也成为集成电路制造技术中的关键工艺之一。 同时,,,,薄膜还具有硬度高、耐磨性好、绝热性好、光透过率高、抗侵蚀能力强以及良好的介电性质。

　　本文成功的利用低气压介质阻挡等离子体增强化学气相沉积法,,,,, ,,,,,,在滤纸、玻璃和硅片上分别以,,,,, ,,,,和,,,,,等离子体制备出大面积性能良好的,,,, ,薄膜。利用傅立叶红外吸收光谱、扫描电子显微镜、原子力显微镜、光学接触角测试仪和台阶仪对薄膜进行了检测, 同时还用发射光谱对等离子体进行了诊断。结果表明,等离子体种类和放电气压能够影响薄膜的化学成份和表面形貌。 以滤纸为基底的薄膜接触角较大,具有良好的疏水性。当薄膜厚度达到,,,,,时,薄膜可以完全覆盖住基底表面,不改变基底性质,疏水性较稳定。薄膜接触角与薄膜的化学成份和基底的表面粗糙度有

　　关。 ,,,,和,,,,等离子体制备的薄膜接触角较大, ,,,,,等离子体制备的薄膜中含有,,,,,,,, ,, ,,基团,影响它的疏水性,薄膜接触角较小。

　　本文也利用低气压,,,, ,,,,,法在硅片上采用,,,,, ,,等离子体制备出性能良好的,,,,薄膜。薄膜经傅立叶红外吸收光谱, ,射线光电子能谱,原予力显微镜,基于原子力显微镜的纳米压痕,纳米磨损检测,导电式原子力显微镜和台阶仪检测后研究发现,随着,,含量的增加,薄膜中碳氢化合物含量降低。 ,,含量较高时,制备出的薄膜含杂质较少,结构致密,表面光滑平整。 同时薄膜表面覆盖一层碳含量较高的导电软层,厚度为,, ,,,,,, ,,,。这个软层可能是在薄膜生长过程中,具有高能量的离子和薄膜的表面发生相互反应而生成的。

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　　当固体或液体的一维线性尺度远远小于它的其它二维尺度时,将这样的固体或液体称为膜。厚度大于,微米的膜,称为厚膜,厚度小于,微米的膜,称为薄膜。薄膜的研究及其技术发展史可以追溯到,,世纪。 ,,,,年,, ,,,,, ,, ,,,,,和,, ,,,,,,观察到在液体表面上液体薄膜产生的相干彩色花纹。随后,各种制备薄膜的方法和手段相继产生了, ,,,,年,, ,,,,,,,发明了电镀制备薄膜的方法。虽然薄膜技术不断发展,但薄膜的应用最早则只局限于抗腐蚀和制造镜面。到了,,世纪,,年代,随着电子工业和信息产业的兴起,薄膜技术和薄膜材料愈发显示出其重要的,关键性的作用【 , ,。

　　功能性薄膜材料所涉及的范围很广,包括了大多数的功能材料种类,而且近年来发展很快,各种新型薄膜不断出现,各项性能指标不断改进,成为不可替代的新型材料。

　　在高温、强腐蚀、强冲刷和磨损的各种环境下,具有耐热、耐磨、耐腐蚀等特性的防护膜得到广泛应用,如,,,和,,,涂层可以应用在切削刀具、模具、工具以及摩擦零件上,半导体工业领域中,集成电路、光导摄像管的光导薄膜、场效应晶体管、高效太阳能电池、薄膜传感器乃至通过掺杂得到的半导体导电薄膜等都显示出薄膜材料的独到之处。利用薄膜材料的导电性、介电性、铁电性、压电性等各种电学性质的薄膜也有着非常广泛的应用,微电子器件中,集成电路的电极布线、 电阻、 电容等不同用途的电极等都要应用导电薄膜,在半导体集成电路中多层引线的层间绝缘和门绝缘则需要绝缘薄膜。信息科学的飞速发展推动了了薄膜材料的发展,磁性薄膜和光记录薄膜等记录用薄膜在我们日常生活中随处可见,光学薄膜应用也很多,如常见的幕墙玻璃上的各种反射膜、摄影器材中光学镜头上的膜等。薄膜的应用还很多,而且具有各种新特点的材料还在不断开发出来,,,,。

　　近年来,疏水性薄膜已经广泛的应用于许多研究领域,发挥着非常重要的作用, 引起全世界的普遍关注睁,,】 。氟碳聚合物,,,,, ,,薄膜就具有很强的疏水性, 同时还具有优良的自润滑性,极低介电常数,耐腐蚀性。 ,,,, ,薄膜以其独特的特点受到研究者的青睐,它在电学、光学、热学和力学等方面均有良好的应用前景【 ,弓】 。现在,该薄膜由于具有诸多性质, 已应用于,,,公司磁盘磁头、润滑性表面、汽车挡风玻璃和超大规模集成电路等,,,。如今,世界上已有许多研究小组对其进行研究。美国麻省理工学院的

　　,,,,,,,小组和美国马萨诸塞大学,,,,,,,小组采用,,,,,方法,用六氟环氧丙烷作为放电气体,分别制各出,,,, ,薄膜,,,,,,,。 ,,,,,,,小组指出六氟环氧丙烷的流速和热丝预处理时间严重影响了,,,,,方法沉积的,,,, ,薄膜的结构和形貌【 ,,】 。 ,池,,西小组指出基底温度影响薄膜的形貌和分子结构是因为被吸附的自由基和其它物种的吸附系数大连交通大学工学硕士学位论文

　　不刚,,】 。美国科罗拉多州立大学的,,,,,,研究小组采用电感耦合脉冲放电,峰值功率,,,,, 占空比,,,方法,用六氟环氧丙烷等离子体也沉积出包含很少交联结构和高度有序的,,,, ,薄膜【 ,,】 。意大利巴里大学的,,,,,,,,,,研究小组采用电容祸合八氟环丁烷等离子体沉积得到,,,, ,薄膜,,纠,,。他们发现更低的射频功率导致更少的交联和更多,,,富集的薄膜, 晶带的尺寸和密度影响了薄膜表面的粗糙度,进而决定了薄膜的疏水性, , , ‘国内对,,,, ,薄膜的研究才刚刚起步。 中南大学的刘雄飞,,,,,,】以,,,和,,,的混合气体为源气体, 以心为工作气体,用射频等离子体增强化学气相沉积法制备了,,,, ,薄膜,他们发现随沉积温度的升高,薄膜表面变得均匀,退火后的薄膜表面比没有退火的薄膜表面平整。西安电子科技大学的杨银堂【 ,,】采用电子回旋共振等离子体化学气相沉积的方法,以,,,,和,,,为放电气体制备了,,,, ,薄膜。他们发现在一定范围内加入,,,或者提高微波功率,不仅可以改善薄膜的热稳定性, 同时还可以减小薄膜的介电常数。

　　随着微电子技术和大规模集成电路的快速发展,二氧化硅,,,,,,薄膜由于其稳定的化学性质和电绝缘性质,在集成器件中作为表面钝化膜和多层布线层间介质膜,更显示出它的重要地位,二氧化硅薄膜的制备工艺也成为集成电路制造技术中的关键工艺之

　　,,,,薄膜具有硬度高、耐磨性好、绝热性好、光透过率高、抗侵蚀能力强以及良好的介电性质。通过对各种制备方法、制备工艺的开发和不同组分配比对,,,,薄膜的影响研究,制备具有优良性能的透明,,,,薄膜制备薄膜的工作已经取得了很大进展。该薄膜在诸多领域得到了很好的应用,如用于电子器件和集成器件、光学薄膜器件、传感器等相关器件中。利用纳米,,,,的多孔性质可应用于过滤薄膜、薄膜反应和相关的吸收剂以及分离技术、分子工程和生物工程等,从而在光催化、微电子和透明绝热等领域具有很好的发展前景。均匀多孔,孔径分布介于,, ,, ,,的,,,,薄膜的制备及性能表征已成为材料界研究的热点之一,,,,。

　　在半导体器件中,利用,,,,禁带宽度可变的特性,可作为非晶硅太阳电池的薄膜光吸收层, 以提高光吸收效率,还可作为金属,氮化物,氧化物,半导体,,,,,,存储器件中的电荷存储层,集成电路中,,,,器件和,,,,,,,器件以及薄膜晶体管,,,,,中的栅介质层等。此外,随着大规模集成电路器件集成度的提高,多层布线技术变得愈加重要,如逻辑器件的中间介质层将增加到,,,层,这就要求减小介质层带来的寄生电容。鉴于此,现在很多研究者都对低介电常数介质膜的种类、制备方法和性能进行了深入研究。对新型低介电常数介质材料的要求是,在电性能方面具有低损耗和低耗电,在机械性能方面具有高附着力和高硬度,在化学性能方面要求耐腐蚀和低吸水性,在热性能方

　　面有高稳定性和低收缩性。 ,,,,薄膜因具有这些优越的电绝缘性和工艺的可行性而被广泛采用。

　　,,世纪,,年代末期,二氧化硅薄膜光波导无源和有源器件的研究取得了长足的发展,使这类器件不仅具有优良的传导特性,还将具备光放大、发光和电光调制等基本功能,在光学集成和光电集成器件方面有应用前景,可作为波导膜、减反膜和增透膜。随着光通信及集成光学研究的飞速发展,玻璃薄膜光波导被广泛应用于光无源器件及集成光路中。制备性能良好的用作光波导的薄膜显得至关重要。集成光路中光波导的一般要求,单模传输、低传输损耗、 同光纤耦合效率高等。波导损耗来源主要分为材料吸收、基片损耗、散射损耗三部分。通过选用表面粗糙度高、平整的光学用玻璃片或预先溅射足够厚的,,,,薄膜的普通玻璃基片,使波导模瞬间场分布远离粗糙表面, 以减少基底损耗。激光器用减反膜的研究也取得了很大的进展。 中国工程物理研究院与化学所用溶胶凝胶法成功地研制出紫外激光,,,,减反膜。结果表明,浸入涂膜法制备的多孔,,,,薄膜比早期的真空蒸发和旋转涂膜法制备的,,,,薄膜有更好的减反射效果。在波长,,,

　　,,处的透过率达到,,以上,紫外区的最高透过率达到,,, ,,以上。该,,,,薄膜有望用于惯性约束聚变,,,,,和,光激光研究的透光元件的减反射膜。 目前在溶胶凝胶工艺制备保护膜、增透膜方面也取得了一些进展。此法制备的,,,,光学薄膜在惯性约束聚变的激光装置中已成为一种重要的手段,广泛地应用于增透光学元件上,如空间滤波器、窗口、靶室窗口或打靶透镜。在谐波转换元件,,,晶体上用溶胶工艺镀制保护、增透膜,能改善,,,晶体的工作条件,提高谐波光束的质量与可聚焦功率。

　　物理气相沉积,,,,,是采用物理方法使物质的原子或分子逸出,然后沉积在基片上形成薄膜的工艺,沉积过程一般在真空中进行。根据物质的原子或分子逸出的方法不同,又可分为蒸镀、溅射镀膜和离子镀等∞,,,,。

　　真空蒸镀是在,,,,, ,,,,,的压力下,用各种形式的热能转换方式使镀膜材料蒸发,

　　并成为具有一定能量的气态粒子,原子、分子或原子团,,这些粒子通过基本上无碰撞的直线运动到达基底,然后在基底上凝聚形成薄膜【 ,,,。蒸镀的方法很多,按加热方法分主要有电阻加热、 电子束加热、激光加热等。

　　溅射现象是,,,,年格罗夫,,,,,,,在实验室中发现的【 ,,】 ,具有一定能量的粒子轰击固体表面时, 固体表面的原子就会获得该粒子的一部分能量,获得的能量大到足以克

　　服周围原子的束缚时, 固体表面的原子就会从表面逸出,这种现象称为“溅射’ ’ 。将溅射原理应用于薄膜的制备从,,,,年就已经开始了。溅射过程是建立在气体辉光放电基础之上的,真空中在两极板间加一电压,随着电压的升高, 由于宇宙射线产生的游离离子和电子获得足够的能量,与中性分子碰撞就会使之电离, 当产生足够多的离子和电子后,气体就开始起辉。离子在电场作用下轰击作为阴极的靶时,就会将靶的原子轰击出来。根据这一原理设计出了多种不同结构的溅射装置。溅射又有直流溅射、射频溅射、磁控溅射以及反应溅射等。

　　离子镀是在真空蒸镀的基础上,在热蒸发源与基片之间加一电场,基片为负极,,在真空中基片与蒸发源之间将产生辉光放电,使气体和蒸发物质部分电离,并在电场中加速,从而将蒸发的物质或与气体反应后生成的物质沉积在基片上。离子镀兼有蒸镀和溅射的优点,使用范围广、沉积速率高、制成的薄膜密度高、附着力强,但由于离子的轰击对膜造成的损伤较大【 ,,甜】 。

　　化学气相沉积法是化学气相生长法,简称,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,技术。这种方法是把含有构成薄膜元素的一种或几种化合物的单质气体供给基片,利用加热,等离子体,紫外光乃至激光等光源,借助气相作用或在基底表面的化学反应生成需要的薄膜【 ,,,。

　　由于,,,法是利用各种气体反应来制成薄膜,所以可任意控制薄膜组分,从而可以制备许多新的膜材。采用,,,法制备薄膜时,其生长温度显著低于薄膜组成物质的熔点,所得薄膜的均匀性好,具有台阶覆盖性能,适宜于形状复杂的基板。 由于其具有沉积速率高,膜层针孔少,纯度高,致密,形成晶体的缺陷少等特点, 因而,,,在很多领域特别是在半导体集成电路工业上得到广泛应用。 ,,,有很多种,有高温和低温,,,,常压化学气相沉积,,,,,,,、低压化学气相沉积,,,,,,,、等离子增强化学气相沉积,,,,,,,,金属有机化合物化学气相沉积,,,,,,,,光化学气相沉积,,,,,,,超声波化学气相沉积,,,,,,,和激光辅助化学气相沉积,,,,,,等。高温,,,被广泛应用于制备半导体外延薄膜,而低温,,,被广泛应用于各类绝缘介质膜阱引。不同的制备方法和不同的反应体系生长的薄膜所要求的设备和工艺条件都不相同,且各自拥有不同的用途和优缺点。

　　等离子体化学气相沉积,,,,,,,已成为化学气相沉积,,,,,,,主要的薄膜沉积技术之一,这种技术能实现降低,,,反应所需的温度的目的。利用辉光放电,在高频电场作用下使稀薄气体电离产生等离子体。 由于等离子体中的电子和离子质量相差很大, 电子在电场中被加速获得能量后温度很快升高,而周围气体平均温度可以保持在较低温度。此时, 电子气的温度约比普通气体分子的平均温度高出,卜 ,,,倍, 电子的能量足以使气体分子键断裂产生电离。这样本来需要在高温下才能进行的化学反应, 当处于等离子场中时,在较低的温度下就能实现。 ,,,,,方法区别于其他,,,方法的特点在于等离子体中含有大量高能量的电子,它们可以提供化学气相沉积过程所需要的激活能。电子与气相分子的碰撞可以促进气体分子的分解、化合、激发和电离过程,生成活性很高的各种化学基团, 因而显著降低,,,薄膜沉积所需的温度,使得原来需要在高温下才能进行的,,,过程得以在低温实现。低温薄膜沉积的好处包括可以避免薄膜与基底发生不必要的扩散与化学反应、避免薄膜或基底材料的结构变化与性能恶化、避免薄膜与基底中出现较大的热应力等,,,,。

　　目前巳发展了双源等离子体,,,、射频等离子体增强化学气相沉积、热丝化学气

　　相沉积、微波等离子体增强化学气相沉积,,,,,,,, ,等技术【 ,,,。

　　利用金属有机化合物热分解反应进行气相外延生长的方法, 即把含有外延材料组分的金属有机化合物通过载气输运到反应室,在一定温度下进行外延生长。这种方法现在主要用于化学半导体气相生长上。 由于其组分、界面控制精度高,广泛应用于化合物半导体超晶格量子阱等低维材料的生长。,,,,,又可分为常压,,,,,和低压,,,,,,