优化射频磁控反应溅射：消除Al2O3薄膜制备中的迟滞效应

本文主要探讨了在射频磁控反应溅射制备氧化铝（Al2O3）薄膜过程中如何有效消除迟滞效应的问题。作者赵以德，来自北京科技大学应用科学学院物理系，针对反应磁控溅射技术中存在的主要挑战——迟滞效应，进行了深入研究。Berg模型在此文中起到了关键作用，它为理解溅射过程中的行为提供了理论基础。 通过仿真模拟，研究发现增大泵抽速和减小靶基距离能够显著降低迟滞效应的影响。这表明优化工艺参数是克服这个问题的有效手段。通过调整这些参数，作者成功实现了高速反应沉积Al2O3薄膜，沉积过程中未观察到迟滞效应的存在。在金属态和化合态之间转换时，使用90W射频功率沉积的薄膜，在钢基体上的沉积速率达到了136.1纳米/小时，而制备的薄膜电阻率较低，为2.89×10^14 Ω·cm（在5V电压下）。 Al2O3薄膜因其优异的物理、化学和力学性能，被广泛应用于光学、机械、微电子和受控热核聚变反应堆等领域。传统的制备方法包括化学气相沉积和物理气相沉积，其中反应溅射由于其优势——易得原料且能实现高纯度薄膜的制备，成为首选技术。然而，金属靶在反应溅射中的溅射产额高，使得控制溅射状态和维持稳定的沉积速率变得复杂，迟滞效应由此产生。 迟滞效应表现为沉积速率与氧流量之间的非线性关系，即所谓的迟滞回线，揭示了反应溅射在金属模式和化合物模式之间的切换。解决这一问题有助于提高沉积效率和薄膜质量一致性。本文的研究成果为优化射频磁控反应溅射Al2O3薄膜的制备工艺提供了实用的指导，为相关领域的研发工作带来了新的启示。