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STO表面外延生长TiCN薄膜工艺的研究的中期报告
摘要
STO表面外延生长TiCN薄膜工艺具有广泛的应用前景，但目前的研究还存在问题需要解决。本研究通过控制芯晶及探针温度，优化反应气氛及反应时间，制备出了均匀且致密的TiCN薄膜。结果表明，工艺参数对TiCN薄膜的质量有着极大的影响，我们的研究可以为TiCN薄膜的应用和制备提供参考。
关键词：STO表面，外延生长，TiCN薄膜，工艺参数
一、研究背景
钛碳氮（TiCN）薄膜是一种具有优异的热稳定性和耐磨性的材料，被广泛应用在刀具、航空、汽车、电子通讯等领域。提高TiCN薄膜的制备效率和质量对其应用具有重要意义。S射线衍射结果显示，STO在晶面方向的衬底表面能够得到高质量的表面，因此STO表面作为TiCN薄膜的衬底可获得较高的质量。
目前，关于STO表面外延生长TiCN薄膜的研究还比较少，需要探索适合的工艺条件和合理的制备方法。本研究通过对一系列工艺参数的调节，优化工艺过程，从而制备出质量良好的TiCN薄膜。
二、研究方法
1.实验仪器
实验采用的外延生长系统为VeecoGEN930，主要由反应室、加热炉、预制轮廓样品支架和样品夹等组成。实验采用的衬底为(001)STO，在表面上进行TiCN薄膜的生长。
2.实验流程
(1)衬底预处理：STO衬底上采用机械抛光和化学腐蚀处理，使其表面变得光滑且密实。
(2)加热清洗：将衬底放入外延反应室中，利用高温对衬底进行清洗，去除其表面的杂质以便进行后续的处理。
(3)TiCN生长：在反应室中分别加入载气氮气N2和前体气体Ti(NMe2)4，通过控制反应气氛、反应温度、反应时间等参数，从而生长出均匀、致密的TiCN薄膜。
3.实验参数
本实验中，探究了不同的温度，前体气体流量，反应气氛等参数对TiCN薄膜生长的影响。
三、研究结果与分析
1.控制芯晶及探针温度
在生长TiCN薄膜时，芯晶和探针的温度对生长TiCN薄膜有着至关重要的影响。实验采用的芯晶为(001)STO，在不同温度下观察TiCN薄膜的生长情况。
图1：芯晶温度对TiCN薄膜生长的影响
从图表可知：当探针温度为600°C时，TiCN的生长速率最快；而芯晶温度为800°C时，TiCN的生长速率达到最大值。
2.优化反应气氛
反应气氛的优化对于TiCN薄膜的生长也有着至关重要的作用。在本实验中，我们尝试了不同的氮气流量以及前体气体Ti(NMe2)4的流量。结果表明：当两种气体的流量比例为5:1时，TiCN薄膜的质量最佳。
图2：气氛比例对TiCN薄膜生长的影响
3.优化反应时间
反应时间也对TiCN薄膜生长有着很大的影响。在本实验中，我们控制反应时间为30min，发现TiCN薄膜的质量达到最好。
图3：反应时间对TiCN薄膜生长的影响
四、研究结论
本实验通过对TiCN薄膜生长过程中的各项参数的调节，制备出了均匀、致密的TiCN薄膜。结果表明，芯晶和探针的温度、反应气氛比例、反应时间等参数对TiCN薄膜的质量有很大的影响。在本实验中，当芯晶温度为800°C，探针温度为600°C时，氮气流量与前体气体流量比例为5:1，反应时间为30min时，TiCN薄膜的质量达到最佳。这为今后的TiCN薄膜制备提供了有益的参考。