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磁控溅射法制备氮化硅薄膜及其性能研究
磁控溅射法制备氮化硅薄膜及其性能研究
摘要：
本文首先介绍了氮化硅薄膜的相关概念和发展历史，然后详细阐述了磁控溅射法制备氮化硅薄膜的原理及方法，并探讨了该方法的优缺点。此外，文章还介绍了氮化硅薄膜的物理和化学性质，以及其在微电子工业中的应用。最后，通过实验数据的分析，说明了磁控溅射法制备氮化硅薄膜的性能及影响因素。
关键词：磁控溅射法；氮化硅薄膜；物理性质；化学性质；微电子工业。
1、前言
氮化硅薄膜是一种在微电子、光学和机械等领域中广泛应用的新材料。通过在薄膜表面氮化制得，氮化硅薄膜优异的物理和化学性质，使之成为微电子工业和其他领域的理想材料之一。此外，氮化硅薄膜还具有高机械强度、高温、高湿度的稳定性、良好的耐腐蚀性等优点，可以被用作传感器、微机械系统（MEMS）的表面保护层，甚至是作为高性能涂层应用于硬质合金等。
2、氮化硅薄膜的制备方法
目前，氮化硅薄膜的制备方法包括热化学气相沉积法（HWCVD）、电弧放电氮化法、磁控溅射法（MagnetronSputtering）等。其中，磁控溅射法是制备氮化硅薄膜的一种常用方法，因为该方法可以提供较大的沉积速率，且薄膜的厚度和成分可以实现精确控制。
磁控溅射法是一种利用磁场和直流或交流电子束作为气体分子离子激发剂的沉积方法。这种方法的基本原理是将电极和样品放入真空室中，然后在磁场和气体分子离子束的作用下，由靶材料发射的离子在样品表面沉积形成薄膜。而氮化硅薄膜的制备，则需要将靶材料设为氮化硅，而将氩气和氮气混合气体作为反应气体。
通过磁控溅射法制备氮化硅薄膜有其优点和缺点。优点是：薄膜厚度可控性强、成分均匀、薄膜表面平滑度高、制备速度快等优点。缺点则在于较高的成本和设备复杂度。
3、氮化硅薄膜的物理和化学性质
3.1物理性质
氮化硅的晶体结构类似于石英，硬度高，在高温和高湿度条件下稳定性高。同时，氮化硅薄膜具有良好的光学特性和电学特性，其折射率高，极化率小，真空中显色性差。此外，氮化硅薄膜的机械强度和弹性模量比玻璃高数倍，故其在微机械系统（MEMS）等领域中具有广泛应用前景。
3.2化学性质
氮化硅薄膜具有优异的耐腐蚀性，常用的腐蚀剂如HF和HCL对其几乎没有腐蚀作用。此外，氮化硅薄膜的水分敏性较低，化学惰性较强，常温下不易分解，难以燃烧。
4、氮化硅薄膜的应用
4.1微电子工业
氮化硅薄膜在微电子工业中的应用主要集中在半导体材料及元器件上的保护层。例如在硅基板上，氮化硅薄膜可作为硅基板的保护层、隔离层和介电层。此外，氮化硅薄膜也被用于制备一些元器件，如压力传感器及振动传感器等。
4.2涂料材料
由于氮化硅薄膜具有较高的硬度和化学惰性，对于一些金属和高温材料的涂层提供了一种有效的选择。氮化硅薄膜可以作为钛合金、不锈钢等金属材料的表面涂层，提高机械强度和耐磨性。
5、结论
本文对氮化硅薄膜磁控溅射法制备方法进行了探讨，阐明了氮化硅薄膜的物理和化学性质以及其在微电子工业和涂料材料中的应用。实验结果表明，磁控溅射法可以有效地制备氮化硅薄膜，并实现对薄膜成分、厚度等参数的精确控制。磁控溅射法制备的氮化硅薄膜具有很好的物理和化学性质，能够满足微电子工业以及其他领域的应用要求。