压电陶瓷阀特性在反应溅射AlN参数设置中的应用
采用金属铝靶反应溅射沉积AlN 薄膜, 铝靶电压随反应气体N2 流量的变化曲线如图6 所示。图6中随着反应气体N2 流量Q 的先增加再减少, 金属铝靶表面溅射状态呈现金属态-过渡态-氧化态的变化过程。
高效沉积AlN 薄膜通常在铝靶溅射电源与反应气体N2 输出元件之间增加反馈控制系统, 保证铝靶能稳定运行在过渡区, 即图中B-C 段 。由图6 可见, 要想将铝靶电压VAl稳定在B-C 段的某一工作电压附近, 控制参数的设定至少要考虑三个要素, 气体流量中心值Qs ( 铝靶溅射电压达到设定值所需要的气体流量) 、气体流量调节差量Q ( 当铝靶溅射电压上下波动时, 将其调整回到设定值需要相应增加或减少的气体流量) 以及响应时间(从铝靶电压信号实时采样到调节气体流量输出的周期) 。其中响应时间主要由气体输出的驱动元件决定, 压电阀的响应时间为1 ms。N2 流量Q 的调节是通过改变压电阀的偏置电压Vo 来实现。
通过压电陶瓷阀的N2 输出流量Q 与偏置电压Vo 的关系曲线, 确定与Qs 对应的偏置电压中心设定值Vn ( 也称正常阀开启电压) ; 通过压电阀的N2 输出流量Q 随偏置电压Vo 变化速率, 确定与Q 对应的偏置电压调节幅值Vd( 也称调节偏差) 。另外, 以上各参数的调节需同时考虑压电阀的温度特性。
图6 铝靶电压VAl与反应气体N2 流量Q 的迟滞曲线
如上所述优化设置反馈控制参数, 铝靶溅射功率可达30 kW 以上, 铝靶电压VAl可在工艺设定值处稳定运行, 电压波动范围4 V 以内。在玻璃衬底上制备的透明AlN 薄膜, 测试其在可见光和太阳光范围内的吸收比, 与未镀膜的玻璃衬底试样相等, 即制备的AlN 薄膜在可见光和太阳光范围内吸收几乎为零。
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