溅射参数对AISi界面热导的影响.doc

文档介绍：中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:123414
溅射参数对Al/Si界面热导的影响
王建立1,2,张春伟1,2,赵伟纬1,2,周欣欣1,2,高雪松1,2,杨决宽1,2,陈云飞1,2,倪中华1,2,张兴3
(1东南大学机械工程学院,江苏省南京市,211189;2MEMS教育部重点实验室,江苏省南京市,211189
3热科学与动力工程教育部重点实验室,清华大学工程力学系,北京 100084)
(Tel:[phone],Email: ******@seu.)
摘要采用飞秒激光热反射法测量了在不同溅射功率和负偏压条件下得到的Al/Si界面热导,用原子力显微镜(AFM)表征了金属薄膜表面粗糙度和厚度,并用俄歇电子谱(AES)分析了沿厚度方向的元素分布,进而讨论了不同溅射条件对界面热输运的影响。结果表明,AFM和AES测得的薄膜厚度相近,但均远小于飞秒激光热反射实验数据的拟合结果;当溅射功率为200 W时,Si表面氧化层被溅射蚀刻,界面热导增加;增加负偏压可能导致界面处粗糙度增大,进而使得界面热导减小。
关键词界面热导;飞秒激光热反射法;薄膜厚度;磁控溅射;俄歇电子谱。
0 前 言
磁控溅射镀膜技术是70年代发展起来的一种高速低温溅射技术,广泛应用于制备金属、非金属和半导体等薄膜[1]。磁控溅射是通过高能粒子轰击靶材表面,使靶材发生溅射,并将靶材原子沉积到基底的过程。溅射过程中工作气体压强、基底温度、溅射功率等参数不仅影响成膜速度和质量[2],也将改变薄膜与基底材料界面的形貌特征,进而造成界面热导的差异。界面热导,即界面热阻的倒数,在微纳米器件内部的热量输运过程中具有重要影响,在微纳米器件设计和热学性能测试中受到了广泛关注[3]。因此研究溅射参数对界面热导的影响规律具有重要科学意义和应用价值。
目前用于测量界面热阻的实验方法主要包括3ω方法和飞秒激光热反射法。采用3ω方法,Lee 和 Cahill用等离子体增强化学气相沉积法在Si基底上沉积SiO2和SiNx薄膜,得到SiO2/Si与SiNx/Si之间的界面热阻均为2×10-8 m2 K W-1[4]。Kim等采用热氧化法制备SiO2薄膜,得到Si/×10-8 m2 K W-1[5]。Yamane等测量了不同方法制备得到的SiO2薄膜与Si基底间的界面热阻,其中热氧化得到的界面热阻最大,×10-8 m2 K W-1,磁控溅射对应的界面热阻最小,×10-8 m2 K W-1[6]。需要指出的是,3ω法测量得到的是金属加热器与薄膜,以及薄膜与基底之间的界面热阻之和,但无法将两者进行分离。飞秒激光热反射法是目前用于测量金属与金属[7],金属与非金属[8-11],金属与流体[12]之间界面热导的主要手段。利用飞秒激光热反射法研究界面形貌包括粗糙度、氧化层、渗透层等参数对界面热导的影响成为近年来的热点。Hopkins等采用俄歇电子谱(AES)测量了用磁控溅射在不同基底温度下制备得到的Cr渗透到Si基底的厚度,结果表明随着溅射温度升高,渗透厚度减小,但对界面热导的影响
并不
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基金项目:国家973计划(2011CB707605),国家自然科学