文档介绍：低能离子束刻蚀单晶硅表面形貌与粗糙度的研究
陈智利收稿日期:
基金资助:13115工程中心建设项目(2010ZDGC-06)
作者简介:陈智利(1973-),男,西安工业大学,副教授,主要从事光电仪器的设计与软件开发和现代光学加工技术的研究。Email: medichen@
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通讯作者:李瑞,li_rui20080814@
, 李瑞, 刘卫国
(西安工业大学光电工程学院,西安 710032)
摘要:(目的)为了研究低能离子束对单晶硅表面的刻蚀效果,(方法)使用自制的冷阴极离子源,通过控制离子束的入射能量和刻蚀时间等因素,对单晶硅(100)表面进行了刻蚀,采用原子力显微镜(AFM)和非接触式表面测量仪对刻蚀后表面形貌以及表面粗糙度(RMS)进行了测量。(结果)结果表明:当离子束正入射、束流密度为20、刻蚀时间为30 min、刻蚀距离为7 cm时,入射能量从800eV增加到1200eV的过程中,表面粗糙度逐渐减小, nm,继续增大入射能量,表面粗糙度开始增大,当入射能量为1400eV时, nm,通过AFM观察,硅片表面出现了自组织纳米点状结构;延长刻蚀时间同样可以看到粗糙度先减小后增加,延长刻蚀时间到90 min, nm,AFM观察表明,随着时间增加,点状结构排列趋于均匀。(结论)结果显示,离子束入射能量在800eV~1200eV过程中,表面光滑起主要作用,因此表面粗糙度减小,随着入射能量增加到1400eV时,表面出现了自组织纳米点状结构,表面粗糙起主要作用,使得表面粗糙度增大,延长刻蚀时间也可以得到同样的结论,并且随着离子束能量和刻蚀时间的增加,点状结构排列趋于均匀。
关键词: 低能离子束刻蚀;自组织纳米结构;表面形貌;表面粗糙度(RMS)
中图号: 文献标志码: A
(研究的重要意义)自组织纳米结构由于是非常均匀的纳米阵列,在制备具有特殊光电特性的量子点阵列、高密度存储器的图形化磁介质以及基于亚波长表面结构的无源光学器件方面有着巨大的应用前景,已受到人们的广泛关注[1-2]。近年来,获取自组织纳米结构已成为信息功能材料科学领域中一个十分活跃的研究分支。在纳米科技中,低能
离子束刻蚀被认为是一种有效的形成自组织纳米结构的方法[3-4]。在刻蚀过程中,固体表面失去平衡稳定性,各种各样的原子推移和结构变得非常活跃。由溅射产生弯曲使表面变粗糙,由表面扩散或原子流动使表面变光滑,粗糙和光滑两种作用相互影响,最终将形成自发的表面形貌,如孔洞、条纹、凸点和光滑等不同的形貌[5-8]。在一定条件下,形成有序的自组织纳米结构[9-15]。(前人研究进展) 对于这方面的研究,国外相对比较多,九十年代开始,德国科学家B. Ziberi等人用低能离子束刻蚀的方法在半导体材料、和Si表面进行了实验,成功获取了自组织纳米结构[16-18]。相对来说,国内在这一方面研究的比较少。(研究拟解决的关键问题)合适的离子束参数对形成自组织纳米结构尤为重要,(研究的切入点) 本文通过控制离子束不同入射能量和刻蚀时间,研究刻蚀后硅片表面形貌与表面粗糙度的变化规律。
1实验装备
为了研究低能离子束对单晶硅表面的刻蚀效果,我们在成都南光