宽束离子源增强MetaMode溅射高效沉积高性能五氧化二铌薄膜研究

《Journal of Alloys and Compounds》：MetaMode Deposition of Niobium Oxide Thin Films Using a Broad-Beam Ion Source

本文综述了采用新型宽束离子源增强MetaMode溅射技术沉积五氧化二铌（Nb2O5）薄膜的创新研究。该技术将形成完全化学计量比薄膜所需氧浓度从超过20%显著降低至~7.5%，沉积速率提升三倍以上，有效克服了传统反应溅射中的靶中毒和消失阳极效应，所获薄膜具有更光滑表面、更优光学透射率和更致密 morphology，为高质量氧化物薄膜的高效制备提供了突破性解决方案。

　　

Experimental details

Nb₂O₅薄膜以100纳米厚度沉积在2.5厘米×2.5厘米的钠钙玻璃基底和约1毫米厚的p型(100)硅晶圆上。沉积前，基底依次通过丙酮和去离子水进行超声清洗，然后在60°C的烘箱中干燥30分钟。薄膜采用脉冲直流磁控溅射并辅以安装在真空室顶法兰上的宽束离子源（SPR-100, Scion Plasma LLC）进行沉积。

Discharge voltage vs. oxygen concentration in reactive sputtering

图2显示了放电电压随氧气（O₂）浓度的变化关系。在没有离子源的溅射中，放电电压转变发生在4%至20%的O₂浓度之间；而在离子源增强的溅射中，这一转变范围缩小至4%至10%的O₂浓度。电压变化表明靶材表面从金属态向化合物态转变，导致二次电子发射减少。离子源增强溅射中这种转变的提前发生...

Conclusion

本文探讨了宽束离子源增强反应溅射对五氧化铌薄膜结构、光学和形态特性的影响。引入离子源显著改善了沉积工艺，使得在远低于传统反应溅射所需的氧气浓度下，就能形成透明、完全化学计量比的Nb₂O₅薄膜，且消光系数极低。重要的是，实现了稳定的MetaMode溅射...