壓電陶瓷閥特性在反應(yīng)濺射AlN參數(shù)設(shè)置中的應(yīng)用
采用金屬鋁靶反應(yīng)濺射沉積AlN 薄膜, 鋁靶電壓隨反應(yīng)氣體N2 流量的變化曲線如圖6 所示。圖6中隨著反應(yīng)氣體N2 流量Q 的先增加再減少, 金屬鋁靶表面濺射狀態(tài)呈現(xiàn)金屬態(tài)-過(guò)渡態(tài)-氧化態(tài)的變化過(guò)程。
高效沉積AlN 薄膜通常在鋁靶濺射電源與反應(yīng)氣體N2 輸出元件之間增加反饋控制系統(tǒng), 保證鋁靶能穩(wěn)定運(yùn)行在過(guò)渡區(qū), 即圖中B-C 段 。由圖6 可見(jiàn), 要想將鋁靶電壓VAl穩(wěn)定在B-C 段的某一工作電壓附近, 控制參數(shù)的設(shè)定至少要考慮三個(gè)要素, 氣體流量中心值Qs ( 鋁靶濺射電壓達(dá)到設(shè)定值所需要的氣體流量) 、氣體流量調(diào)節(jié)差量Q ( 當(dāng)鋁靶濺射電壓上下波動(dòng)時(shí), 將其調(diào)整回到設(shè)定值需要相應(yīng)增加或減少的氣體流量) 以及響應(yīng)時(shí)間(從鋁靶電壓信號(hào)實(shí)時(shí)采樣到調(diào)節(jié)氣體流量輸出的周期) 。其中響應(yīng)時(shí)間主要由氣體輸出的驅(qū)動(dòng)元件決定, 壓電閥的響應(yīng)時(shí)間為1 ms。N2 流量Q 的調(diào)節(jié)是通過(guò)改變壓電閥的偏置電壓Vo 來(lái)實(shí)現(xiàn)。
通過(guò)壓電陶瓷閥的N2 輸出流量Q 與偏置電壓Vo 的關(guān)系曲線, 確定與Qs 對(duì)應(yīng)的偏置電壓中心設(shè)定值Vn ( 也稱正常閥開(kāi)啟電壓) ; 通過(guò)壓電閥的N2 輸出流量Q 隨偏置電壓Vo 變化速率, 確定與Q 對(duì)應(yīng)的偏置電壓調(diào)節(jié)幅值Vd( 也稱調(diào)節(jié)偏差) 。另外, 以上各參數(shù)的調(diào)節(jié)需同時(shí)考慮壓電閥的溫度特性。
圖6 鋁靶電壓VAl與反應(yīng)氣體N2 流量Q 的遲滯曲線
如上所述優(yōu)化設(shè)置反饋控制參數(shù), 鋁靶濺射功率可達(dá)30 kW 以上, 鋁靶電壓VAl可在工藝設(shè)定值處穩(wěn)定運(yùn)行, 電壓波動(dòng)范圍4 V 以內(nèi)。在玻璃襯底上制備的透明AlN 薄膜, 測(cè)試其在可見(jiàn)光和太陽(yáng)光范圍內(nèi)的吸收比, 與未鍍膜的玻璃襯底試樣相等, 即制備的AlN 薄膜在可見(jiàn)光和太陽(yáng)光范圍內(nèi)吸收幾乎為零。
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