壓電陶瓷閥特性在反應濺射AlN參數設置中的應用
采用金屬鋁靶反應濺射沉積AlN 薄膜, 鋁靶電壓隨反應氣體N2 流量的變化曲線如圖6 所示。圖6中隨著反應氣體N2 流量Q 的先增加再減少, 金屬鋁靶表面濺射狀態呈現金屬態-過渡態-氧化態的變化過程。
高效沉積AlN 薄膜通常在鋁靶濺射電源與反應氣體N2 輸出元件之間增加反饋控制系統, 保證鋁靶能穩定運行在過渡區, 即圖中B-C 段 。由圖6 可見, 要想將鋁靶電壓VAl穩定在B-C 段的某一工作電壓附近, 控制參數的設定至少要考慮三個要素, 氣體流量中心值Qs ( 鋁靶濺射電壓達到設定值所需要的氣體流量) 、氣體流量調節差量Q ( 當鋁靶濺射電壓上下波動時, 將其調整回到設定值需要相應增加或減少的氣體流量) 以及響應時間(從鋁靶電壓信號實時采樣到調節氣體流量輸出的周期) 。其中響應時間主要由氣體輸出的驅動元件決定, 壓電閥的響應時間為1 ms。N2 流量Q 的調節是通過改變壓電閥的偏置電壓Vo 來實現。
通過壓電陶瓷閥的N2 輸出流量Q 與偏置電壓Vo 的關系曲線, 確定與Qs 對應的偏置電壓中心設定值Vn ( 也稱正常閥開啟電壓) ; 通過壓電閥的N2 輸出流量Q 隨偏置電壓Vo 變化速率, 確定與Q 對應的偏置電壓調節幅值Vd( 也稱調節偏差) 。另外, 以上各參數的調節需同時考慮壓電閥的溫度特性。
圖6 鋁靶電壓VAl與反應氣體N2 流量Q 的遲滯曲線
如上所述優化設置反饋控制參數, 鋁靶濺射功率可達30 kW 以上, 鋁靶電壓VAl可在工藝設定值處穩定運行, 電壓波動范圍4 V 以內。在玻璃襯底上制備的透明AlN 薄膜, 測試其在可見光和太陽光范圍內的吸收比, 與未鍍膜的玻璃襯底試樣相等, 即制備的AlN 薄膜在可見光和太陽光范圍內吸收幾乎為零。
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