D0I:10.13374/1.issnl00103.2009.08.016 第31卷第8期 北京科技大学学报 Vol.31 No.8 2009年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug:2009 静电辅助的气溶胶化学气相沉积法制备Y2O3薄膜 王耀华吕反修贺琦李成明唐伟忠 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要采用静电辅助的气溶胶化学气相沉积的方法成功地在Si(100)衬底上制备了Y2O3薄膜，利用X射线衍射(XRD)、场 发射扫描电镜(FE SEM)、原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱(XRP)对薄膜进行了表征·SEM分析结果显示，薄膜的 颗粒为纳米级的，并且薄膜致密、平整.AFM分析结果表明，薄膜的粗糙度为11m·由XPS分析可知，薄膜为基本上符合化 学计量比的氧化物·附着力测试表明，Y203薄膜与Si衬底的附着力为4.2N.X射线衍射分析结果表明，沉积得到的Y203薄 膜在热处理前为非晶结构，热处理之后薄膜具有立方晶体结构，并且沿(111)面择优生长· 关键词静电辅助的气溶胶化学气相沉积：氧化钇：薄膜：粗糙度 分类号TB43 Deposition of Y2O3 thin films by electrostatic spray assisted vapor deposition method WANG Yao-hua.LU Fan-xiu,HE Qi.LI Cheng-ming.TANG Wei-zhong School of Materials Science and Engineering University of Science and Technology Beijing Beijing 100083.China ABSTRACT Y203 thin films were successfully deposited onto Si(100)substrates by the electrostatic spray assisted vapor deposition (ESAVD)method.The films were characterized by X-ray diffraction (XRD),field emission scanning electron microscopy (FE- SEM).atomic force microscopy (AF M)and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).The results of FE-SEM analysis showed that Y203 thin films were homogeneous,uniform and nanostructural.AF M analysis indicated that Y203 thin films had low surface rough- ness (11 nm).XPS analysis results showed that the deposited thin Y203 oxide films were close to their stoichiometry.The coalescent strength of the Y203 film to the Si substrate was 4.2 N.XRD patterns indicated that Y203 thin films with (111)oriented growth were obtained after heat treatment,whilst the Y203 thin films were amorphous before heat treatment. KEY WORDS electrostatic spray assisted vapor deposition (ESAVD):yttrium oxide:thin film:roughness 氧化钇(Y203)薄膜具有相对高的介电常数 (sol-g©)法[]、离子束溅射沉积(IBsD)[-门、射频 (9~17)、高的能带隙(5.1eV)、与硅的点阵错配度 磁控溅射法(r-f.magnetron sputtering)8)、原子层 小(ao(Si)×2=1.086nm;ao(Y203)=1.0604nm) 沉积法(atomic layer deposition)Io)、激光烧蚀 和优异的高温稳定性等优点)，因此在电学方面 法1,3.可和喷雾热解法-等。静电辅助的气溶胶 具有广阔的应用前景，同时，氧化钇薄膜透明性优 化学气相沉积法(ESAVD)1]相比上述方法有很多 良（即使在远红外区仍有约80%的直线透过率），可 优点，其设备简单，无需复杂的真空系统，不需要载 用于制造导弹的红外窗口、整流罩、红外透镜及其他 气，并且沉积效率高，沉积温度低，该方法不仅可以 高温窗口等3]. 制备氧化物薄膜4、复合氧化物薄膜)，也可制备 目前制备Y2O3薄膜的方法有很多，包括金属 硫化物薄膜161.本研究采用ESAVD法在Si衬底 有机化合物化学气相沉积(MOCVD)[)、溶胶凝胶 上成功地制备了Y2O3薄膜， 收稿日期：2008-10-20 作者简介：王耀华(1978一)，女，博士研究生：吕反修(1943一)，男，教授，博士生导师，Ema:fxlm@mater-usth.edu.cn静电辅助的气溶胶化学气相沉积法制备 Y2O3 薄膜 王耀华 吕反修 贺 琦 李成明 唐伟忠 北京科技大学材料科学与工程学院‚北京100083 摘 要 采用静电辅助的气溶胶化学气相沉积的方法成功地在 Si（100）衬底上制备了 Y2O3 薄膜‚利用 X 射线衍射（XRD）、场 发射扫描电镜（FE－SEM）、原子力显微镜（AF M）和 X 射线光电子能谱（XRP）对薄膜进行了表征．SEM 分析结果显示‚薄膜的 颗粒为纳米级的‚并且薄膜致密、平整．AF M 分析结果表明‚薄膜的粗糙度为11nm．由 XPS 分析可知‚薄膜为基本上符合化 学计量比的氧化物．附着力测试表明‚Y2O3 薄膜与 Si 衬底的附着力为4∙2N．X 射线衍射分析结果表明‚沉积得到的 Y2O3 薄 膜在热处理前为非晶结构‚热处理之后薄膜具有立方晶体结构‚并且沿（111）面择优生长． 关键词 静电辅助的气溶胶化学气相沉积；氧化钇；薄膜；粗糙度 分类号 TB43 Deposition of Y2O3 thin films by electrostatic spray assisted vapor deposition method W A NG Y ao-hua‚LÜ Fan-xiu‚HE Qi‚LI Cheng-ming‚T A NG We-i z hong School of Materials Science and Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China ABSTRACT Y2O3thin films were successfully deposited onto Si （100） substrates by the electrostatic spray assisted vapor deposition （ESAVD） method．T he films were characterized by X-ray diffraction （XRD）‚field emission scanning electron microscopy （FE￾SEM）‚atomic force microscopy （AF M） and X-ray photoelectron spectroscopy （XPS）．T he results of FE-SEM analysis showed that Y2O3 thin films were homogeneous‚uniform and nanostructural．AF M analysis indicated that Y2O3thin films had low surface rough￾ness （11nm）．XPS analysis results showed that the deposited thin Y2O3oxide films were close to their stoichiometry．T he coalescent strength of the Y2O3film to the Si substrate was4∙2N．XRD patterns indicated that Y2O3 thin films with （111） oriented growth were obtained after heat treatment‚whilst the Y2O3thin films were amorphous before heat treatment． KEY WORDS electrostatic spray assisted vapor deposition （ESAVD）；yttrium oxide；thin film；roughness 收稿日期：2008-10-20 作者简介：王耀华（1978－）‚女‚博士研究生；吕反修（1943－）‚男‚教授‚博士生导师‚E-mail：fxlu＠mater．ustb．edu．cn 氧化钇（Y2O3）薄膜具有相对高的介电常数 （9～17）、高的能带隙（5∙1eV）、与硅的点阵错配度 小（ a0（Si）×2＝1∙086nm；a0（Y2O3）＝1∙0604nm） 和优异的高温稳定性等优点［1－2］‚因此在电学方面 具有广阔的应用前景．同时‚氧化钇薄膜透明性优 良（即使在远红外区仍有约80％的直线透过率）‚可 用于制造导弹的红外窗口、整流罩、红外透镜及其他 高温窗口等［3－4］． 目前制备 Y2O3 薄膜的方法有很多‚包括金属 有机化合物化学气相沉积（MOCVD） ［3］、溶胶－凝胶 （so-l gel）法［4－5］、离子束溅射沉积（IBSD） ［6－7］、射频 磁控溅射法（r．f．-magnetron sputtering） ［8－9］、原子层 沉 积 法 （ atomic layer deposition ） ［10］、激 光 烧 蚀 法［1‚3‚5］和喷雾热解法［11－12］等．静电辅助的气溶胶 化学气相沉积法（ESAVD） ［13］相比上述方法有很多 优点‚其设备简单‚无需复杂的真空系统‚不需要载 气‚并且沉积效率高‚沉积温度低．该方法不仅可以 制备氧化物薄膜［14］、复合氧化物薄膜［15］‚也可制备 硫化物薄膜［16］．本研究采用 ESAVD 法在 Si 衬底 上成功地制备了 Y2O3 薄膜． 第31卷 第8期 2009年 8月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31No．8 Aug．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．08．016