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金属薄膜是电子工业中极为重要的材料,随着科学技术的发展,金属薄膜在工业中的应用范围已扩展到太阳能、半导体、微电子等领域。技术的进步和市场的需求推动了金属薄膜研究进程,引起了越来越多科研工作者的关注。传统典型的金属薄膜制备方法有蒸镀法、溅射法、气相沉积法等,但由于设备比较复杂,工序较多,后续处理麻烦等缺点使其不容易实现个性化,小批量的生产。激光技术的引入对薄膜工业产生了很大影响,激光溅射,激光直写,激光薄膜转移等方法的出现为薄膜的制备开辟了新的途径。
本文提出的激光透射制膜方法是将激光光束聚焦于粉末靶材和基板的接触面,将粉末材料直接蒸发溅射到基板上形成薄膜。可以很容易在基板表面形成导电性能好、结合强度高的金属薄膜。激光透射制膜法充分发挥了激光加工精度高、柔性化程度高的特点,能够通过振镜系统的选区扫描功能制备出形状极其复杂的薄膜图形。薄膜制备完成后,经激光的二次辐照刻蚀处理可以得到具有很好透明效果的导电薄膜。根据现有的实验条件,文中还设计了一种廉价有效的异种粉末混合装置,粉末在超声高频振动搅拌作用下不再团聚,具有了很好的流动性,逐渐扩散到异种粉末中,形成混合均匀的多元粉末。
在制膜机理方面,分析了制膜过程中靶材的蒸发、溅射现象,重点讨论转移到基板的金属原子粒子团的凝结和润湿铺张行为。通过优化工艺参数,对激光脉冲沉积实验中离焦量、扫描速度等影响薄膜制备的因素进行了探索,对光斑重叠率与薄膜表面形貌的关系进行了深入研究。
文中主要对锌膜、铝锌薄膜、铜锌薄膜、银锌薄膜做了物相分析和性能测试,结果表明使用激光透射法能够制得性能优良的金属薄膜。为了改善薄膜的透光性,本文设计了激光透明化处理实验。结果表明,进行薄膜透明化处理时,透射刻蚀和直接刻蚀对薄膜的作用机制有所不同,薄膜微观形态特征和薄膜物相存在明显区别。通过调整刻蚀参数可以实现对浅层薄膜去除程度的控制,进而获得了不同透光率和电阻率的薄膜。