1. 研究目的与意义
| 随着超大规模的集成电路的发展，要求电子元件小型化，薄膜化和多功能化，这就使得传统的SiO2作为主要的电容介质材料达到了饱和的状态，而Ta2O5的介电常数远远大于SiO2的介电常数，从而实现相同厚度下更大的电容。 Ta2O5是一种很好的高折射率镀膜材料，它与SiO2组合镀制的增透膜，反射膜，干涉滤光片等膜层牢固，化学稳定性好，抗激光损伤强。在可见和近红外区有高的透过率和反射率，应用于镀膜材料，激光器，光通讯，太阳能电池等元器件上。Ta2O5层又具有高介电常数，也是制造薄膜电容器的重要材氧化钽化合物有多种价态：如TaO,Ta2O3,TaO2等作为镀膜材料，Ta2O5是最常见的形态。在较低的衬底温度下，通过磁控溅射得到的非晶态Ta2O5薄膜，在氧气氛750℃条件下进行化学热退火，得到晶华的Ta2O5薄膜，其相对介电常数为34.3，漏电流密度小于10-7A/cm2。电容量测试时，为了更好地消除高温退火时产生的SiO2介电层对电容测试值的影响，用不同厚度氧化钽薄膜为介质层做成金属-绝缘体-金属结构的电容器，对这些电容器的电容的电容测试数据，进行Sigmoidal拟合得到极限电容，从而算出Ta2O5的介电常数。
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2. 研究内容和预期目标
氧化钽薄膜具有很多优良的光学性能，如在可见光范围有较大折射率、较小的消光系数，是一种性能优异的光学薄膜，同时氧化钽薄膜具有较大的带隙，可以用作绝缘介质，在微电子器件领域也有广泛的应用。
本课题要求我们调研氧化钽薄膜的具体应用和制备方法，并利用离子束溅射法制备出氧化钽薄膜和并且测试不同条件下薄膜的性能。通过此次课题研究我们希望能主要掌握如何利用离子束溅射的方法制备出厚度均匀的，表面平整的，光学性能良好的氧化钽薄膜，再在其薄膜上层加上电极，制造出简单的电容器结构。通过制备过程，能学习化学清洗溶液及各种耗材的合理使用，表面形貌，光学性能和电容器介电性能LCR的测量。
3. 研究的方法与步骤
本课题主要采用的研究方法：利用离子束溅射将氧化钽溅射到基片上（硅片）形成厚度均匀的氧化钽薄膜材料，接着在薄膜上层加电极，通过测量电容和频率的关系，电压和电流的关系来研究。
主要步骤：
1.通过调研了解氧化钽薄膜的制备方法和应用情况；
4. 参考文献
| 1.半导体物理学，刘恩科等．西安交通大学出版社，1998年10月第1版。 2．半导体制造技术，Michael Quirk (作者), Julian Serda (作者),海 潮和(合著者),徐秋霞(合著者),等(合著者),韩郑生(译者)电子工业出版社;第1版 ，2009年。 3.曲铭浩，胡跃辉，冯景华，谢耀江，王立富.高介电氧化钽薄膜制备与介电性能分析[J].陶瓷学报. 2009, 30(2):182-185。 4.张幸福，魏爱香，侯通贤.氧化钽薄膜的结构、成份和介电性能研究[J].人工晶体学报. 2008, 37(3):684-688。 5.王超，庄大明，张弓，吴敏生.五氧化二钽薄膜的I—V特性[J]．材料研究学报．2003(3):332-336。 6.陈国平，李玲珍，张随新，张浩康.氧化钽感湿薄膜的研究[J]．传感技术学报． 1990(1):15-20。 7.李定，熊胜明．离子束溅射氧化物薄膜的中红外特性[J]．中国激光．2015(1):219-223。 8.禹庆荣, 陈特超. 离子束溅射制备的氧化钽层的绝缘特性[J]. 微细加工技术, 2002(4):58-60。 9.代武宁, 代国光. 五氧化二钽镀膜材料[J]. 光学仪器, 2001, 23(Z1):221-225。 10.韦春才, 李和太. 新型SiO-Ta2O5复合介质薄膜电容器的研究[J]. 沈阳工业大学学报, 1999, 21(5):438-440。 11.杜纪富,展长勇,黄宁康.动态离子束混合沉积氧化钽薄膜的微观分析[J].功能材料与器件学报.2008年04月10日,512-516。 12.王昆.热处理对电弧源沉积氧化钽薄膜特性的影响研究[J].黑龙江科技信息。2017年08期,70。 13.刘华松,杨霄,王利栓,姜玉刚,季一勤,陈德应.离子束溅射氧化钽薄膜的光学带隙特性[J].光学精密工程.2017年1期,21-27。 14.蒋浩.基于氧化钽薄膜阻变器件制备与特性研究[J].微电子学与固体电子学 天津理工大学.2016年08月31日。 15.郭培涛,薛亦渝,张光勇,王汉华,马中杰.氧化钽薄膜表面形貌和光学性能的研究[J].真空.2017年11月05日,32-35。 |
5. 计划与进度安排
| 第七学期：2022年12月20日根据教师要求收集相关资料。 第八学期： 1周：2022年3月5日-3月11日：听取教师讲授所选论题的状况和要求等； 1-2周：2022年3月10日-3月18日：提交开题报告等材料（开题报告、外文翻译等） 3—14周： 2022年3月19日-6月5日：按要求实验和撰写论文； 8—9周： 2022年4月23日-5月6日：汇报课题进展情况，回答教师提问，配合教务处论文中期检查； 11-12周: 2022年5月16日-5月22日：根据教师建议，修改论文初稿； 13-14周: 2022年5月30日-6月5日：教师批改论文初稿后再次修改达到质量要求后定稿; 14-15周: 2022年6月6日-6月12日： 准备论文答辩相关的资料; 15-16周: 2022年6月13日-6月18日： 论文答辩，答辩委员会提出终审意见，确定成绩，填写评议书; 16周: 2022年6月19日-6月20日： 整理材料，做好总结，上报教务处。
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