Al/CuO复合薄膜的制备和电阻特性表征(2)
1.3 本文主要研究内容
因为Al/CuO复合薄膜是一种具有化学反应性能的含能薄膜材料，当Al/CuO复合薄膜受到加热时，Al和CuO能发生激烈的化学反应，发生燃烧或爆炸，并放出大量的热。化学反应方程式如下（1.1）式：
2Al+3CuO→3Cu+Al2O3 (1. 1)
由文献[15]可得式（1.1）在标态下的 ， =-1204.885kJ•mol-1＜0。从热力学角度来讲，式（1.1）可以自发进行，且反应为放热反应。因此相比于传统的桥丝电火工品，在相同的输入能量下，Al-CuO复合膜提高了点火桥的能量转换效率，从而能够达到降低点火桥的发火能量、提高其能量输出的目的。
复合膜典型结构如图1.1所示，其中相邻两种金属或合金的亚层厚之和称为多层薄膜的调制周期 ，亚层厚度之比称为调制比(R= )。
图1.1 复合膜典型结构图示
为了掌握Al/CuO复合膜的制备工艺、微观结构，以及更好更方便的测量单层和多层薄膜之间的电阻特性，本文主要开展以下的研究工作：通过采用多层掩膜覆盖基底的方式，使用真空磁控溅射制备Al/CuO/Al/CuO/Al五层复合膜，使每层薄膜之间有一定的渐变台阶，方便后期电阻特性的测量，效果图如图1.2和图1.3所示。然后对所制备的复合膜进行表征，利用X射线衍射（XRD）鉴定复合膜中Al和CuO化学形态是否发生变化，是否有Al2O3生成；利用扫描电子显微镜（SEM）表征薄膜表面形貌，表明成膜质量状况。最后对比测量不同调制周期和调制比的复合薄膜之间的电阻特性，得出对比性实验数据。
图1.2 复合薄膜正视效果图 图1.3 复合薄膜俯视效果图
2. Al/CuO复合薄膜材料的制备与表征
2.1 Al/CuO复合薄膜材料制备原理与方法
2.1.1 真空射频磁控溅射原理
本文采用真空射频磁控溅射法制备Al/CuO复合薄膜。射频磁控溅射技术本质上是由溅射沉积技术发展而来的，通过使用射频功率源，可以克服传统直流溅射不利于制备半导体、绝缘体薄膜的缺点；而通过引入与电场方向垂直的磁场，可显著增长电子在飞向基板过程中的运行距离，提高Ar气离化率，从而提升镀膜速率。同时由于电子在飞行过程的不断的碰撞过程导致其能量的损耗，以致其最终抵达基板时，不会对基板造成显著的温升效应，因此磁控溅射技术具有“高速低温”的特点。
射频磁控溅射的原理如下：磁控溅射系统在阴极靶材背后放置100～1000 Gauss（1 T=10000 Gauss）强力磁铁，真空室中充入0.1～10 Pa的惰性气体（Ar）作为气体放电的载体[16]。电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片。氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，大大提高了惰性气体的离化率和电子能量利用率。呈中性的靶原子（或分子）沉积在基片上成膜[17]。二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛仑兹力的影响，被束缚在靠近靶面的等离子体区域内，该区域内等离子体密度很高，二次电子在磁场的作用下围绕靶面作圆周运动，该电子的运动路径很长，在运动过程中不断的与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材，使更多的中性靶原子逸出靶材表面飞向基片成膜。而电子经过多次碰撞后，能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚，远离靶材，最终沉积在基片上，此时电子能量已经很低，因此不会造成湮灭在基片上时将大量能量传递给基片而导致的温升过高[18-20]。 磁控溅射就是以磁场束缚和延长电子的运动路径，改变电子的运动方向，大大提高惰性气体的离化率和电子的能量利用率[21-23]。。磁控溅射原理简图如图2.1所示。
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