[科普中国]-钽硅电阻薄膜

一种由钽和硅的金属间化合物组成的高电阻薄膜。具有耐高温(熔化温度2510℃)、耐腐蚀和高电阻的特点。

研究背景由于薄膜材料应用范围越来越广，在高新技术中的地位越来越重要，要求制作更多的性能优异、功能独特的各种薄膜。因此，极大地刺激和促进了薄膜制造技术的不断进步与发展，概括起来主要表现为下述方面。

在薄膜制作技术上，一是从原理上研究新的制膜方法，二是利用新的能源与方法对现有制膜设备进行改进。在以利用电场作用为主的溅射技术中，引入磁场，发展了各类高速、低温、低损伤的磁控溅射技术。为了制造多元成分的薄膜或多层复合薄膜，相继发展出多源共蒸发或顺序蒸发、多靶共溅射或顺序溅射、多靶离子束共溅射或顺序溅射、对靶溅射以及特殊设计的复合单靶溅射技术。

由于这些工艺与新技术的采用。制造出了许多新型薄膜，如高T超导薄膜、金刚石薄膜、超微粒薄膜以及磁光薄膜等。采用掺杂改性或调变结构改性优化薄膜，从而制造出了许多性能优异的薄膜如钽铝薄膜、钽硅薄膜、氮化钽薄膜、氮化钛薄膜等。 1

性能钽硅介质薄膜在Si含量为20~50at%范围内，其介电性能与纯β-Ta差不多。在Si含量为35at%左右时，除比容外，其漏电流、击穿电压和损耗等电性能均优于纯β-Ta的阳极氧化膜。钽硅介质膜具有很好的热稳定性。在水溶液和在有机溶液中阳极化得到的介质膜，其介电特性类似（在Si含量小于50at%时）。但对Si含量大于50at%的Ta-Si薄膜，在水溶液中阳极化发生困难，到70at%Si时几乎不氧化。钽硅薄膜的特性基本上符合陷阱能级存在下的空间电荷限流的关系。Ta-Si薄膜可同时用来制作电容和电阻，其阻容性能相当良好。2

钽硅薄膜电阻与Ta2N膜电阻相比，除电阻率和电阻温度系数相近似外，其电阻稳定性有较大的提高，这对制造精度高、高稳定的精密电阻是非常重要的。钽硅电阻薄膜晶粒很小，表面平整，Ti、Si原子在膜中均匀分布。3

制备简介钽硅薄膜通常用反应溅射和共溅射方法制备，也有用烧结的合金为靶，进行阴极溅射制备，但这种方法只能 制得一种成份的钽硅薄膜。由于钽硅薄膜能用一般的溅射工艺淀积，所以生产薄膜的工厂中的基本工艺设备都可以继续应用，只要改变原材料和制造工艺即可。3

直流二级反应溅射采用直流二级反应溅射的方法，在硅烷和氩气中用高纯钽靶，直接在微晶玻璃基片上淀积钽硅薄膜，背景气压一般为(6~8)×10-6托，溅射电压4.5kV，电流密度为0.2~0.4mAcm2，溅射气压为1x10-2托，极间距离为6.5cm。淀积速率为80~120A/min，这取决于硅烷分压。制好钽硅薄膜后，在真空中进行热处理。

用四探针仪测量其表面电阻，然后用这个值乘其膜厚，便得到钽硅薄膜的电阻率：

式中：ρ为电阻率，R12为表面电阻，d为膜厚。3

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何星 - 副教授 - 上海交通大学