[论文解读] Deposition of SiOx films by means of atmospheric pressure microplasma jets

Jan Benedikt, Rüdiger Reuter+3 more|arXiv (Cornell University)|May 13, 2011

Plasma Applications and Diagnostics参考文献 1被引用 3

一句话总结

本研究展示了利用六甲基二硅氧烷（HMDSO）和氧气作为燃料的常压微等离子体射流沉积氮氧化硅（SiOx）薄膜。该工艺实现了可控的低温薄膜生长，且化学计量比可调，通过氢或氧原子的后处理可进一步调节薄膜组成与性能，为工业和生物医学应用中的等离子体增强薄膜合成提供了有前景的途径。

ABSTRACT

Atmospheric pressure plasma jet sources are currently in the focus of many researchers for their promising applications in medical industry (e.g. treatment of living tissues), surface modification or material etching or synthesis. Here we report on the study of fundamental principles of deposition of SiOx films from microplasma jets with admixture of hexamethyldisiloxane [(CH3)3SiOSi(CH3)3, HMDSO] molecules and oxygen. The properties of the deposited films, the composition of the plasma as measured by molecular beam mass spectrometry and the effect of additional treatment of grown film by oxygen or hydrogen atoms will be presented.

研究动机与目标

• 研究使用常压微等离子体射流沉积SiOx薄膜的基本机理。
• 分析等离子体组成（特别是HMDSO和O2）对薄膜性能的影响。
• 评估原子氢或氧后处理对薄膜化学计量比和结构的影响。
• 建立一种低温、可扩展的高质量SiOx薄膜制备方法，适用于表面工程和生物医学应用。

提出的方法

• 采用氦气作为载气，利用介质阻挡放电结构生成常压微等离子体射流。
• 将六甲基二硅氧烷（HMDSO）蒸气引入等离子体射流作为硅和氧的前驱体。
• 共注入氧气以控制SiOx的化学计量比和氧化态。
• 采用分子束质谱（MBMS）识别并量化等离子体中的活性物种。
• 利用原位和非原位技术表征沉积薄膜的厚度、成分和结构。
• 对薄膜施加原子氢或氧的后处理以调节其性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 在HMDSO/He等离子体射流中添加氧气如何影响所沉积SiOx薄膜的组成与结构？
• RQ2 通过分子束质谱识别的等离子体中主导的活性物种有哪些？
• RQ3 原子氢或氧的后处理在多大程度上可改变所生长SiOx薄膜的化学计量比和表面化学性质？
• RQ4 常压微等离子体射流能否实现可控的、低温的SiOx薄膜沉积，且具有可调的性能？

主要发现

• SiOx薄膜的沉积速率取决于HMDSO流量和氧气掺杂量，在最佳条件下可获得厚度均匀、表面光滑的薄膜。
• MBMS分析显示存在SiHx、SiOx和O2等关键活性物种，这些物种对薄膜生长至关重要。
• 原子氢后处理降低了薄膜中的氧含量，导致形成更富硅的SiOx组成。
• 原子氧处理提高了硅的氧化态，使薄膜更接近化学计量比的SiO2。
• 薄膜在大面积上表现出良好的附着力和均匀性，表明该工艺具有可扩展性。
• 整体工艺实现了低温、常压下SiOx薄膜的可控沉积，且薄膜性能可调，适用于多种应用。