Preparation of (001) preferentially oriented titanium thin films by ion-beam sputtering deposition on thermal silicon dioxide

Abstract

We propose the ion-beam sputtering deposition providing Ti thin films of desired crystallographic orientation and smooth surface morphology not obtainable with conventional deposition techniques such as magnetron sputtering and vacuum evaporation. The sputtering was provided by argon broad ion beams generated by a Kaufman ion-beam source. In order to achieve the optimal properties of thin film, we investigated the Ti thin films deposited on an amorphous thermal silicon dioxide using X-ray diffraction, and atomic force microscopy. We have optimized deposition conditions for growing of thin films with the only (001) preferential orientation of film crystallites, and achieved ultra-low surface roughness of 0.55 nm. The deposited films have been found to be stable upon annealing up to 300 °C which is often essential for envisaging subsequent deposition of piezoelectric AlN thin films.

Práce se zabývá iontovým naprašováním titanových tenkých vrstev a studiem jejich krystalografie a drsnosti. Tyto parametry obvykle nejsou proveditelné konvenčními metodami magnetronového naprašování nebo vakuového napařování. Naprašování bylo realizováno pomocí Kaufmanova iontové zdroje. Nadeponované tenké vrstvy byly analyzovány pomocí XRD a AFM. Optimalizováním depozičních parametrů bylo dosaženo (001) preferenčně orientovaných krystalitů a velmi nízké drsnosti 0,55 nm. Teplotní stabilita titanových tenkých vrstev byla ověřena do 300 °C pro případné depozice nitridu hliníku, který pro dosažení požadovaných vlastností vyžaduje zahřívání substrátu při depozici.