材料、能源、和信息技术被誉为现代科学技术的三大支柱，尤其是材料科学技术，其发展更是得到了广泛的高度关注。世界各工业发达国家都十分重视材料技术的发展，尤其是先进材料的研宄与发展。而薄膜材料因其独有的特性在工业生产各个方面都起到至关重要的作用。薄膜技术起始于17世纪，现已成为现代材料科学的一个重要组成部分。薄膜是在机械锁和、化学吸附、物理吸附和扩散结合等因素综合的作用下才能够附着在基体上。目前使用较为广泛的薄膜制备技术有很多类别，包括气相生长法、液相生长法、外延生长法、氧化法、扩散与涂布法、电镀法、溅射法等等。近年来，薄膜技术已经渗透到现代科学技术和国民经济发展的多个重要领域，包括但不限于航天航空、光学、能源、交通、通信等领域。此外，在高新技术产业，薄膜材料和技术也占据其独有的重要地位，例如在电子技术、集成光学、激光技术、红外技术、航天技术以及光学仪器等多个领域都得到了广泛的开发和应用。
金属钼具有高熔点，高的高温强度、硬度及刚度，优良的导热导电性以及抗热震性等优异的性能，因而已经在机械工业、制造业、国防工业以及交通业等方面得到了广泛的应用。Mo层状材料的具有可调节的热膨胀系数和弹性模量，因而在薄膜领域的应用较多。Mo薄膜也因具有良好的导电性、稳定性和高红外反射率而被广泛用于太阳能薄膜电池的背电极材料，液晶显示器薄膜晶体管的电极、或布线材料，以及太阳能选择性吸收涂层;Mo薄膜在集成电路中可作低电阻布线材料，与传统A1薄膜相比，其老化速率明显降低，使用寿命更长；磁控溅射法沉积制备Mo薄膜也常常被作为散射层材料，在激光等离子体技术中起到了很大的作用;磁控溅射Mo薄膜也可以做结构良好且活化能较低，整体比较稳定的纳米级含能薄膜。采用合理的工艺在钼中掺杂金属氧化物，进而得到的金属合金化薄膜具有表面光滑，晶粒细小，抗拉强度较高等特点。此外，在铜基底上镀覆Mo薄膜可以作为导电率较高的梯度材料。目前，Mo在显示领域应用广泛，而且和氧化物半导体的接触良好，平面显示器的薄膜多采用溅射成形，Mo薄膜已成为其中使用最为广泛的电极材料，Mo薄膜的应用不仅能够提高液晶显示屏的清晰度和对比度，而且能够在很大程度上延长其使用周期。宁洪龙等制备了具有Cu-Mo结构源漏电极的薄膜晶体管，Mo接触层不仅能够有效抑制Cu与有源层之间的扩散，而且有助于提高Cu电极与玻璃基底以及栅极绝缘层之间的结合强度。
1、薄膜制备技术
薄膜制备技术具有多种类别，主要包括以物理气相沉积和化学气相沉积为代表的气相沉积法，以轧制和机械研磨抛光为代表的机械方法，以离子束刻蚀为代表的微细加工技术，以真空蒸镀为代表的蒸镀方法等等。
1.1轧制
轧制方法是指金属材料在上下转动的柱状轧辊之间通过，以此来不断降低材料厚度，是利用金属良好的延伸性和塑性变形性而获得所需要薄膜材料的方法。
轧制前后材料的密度和化学成分均保持不变，是制备金属薄膜常用的一种简单高效的方法。轧制法制备的薄膜其优点在于薄膜具有较高的密度和硬度。但是轧制法制得的薄膜中存在大量的缺陷，例如位错、织构取向、冷作硬化层等，此外，薄膜的表面粗糙度也略高。
1.2机械研磨抛光
机械研磨抛光法其实质在于通过试样表面与磨料和抛光细粉之间的相互滑动或滚动以达到减薄与抛光目的的方法，其优点在于加工前后试样的密度保持不变，薄膜表面粗糙度较低，加工精度较高。但是机械研磨抛光制备的薄膜厚度一致性较差，容易出现成分污染和表面硬化，其厚度难以小于10^m，因而有一定的局限性。
1.3化学气相沉积法
化学气相沉积是指气体通过化学反应在基底表面形成薄膜。化学气相沉积包括化学合成反应和热分解反应两种类型大多数化学沉积过程中都可能有两种或两种以上气态反应物在基片上发生反应；而热分解反应一般在有惰性气体的保护或者在真空中，将基片加热到所需的温度，则反应物气体会发生热分解，最后在基底的表面形成一层需要的薄膜。
化学气相沉积法能够制备的薄膜种类多，且薄膜的沉积速度也较快。此外，反应前驱体良好的绕射性使薄膜能够均匀覆盖复杂形状的表面、工件的细孔和深孔等。该方法制得的薄膜纯度高、致密性好、表面光滑、薄膜的结晶性能良好、残余应力较小。但化学气相沉积法制备薄膜反应温度较高，限制了对基底材料的选择，而且采用该方法沉积的薄膜质量不如物理气相沉积的薄膜质量高。
1.4离子镀与离子束沉积法
离子束沉积是由DMMattox于1963年提出的，将离子束引入真空室中，进而借助离子束的轰击溅射出靶材原子，进而沉积在基底上的过程。离子束溅射方法的优点在于其制备薄膜的纯度较高，且工作过程中基底温升小，离子束的能量和方向是能够被控制的。此外，离子束溅射中的靶材和基底都是可以根据需要任意选择的，能够在金属和非金属基底上获得多种化合物薄膜。
但离子束溅射沉积的装置复杂，薄膜沉积速率较低，不适用于大面积连续沉积薄膜。且离子束溅射过程中局部靶材会因高温熔化产生小液滴，于膜层处生成大颗粒，薄膜表面较为粗糙。
1.5真空蒸镀法
真空蒸镀是指将装有基底的真空室抽成真空，并使真空室的气体压强达到10-3Pa以下后采用不同的蒸发源加热待蒸发材料，使得待蒸发材料表面的原子或者分子蒸发出来，形成蒸发气流，最后沉积到基底表面凝固成薄膜。真空蒸发镀膜成膜速度快，但膜基结合力较小。
目前比较常用的真空蒸镀方法是电子束蒸发镀膜法。其原理是电子在电场的加速下，获得足够大的能量轰击到阳极的待蒸发靶材上，电子的动能转化为靶材的热能，蒸发材料获得足够能量后开始熔化进而被蒸发，最终沉积在基底薄膜形成纯度较高的薄膜，能够解决普通蒸发镀膜法中沉积速率低、不容易控制加热温度的缺陷，但是采用电子束蒸发镀膜法制备的薄膜致密度不够高，且蒸发过程中会产生一定的热辐射等等，这些不足之处均阻碍电子束蒸发技术发展。
1.6溅射镀膜法
溅射过程是指带有较高动能的粒子轰击固体材料，材料表面的原子或分子能够获得足够高的动能进而脱离固体的束缚逸出到气相中。而溅射镀膜法就是把溅射到气相中的材料收集起来，并使之沉积成膜。溅射镀膜过程中靶材无相变，化合物的成分不容易发生变化。溅射原子能量高，沉积在基底处与基板发生能量转换而产生热量使膜与基板附着力好。溅射时基底处于等离子区，附着不牢的沉积原子会被清洗，因此基底会得到净化及活化。且溅射镀膜的膜厚可控性和重复性好。因此，溅射镀膜法在实际制备薄膜的过程中得到广泛的应用。
磁控溅射镀膜法则是以二极溅射为基础发展起来的，磁控溅射本质上是在磁场和电场共同作用模式下的二极溅射，现已成为目前镀膜工业生产中常用的主要方法之一。磁场可以使靶材附近区域更多的粒子发生电离，也可以约束电离后的粒子按照一定的轨迹运动，从而使得溅射镀膜的效率大大提高。与其它薄膜制备技术相比较，磁控溅射镀膜法的优点在于其沉积速度快、对于基底温度的要求较低，而且能够溅射非金属材料、进而制备出性能不同的薄膜，具有非常可观的发展前景。
溅射靶材在我国是一个较新的行业，溅射靶材在技术及市场方面都取得了明显的进步。我国镀膜研宄于20世纪60年代开始起步，在国家各相关部门均大力地支持下，镀膜技术及镀膜材料的开发与研宄得到了快速发展；近年来，我国已成功开发出应用于不同领域的靶材，靶材的研发与发展已经逐渐形成体系，并朝着产业化的方向快速发展。
此外，直流磁控溅射法和脉冲磁控溅射法制备的薄膜各有其优异性。就Mo薄膜而言，采用直流磁控溅射法沉积制备Mo薄膜的沉积速率更快，薄膜的导电性更好，但是其反射率略有一点点不足，但与脉冲磁控溅射法制备Mo薄膜的光学反射率差异不是特别明显。鉴于此，直流磁控溅射法已经成为较为常用的制备Mo薄膜的方法。
2、直流磁控溅射法制备Mo薄膜的研究
近年来，以磁控溅射技术制备的Mo薄膜已广泛地应用于光学，材料，半导体以及电子技术等各个领域。Mo薄膜是Cu(In，Ga)Se2太阳能电池结构中最常用的背电极材料，Mo薄膜作为背接触层不仅能够与上层的光吸收层形成良好的欧姆接触，还能够在很大程度上阻碍钠钙玻璃基底中Na+向吸收层扩散。此外，Mo薄膜的表面形貌对其上沉积Cu膜等膜层的组织结构和整个薄膜器件的性能有着直接的影响。此外，最原始的液晶显示器中薄膜晶体管的栅电极材料多为Cr/Al，而相较于Cr薄膜，Mo薄膜的比阻抗和膜应力均较小，且对环境的危害性较低，鉴于此，Mo薄膜替代Cr成为新一代的电极材料具有其独有的优势。
采用磁控溅射沉积法制备Mo薄膜时薄膜的沉积速率大、均匀性好，尤其在对于制备大面积薄膜时其优势更加显著。但是其溅射工艺参数对沉积薄膜的相结构、微观形貌及性能均有较大影响。其中在磁控溅射制备薄膜过程中影响较大的工艺参数主要有基底表面附着物及温度、工作时间、工作气压、溅射功率、靶基距及后续热处理等等。
2.1基底
沉积薄膜前需要对基底进行彻底清洁，尽量减少基底表面污染物的种类和数量，最大程度地确保基底表面的洁净度。其主要原因在于基底表面上附着物、氧化层等污染物的存在，以及基底表面较大的粗糙度均会增加薄膜中出现针孔及剥落等缺陷的可能性[41]。
尚政国等人[42]基底温度对Mo薄膜的半波带宽和（110)晶面衍射强度的影响，研宄发现在基底温度为200°C时，Mo薄膜的半波带宽最小，薄膜（110)晶面择优取向性最好。此外，王震东等则探宄了基底温度对Mo薄膜择优取向性和电学性能的影响。在不同温度的玻璃基底上采用直流磁控溅射法沉积制备Mo薄膜。仅仅当基底温度为150C时，薄膜的晶粒具有（211)晶面择优取向，而在其它温度条件下沉积的Mo薄膜均呈现出（110)晶面择优取向。此外，在基底温度为150C时沉积的薄膜表面粗糙度约为0.35nm，薄膜表面较为平整。此时薄膜电阻率为2.02X10—5Q*cm，低于在其他温度的基底上沉积的Mo薄膜。
2.2靶材
近年来高速发展的信息产业对高端的液晶显示屏的要求越来越高，因此，对显示器薄膜晶体管中Mo薄膜电极的使用性能的要求也越来越高，尤其是在导电性和附着性方面。提高靶材致密度是提高溅射沉积制备Mo薄膜的使用性能的有效途径，靶材致密度能够影响薄膜的沉积速率，进而能够影响到薄膜的光电性能。靶材的致密度越高，溅射出的粒子密度越低，粒子在沉积到基底过程中的碰撞次数越少，放电现象越弱，因而沉积的薄膜性能越好。
Mo靶材加工工艺的不同会直接导致靶材的组织存在明显差异，进而影响到制备出的Mo薄膜的组织和性能。刘仁智等探宄了Mo靶材组织对磁控溅射法制备Mo薄膜的影响。实验结果表明靶材组织对薄膜表面及截面形貌的影响较小。但当靶材80%的晶粒尺寸不超过50pm时，薄膜沉积速率较快，因而薄膜厚度较为均匀，且方阻变化相对较小。此外，靶材组织的差异对溅射薄膜的结晶取向影响不够明显，具有不同组织的Mo靶材溅射沉积出的薄膜均呈现出强烈的(110)晶面择优取向性。张国君等对热处理温度在Mo靶材组织及性能的影响方面做了详细的研宄，研宄结果表明Mo靶材晶粒尺寸随着热处理温度的升高而增大，而靶材硬度随之呈下降趋势，且Mo靶材在1200C进行1h热处理，晶粒尺寸分布最均匀。
此外，靶材溅射面上的晶界密度随着靶材晶粒的细化而增加，由于晶界处原子的能量较高，位于晶界上的原子在受到气体离子的轰击时更容易被溅射出来，进而能够大大提高革G材利用率。
2.3溅射时间
溅射时间的差异首先会影响到沉积制备Mo薄膜的颗粒形貌和晶粒尺寸大小等，进而Mo薄膜的电学和光学性能等均会有所差异。目前，关于溅射时间不同所沉积薄膜的组织及性能差异方面的研宄也众多。张艳霞等采用磁控溅射法溅射不同的时间（5-30min)在钠钙玻璃基底上沉积制备出厚度不同的Mo薄膜，并表征了Mo薄膜的表截面形貌及结晶取向，研宄分析了其中差异性和影响规律。分析结果表明，沉积时间的差异主要会影响Mo薄膜晶粒的结晶取向和晶带组织。其中，当溅射时间低于10min时，Mo薄膜呈现出强烈的（110)晶面择优取向性，晶带组织为T型；但此时Mo薄膜内存在大量组织缺陷如孔洞和间隙等使得薄膜的导电性大大降低。当溅射时间增加至15min后，（211)晶面衍射峰高度开始增加。最后，随着溅射时间继续增加，甚至超过20min时，Mo薄膜的（211)晶面衍射峰高度进一步增加，薄膜的结晶质量也随之提高。
朱晓刚等在块状金属钼基底上沉积制备出Mo薄膜，研宄分析了溅射时间分别为4h、6h和8h的薄膜结构及热疲劳性差异。探宄分析表明本试验中制备的Mo薄膜均为柱状晶生长，并呈现出明显的（110)晶面，薄膜表面应力呈现拉应力，且随这溅射沉积时间的增加，沉积制备Mo薄膜的表面残余应力逐渐减小；此外，薄膜内的热疲劳裂纹形式也发生转变，由直线裂纹转变为曲折裂纹，薄膜内发生疲劳开裂的可能性大大降低。
2.4溅射气压
采用磁控溅射法沉积制备Mo薄膜时，溅射气压的大小在很大程度上直接会影响到沉积制备薄膜的组织及性能差异。当溅射气压不高时，从靶材中溅射出来的原子和氩气分子之间发生碰撞的次数会降低，溅射原子因碰撞而损失的能量会大大减小，当原子沉积到基底上时就具有较高的能量，靶材原子更容易在基底上扩散，进而能够有利于提高薄膜的附着性和致密性。但这并不是说溅射气压越小越好，因为当溅射气压过小时，一定时间内能够被溅射出的靶材原子数目比较少，不能起辉或起辉不足现象发生的可能性会很大。随着溅射气压的增加，起辉能力增强，随后被溅射出的靶材粒子数目的增加，因而会很大程度上提高薄膜的沉积速率和溅射效率，进而能够提高沉积制备薄膜的致密度和膜基结合力。然而，溅射气压也不宜过大，过大的溅射气压会大大增加溅射出的靶材粒子与工作气体离子的碰撞机率和次数，靶材粒子中因碰撞而损失的能量会增加，最终当靶材粒子沉积到基底上时其平均动能会减小，溅射粒子的扩散迀移能力大大降低，此时沉积薄膜的表面平整度和致密性都较低，薄膜的粘结性也降低。
周珑等也通过多次试验探宄并分析了溅射气压对磁控溅射沉积Mo薄膜的光学性能的影响。经过多次对比分析发现使薄膜光学性能最佳的溅射气压0.7Pa。在此溅射条件下沉积的Mo薄膜的颗粒尺寸较小，表面光滑且红外反射率达到最高。此外，本次实验研宄还发现薄膜表面光洁度和红外反射率随着溅射气压增大而呈现出先增加后降低的趋势。SilviaM.Deambrosis等人探宄了气体种类及气体压强对沉积制备Mo薄膜的组织及电学性能的影响，研宄发现Ar工作环境中制备的Mo薄膜的组织形貌优于Kr和Xe工作环境下沉积制备的Mo薄膜，但是粘结力略微低于后者。此外，在Ar工作条件下，低压条件下沉积制备Mo薄膜的结晶尺寸更高，结晶性能更好，但是粘结力略有不足，因此，需要优化溅射工艺，以达到平衡薄膜使用性能的目的。JayminRay等人也探宄了工作气压对Mo薄膜晶粒尺寸及光电性能的影响，其研宄结果表明在1.3~3.0Pa范围内，薄膜的光学反射率及表面方块电阻均随着气压的升高而呈现降低的趋势。鉴于此，通常选取的氩气工作气压不宜过高。
2.5溅射功率
溅射功率的大小也会对沉积制备Mo薄膜的组织和性能产生较大的影响。较低的溅射功率不利于薄膜的成核与生长，所制备的薄膜结晶性能比较差，膜基结合力下降，在空气中暴露一段时间后会极易出现局部脱皮等现象。荷能粒子的动能随着溅射功率的增大而增加，靶材原子在受到轰击时将会得到更多的能量，更容易被溅射出来。此外，随着溅射气体离子和成膜前驱体的能量增加，钼薄膜的致密性也会得到提高，但同时薄膜内部应力得不到释放便会留在薄膜内。
此外，当溅射功率足够大时，溅射气体离子和成膜先驱体的较高能量对Mo膜形成刻蚀作用，此时离子的刻蚀作用和因为溅射功率增加而升高的基底温度均为Mo原子提供足够的能量使其能够在基底表面的较大范围内进行横向迀移，Mo薄膜的结构也因此能够得到调整；同时较高的基底温度对Mo薄膜而言可以看做是一次退火处理，薄膜内部应力也因此得到释放。但是溅射功率也不宜过高，当溅射功率超过某一临界值后，高能粒子会将能量传递给气体使气体温度升高，薄膜质量因此而降低，且靶材在较短时间内获得的大量热能极易将靶材烧毁。
廖国等研宄了在20〜100W区间内溅射功率对沉积制备Mo薄膜表面形貌、晶型结构、晶粒尺寸和应力等的影响。研宄结果表明薄膜的表面粗糙度随溅射功率的增加而增加，但均小于2nm。此外，通过XRD分析不难发现，在不同溅射功率下制备的Mo膜均呈现立方多晶结构，且在溅射功率20W〜40W范围时晶粒尺寸变化不明显，但是在40~100W区间时晶粒尺寸呈单调增加的趋势，而薄膜应力则呈现出先增加会减少的趋势，且在40W时的应力达到最大值2.383GPa。王天兴等也探宄了不同的溅射功率对Mo薄膜的电学性能、表面形貌的影响。多次实验结果表明，溅射功率在50〜150W范围内沉积速率随溅射功率的增加而趋近于线性增加。且当溅射功率逐渐增加时，Mo薄膜的致密性也逐渐增加，其导电性也逐渐提高。SonVoung等人在100~250W范围内探宄了溅射功率对沉积制备Mo薄膜表面形貌及光学反射率的影响，研宄结果表明在150W工作功率下制备Mo薄膜具有较好的光学反射率，使用性能更佳。
2.6靶基距
在磁控溅射镀膜过程中，靶基距的大小将会直接影响到薄膜的厚度均匀性和沉积速率。李阳平等使用SRIM软件对靶材溅射及溅射原子输运进行计算机模拟，模拟结果表明溅射原子出射能量主要集中在几到几十电子伏范围内，且主要以垂直于靶面方向出射，出射位置分布与离子射位置分布相似。且溅射原子的输运主要受P(真空室气压）xd(靶基距）影响，Pxd愈大输运到基底的溅射原子愈少，且能量愈小。徐均琪在磁控溅射阴极靶刻蚀数据的基础上建立了靶材刻蚀速率的相关方程，并在此基础上对膜厚均匀性进行分析。研宄结果发现，随着靶基距的增加，膜厚均匀性得到提高，但薄膜的沉积速率会迅速下降，相同的结论在惠迎雪等的研宄中也有提及。
靶基距较小时，镀膜区中等离子的密度比较高，而气体散射的作用很小，因此沉积到基底上粒子的动能增大，在薄膜表面能够进行充分地扩散。如此一来，溅射出的粒子能够在很大范围内进行迀移，最终沉积到能量的最低点，因此薄膜表面的平整度增加，薄膜表面更加光滑，且薄膜的结晶性能也得到提高。而随着靶基距的增加，溅射粒子在沉积过程中所经的路径增加，与气体分子碰撞的几率和碰撞次数增多，进而降低薄膜的沉积速率。但靶基距也不能过于小，因为当靶基距很小时，溅射粒子所蕴含的能量过高，后沉积的靶材原子会将先沉积的薄膜再次溅射出来，这将会直接造成薄膜表面粗糙度的增加。因此靶基距的大小在保证一定沉积速率的同时还要保证薄膜的均匀性。
2.7热处理
对溅射沉积的薄膜进行热处理是提高薄膜实际使用性能和使用价值的有效途径。鉴于磁控溅射法沉积制备的薄膜中常存在一定程度的内应力而影响到薄膜的使用性能，当内应力大到一定程度时，极有可能使薄膜发生开裂而无法正常使用。因此，一般情况下常会对Mo薄膜进行退火处理以降低薄膜内部的应力。但是退火温度和退火时间的不同均有可能会对磁控溅射法沉积制备Mo薄膜的性能产生影响。经高温退火处理后Mo原子获得更高的能量，其扩散能力和扩散速率均增加，因此薄膜颗粒之间的微畸变程度降低，而薄膜的结晶性能趋于良好。P.Chelvanathan等人探宄了350-500°C范围内热处理温度对薄膜的结晶性能和导电性能的影响，结果表明热处理温度会直接影响到Mo薄膜的晶格常数、应变、表面形貌和体积电阻率，且在450C退火热处理后Mo薄膜的导电性最佳，此时，薄膜的结晶性能也良好。
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