催化劑輔助化學(xué)氣相生長高結(jié)晶六方氮化硼薄膜.pdf

1、純六方氮化硼(hBN)是一種直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體，其禁帶寬度接近6eV，在紫外發(fā)光器件及高頻電子器件領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。
　　本研究采用微波等離子體化學(xué)氣相沉積（CVD）方法制備hBN薄膜,探索催化劑對hBN薄膜CVD生長的影響規(guī)律,目的是通過在CVD過程中引入催化劑的作用獲得高結(jié)晶的hBN薄膜。反應(yīng)氣源采用He-N2-BF3-H2的氣體，基材采用(100)取向的單晶Si片。研究了催化劑的選擇及其制備工藝以及CVD工藝參數(shù)對薄

2、膜質(zhì)量的影響，并初步探索了催化生長的hBN薄膜的發(fā)光性質(zhì)。
　　首先對金屬催化劑進(jìn)行了篩選，較為系統(tǒng)地研究了催化劑薄膜的制備工藝?；谝延形墨I(xiàn)和有關(guān)熱力學(xué)數(shù)據(jù)，選擇鎳和鉬及其合金作為本實驗的催化劑，研究發(fā)現(xiàn)鉬和鎳鉬合金的催化效果明顯。催化劑的制備采用磁控濺射方法在硅基材上沉積，并施加后續(xù)退火工藝改善催化劑的質(zhì)量，通過退火催化劑薄膜表面形貌更加均勻，結(jié)晶性改善。主要利用拉曼光譜表征了hBN薄膜的結(jié)晶度，測試表明采用催化劑生長的hBN

3、薄膜其拉曼峰半高寬比直接在硅襯底上生長的薄膜明顯窄化。研究了后續(xù)退火工藝對催化劑上生長的hBN薄膜質(zhì)量的影響，結(jié)果表明后續(xù)退火有助于結(jié)晶質(zhì)量的進(jìn)一步提高，退火后的催化劑其催化效果更加明顯。
　　同時研究了CVD工藝參數(shù)主要是壓強(qiáng)及偏壓對hBN薄膜質(zhì)量的影響，研究發(fā)現(xiàn)工作氣壓對薄膜的生長速率影響很大。過低的氣壓下薄膜的生長速率過低，而過高的氣壓導(dǎo)致結(jié)晶性的惡化，較為適合的工作壓強(qiáng)是6 kPa，在該氣壓下，薄膜生長速度適中，薄膜結(jié)晶性