立方氮化硼薄膜的磁控濺射制備和摻雜研究.pdf

1、立方氮化硼(c-BN)是一種人工合成的寬帶隙III-V族化合物半導(dǎo)體材料，它有許多優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，如僅次于金剛石的硬度、高溫下強(qiáng)的抗氧化能力、不易與鐵族元素反應(yīng)、寬的波長(從紅外到紫外光譜)范圍內(nèi)很好的透光性、可實(shí)現(xiàn)n型和p型摻雜等。立方氮化硼(c-BN)薄膜在力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電子學(xué)等方面有著非常誘人的應(yīng)用前景，多年來一直吸引著國內(nèi)外眾多研究者的興趣。本文主要研究c-BN薄膜的制備與成核機(jī)理、c-BN薄膜性能的改善、c-BN薄膜的

2、光學(xué)性質(zhì)以及c-BN薄膜的摻雜研究。 運(yùn)用射頻(13.56MHz)磁控濺射系統(tǒng)在Si襯底上制備氮化硼薄膜，在襯底溫度、襯底偏壓、工作氣壓等條件一定的情況下，分別探究氮?dú)夂炕驗(yàn)R射功率對制備高質(zhì)量的氮化硼薄膜的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，工作氣體中氮?dú)獗壤秊?0％、濺射功率為250W時(shí)得到質(zhì)量較好的六角氮化硼薄膜。 從能量和結(jié)構(gòu)兩個(gè)角度分析了h-BN到c-BN的轉(zhuǎn)變機(jī)理，以及缺陷對相變的影響。同時(shí)，在Si襯底與BN薄膜之間增加Ni

3、過渡層，研究Ni過渡層、退火對c-BN薄膜質(zhì)量的改善。結(jié)果表明，Ni過渡層的增加有利于提高薄膜與襯底之間的黏附性，退火能夠修復(fù)薄膜中的缺陷、減小薄膜中的壓應(yīng)力，且當(dāng)退火溫度為900℃薄膜中發(fā)生明顯的h-BN向c-BN的轉(zhuǎn)變，使得薄膜中立方相含量高達(dá)90％。 測量了Si襯底上薄膜的紅外吸收光譜、熔融石英襯底上薄膜的紫外反射和透射光譜。根據(jù)紅外吸收光譜估算出薄膜中立方相含量約為66％，利用紫外反射和透射光譜法計(jì)算了c-BN薄膜的光吸

4、收系數(shù)α、光學(xué)帶隙Eg和折射率n。 采用原位摻雜S的方法，對BN薄膜進(jìn)行了n型摻雜研究。使用FTIR譜和XPS譜對樣品進(jìn)行表征，并使用Keithley6517高阻儀分別測量并比較了未摻雜樣品、摻雜未經(jīng)退火樣品以及摻雜后經(jīng)退火處理樣品的表面I-V特性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，摻雜并經(jīng)高溫退火處理后，薄膜的電阻率下降約3個(gè)數(shù)量級，成功地實(shí)現(xiàn)了BN薄膜的原位摻雜。同時(shí)，利用離子注入Zn的方法，對薄膜進(jìn)行了p型摻雜，并實(shí)現(xiàn)了較好的金屬Al與半導(dǎo)體p-