等离子处理对Al2O3和SiC单晶表面结构影响的AFM研究

摘要

目前，干法蚀刻是制备LED图形衬底普遍采用的的方法。针对等离子体处理对样品表面微观形貌的影响作用研究不深入的问题，本论文以 Al2O3和SiC单晶作为模型体系，利用原子力显微镜系统研究了等离子体参数对样品表面形貌的影响作用。实验结果为LED图形化衬底的干法蚀刻提供一定的理论指导。
　　系统研究了等离子体发生器腔体等离子体分布的均匀性。通过比较等离子体处理后云母和石墨表面的蚀刻情况，发现腔体中等离子体分布不均匀,腔体中间的等离子强度高于两端。
　　研究了压强、辐照时间、功率等蚀刻参数对 Al2O3表面微观形貌的影响规律。发现随着功率、辐照时间和压强的增加，表面蚀坑直径、深度越大。将退火后的Al2O3与未经退火的Al2O3单晶分别进行相同条件下等离子体处理，比较发现未退火的Al2O3表面蚀刻更严重。将等离子体处理的的Al2O3进一步后退火处理，发现真空退火不能使等离子体处理的Al2O3表面恢复均匀有序的原始平台-台阶结构，而且等离子体处理样品的表面结构在真空退火过程中不稳定，表面发生了台阶合并。
　　研究了功率和辐照时间等蚀刻参数和累积效应对SiC表面微观形貌的影响规律。发现随着功率、辐照时间的增加，表面蚀刻越严重。连续等离子体辐照处理后的SiC表面腐蚀更严重。将等离子体处理的SiC单晶进一步退火处理，发现真空退火不能使等离子体处理的SiC表面恢复处理前均匀有序的平台-台阶结构，而且与 Al2O3类似，等离子体处理的SiC样品的表面结构在真空退火过程中不稳定，样品表面发生了台阶合并现象。
　　根据等离子体处理影响 Al2O3和SiC表面结构的蚀刻作用规律，提出了Al2O3和SiC蚀刻过程的表面层状蚀刻机制，即样品表面缺陷处作为活性位点最先被蚀刻形成蚀坑，随着等离子体参数的改变，蚀坑直径逐渐变大，最终导致Al2O3和SiC表面的蚀刻。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 氧化铝和碳化硅简介

1.3 等离子体及干法蚀刻技术简介

1.4 氧化铝干法蚀刻的研究进展

1.5 碳化硅干法蚀刻的研究进展

1.6 国内外研究现状分析

1.7 本课题主要研究内容

第2章 实验材料与实验方法

2.1 实验药品及材料

2.2 实验仪器及表征方法

2.3 实验方法

2.4 实验方案流程

第3章 等离子体发生器腔体等离子体均匀性研究

3.1 利用石墨为研究对象进行均匀性研究

3.2 利用云母为研究对象进行均匀性研究

3.3 本章小结

第4章 等离子处理对Al2O3表面结构的影响作用研究

4.1 低功率等离子体处理对Al2O3表面结构的影响作用研究

4.2 高功率等离子处理对Al2O3表面结构的影响作用研究

4.3 高温退火处理对Al2O3表面结构的影响作用研究

4.4 等离子处理影响Al2O3表面结构的机理探讨

4.5 本章小结

第5章 等离子体处理对SiC表面结构影响作用的初步研究

5.1 功率的影响

5.2 辐照时间的影响

5.3 间歇辐照的影响

5.4 后退火对等离子体处理的SiC表面结构的影响作用研究

5.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢