射频反应磁控溅射法制备碳化硅薄膜研究

摘要

SiC薄膜作为半导体在电学上的应用和作为保护膜或硬质薄膜等力学应用已经有了近一个世纪的研究，本文围绕碳化硅所具有的一些独一无二的优异性能，系统总结了碳化硅薄膜的研究现状，重点介绍了制备各种碳化硅薄膜的工艺方法，并且针对目前研究相对较少的反应磁控溅射法制备SiC薄膜做了相对比较深入的研究：通过调节和优化工艺，初步探索Si基反应磁控溅射SiC薄膜的可行性，在此基础上研究了各种工艺参数以及热处理温度对SiC薄膜表面形貌、组成结构的影响，并初步讨论了碳化硅薄膜的生长机理。 第一，系统地研究了射频反应磁控溅射工艺如溅射功率、甲烷分压、基底温度、基底偏压等对SiC薄膜表面形貌、组成结构的影响，并确定了生成碳化硅薄膜的最佳工艺参数：Ar/CH<,4>混合气体的总流量为30ml/min，其中流量比例CH<,4>：Ar=4：26：溅射功率为200W：基底偏压为25V。 第二，溅射过程中采取分步偏压、引入中间碳化层，可以有效提高薄膜的生长速度和改善薄膜的质量。 第三，在现有工艺条件下通过射频反应磁控溅射法制得的碳化硅薄膜均为非晶态，通过适当的热处理，薄膜由非晶转变为多晶。随着热处理温度的升高，由单一的纳米晶(α-SiC)，变成多相的纳米晶(α-SiC逐渐减少，β-SiC逐渐增多)。 第四，初步讨论了碳化硅薄膜的生长机理：为了保证沉积粒子在基底表面形成附着力较好的SiC薄膜，沉积粒子必须具有足够高的能量；SiC薄膜的生长同样包含着新相的形核与薄膜的生长阶段：SiC薄膜沉积过程中的原子扩散主要表现为垂直薄膜方向上的原子扩散。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1 SiC的晶体结构

1.2 SiC的典型性质

1.3 SiC薄膜的研究现状

1.4本课题的选题依据

参考文献

第二章试验内容与方法

2.1研究思路

2.2试验材料

2.3试验设备

2.4制备技术

2.5试验方法

2.6 SiC薄膜的表征

参考文献

第三章射频反应磁控溅射法制备碳化硅薄膜

3.1 SiC薄膜的制备

3.2工艺参数对SiC薄膜沉积的影响

3.3溅射功率对薄膜组成、结构、形貌的影响

3.4甲烷分压对薄膜组成、结构、形貌的影响

3.5基底温度对薄膜组成、结构、形貌的影响

3.6基底偏压对薄膜组成、结构、形貌的影响

3.7分步偏压对SiC薄膜的影响

3.8中间碳化层对SiC薄膜的影响

3.9热处理对SiC薄膜的影响

3.10本章小结

参考文献

第四章碳化硅薄膜形核生长机理的探讨

4.1薄膜的形核理论

4.2形成SiC薄膜的初始条件

4.3 SiC薄膜的生长过程浅说

4.4 SiC薄膜沉积过程中的原子扩散

4.5 SiC薄膜的组织形态

4.6本章小结

参考文献

第五章总结与展望

第六章致谢