射频反应磁控溅射制备AIN薄膜及其物理性能分析

摘要

作为宽能隙直接能带结构半导体材料,AlN、GaN、InN等Ⅲ族氮化物由于高效率可见光和紫外光发射以及光响应特性而在全色光器件方面具有良好的应用前景.其中,AlN还具有高热导、高硬度以及良好的介电性质、声学性质和化学稳定性,可望在短波光发射和光探测、表面声学、压电器件等光电子和微电子器件方面得到广泛应用.该文采用RF反应磁控溅射方法在n-Si(100)、熔融石英上外延生长AlN薄膜,主要考察了沉积温度和工作气压对薄膜结构性能等的影响.并且利用卢瑟福背散射分析(RBS)、原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、反射高能电子衍射(RHEED)、傅立叶红外吸收谱(FTIR)和椭偏仪等分析方法对薄膜的表面形貌、组织结构进行了检测与分析;通过AlN薄膜在可见光范围内的吸收光谱、扫描电镜(SEM)研究了石英衬底上AlN薄膜的折射率、膜厚、能带宽度等光学特性;通过对射频反应磁控溅射制备AlN薄膜的等离子体气氛进行了原子发光光谱分析,提出一种新的光谱谱线标定的方法,建立了光谱半定量分析的模型,系统地研究了等离子体气氛中元素谱线强度随放电条件的变化趋势.该论文的主要研究内容及结论如下:Ⅰ、不同沉积温度下,纳米AlN薄膜的表面形貌和结晶特性分析.Ⅱ、不同工作气压下,AlN薄膜的表面形貌和结晶取向分析.Ⅲ不同工作气压下,AlN薄膜的光学性能和微观结构研究.Ⅳ对磁控溅射生成AlN薄膜的等离子体气氛的光谱分析.

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1 Ⅲ族氮化物的研究概况

1.2 AlN的研究进展及现状

1.2.1 AlN物理性能的研究现状

1.2.2 AlN薄膜的生长工艺

1.2.3 AlN的应用前景和发展方向

1.3本论文工作的主要目的和研究重点

参考文献

2薄膜制备及其分析方法

2.1薄膜制各方法

2.1.1射频磁控溅射技术基本原理及特点

2.1.2实验设备

2.2薄膜质量的研究方法

2.2.1卢瑟福背散射分析(RBS)

2.2.2原子力显微镜(AFM)

2.2.3扫描电镜分析(SEM)

2.2.4透射电镜分析(TEM)

2.2.5反射高能电子衍射(RHEED)

2.2.6 X射线衍射(XRD)

2.2.7傅立叶红外分析(FTIR)

2.2.8椭圆偏振光(ellipsometry)

参考文献

3不同沉积温度下的纳米AlN薄膜的表面形貌和结晶特性分析

3.1 AlN薄膜的制备与分析方法

3.1.1衬底选择及处理方法

3.1.2 AlN薄膜的制备

3.1.3 AlN薄膜的表征

3.2 AlN薄膜的表征结果与分析

3.2.1薄膜表面形貌表征

3.2.2薄膜结晶特性表征

3.3本章讨论

3.4本章小结

参考文献

4工作气压对AlN薄膜表面形貌和结晶取向的作用

4.1 AlN薄膜的制备与分析方法

4.1.1衬底选择及处理方法

4.1.2 AlN薄膜的制备

4.1.3 AlN薄膜的表征

4.2 AlN薄膜的表征结果与分析

4.2.1薄膜表面形貌表征

4.2.2薄膜结晶特性表征

4.2.3薄膜生长机制的探讨

4.3本章讨论

4.4本章小结

参考文献

5工作气压对AlN薄膜结构和光学性能的影响

5.1 AlN薄膜的制备与分析方法

5.1.1衬底选择及处理方法

5.1.2 AlN薄膜的制备

5.1.3 AlN薄膜的表征

5.2 AlN薄膜的光学常数及薄膜厚度分析

5.2.1用透射光谱测定光学常数及薄膜厚度的理论基础

5.2.2透射谱的分析方法和结果讨论

5.3 AlN薄膜的结构分析

5.4本章讨论

5.5本章小结

参考文献

6放电条件对AlN薄膜成膜空间中等离子体成分的影响

6.1 RBS结果分析

6.2光谱分析原理与实验方法

6.2.1光谱分析原理

6.2.2光谱采集模型及成膜空间的放电条件

6.2.3 Al、N、O、Ar四种元素的谱线标定

6.3 Al、N、O、Ar四种元素发光光谱的数据记录和强度分析

6.3.1工作气压对元素谱线强度的影响

6.3.2氮气百分含量对元素谱线强度的影响

6.4本章讨论

6.5本章小结

参考文献

7结论与展望

致谢

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