氮化铝薄膜的制备与性能研究

发布时间：2018-10-26 20:56

【摘要】：氮化铝属于Ⅲ-Ⅴ族半导体,是典型的第三代半导体材料,它具有特宽禁带和非常大的激子束缚能,其中禁带宽度为6.2e V,属于直接带隙半导体。由于氮化铝具有多种突出的优异的物理性能,如高的击穿场强、热导率、电阻率等而深受人们重视。而且其化学和热稳定性极高,可用于集成电路和电子器件的封装、绝缘材料和介质隔离,尤其在高温高功率器件中具有潜在的应用前景。在Al N薄膜的制备中,控制沉积薄膜的结晶取向非常的重要,因为Al N薄膜的性能与薄膜的取向具有相关性,例如声速在c轴方向特别的高,机电耦合系数沿着a轴方向特别大。Al N薄膜的结晶取向及其微观结构主要受沉积条件的影响,例如溅射功率、溅射压强、氮氩比、衬底温度及偏压等。所以本文采用JGP-450A型磁控溅射沉积系统制备氮化铝薄膜,优化溅射工艺参数,并研究其光学、电学性能。主要研究内容如下:优化Al N薄膜的制备工艺窗口:以(100)取向的Si片为衬底,采用磁控溅射的方法在不同的溅射工艺参数下沉积得到表面致密均匀的Al N薄膜。首先优化溅射功率,结果表明当溅射功率为300W(溅射压强为1.0Pa)的时候,Al N薄膜晶体的质量最好,平均晶粒尺寸是17.74nm,薄膜的表面致密、均匀、光滑,表面平均粗糙度是1.63nm;其次优化溅射压强,结果表明当溅射压强为1.0Pa的时候(溅射功率为300W),Al N薄膜的晶体质量最好,晶粒尺寸为18.50nm,薄膜表面致密,表面平均粗糙度为1.57nm;最后优化溅射气体流量比,结果表明当氮气和氩气的流量为20sccm和40sccm的时候(溅射功率为300W,溅射压强为1.0Pa),Al N薄膜的晶体质量最好,平均晶粒尺寸为19.47nm,薄膜表面均匀,表面平均粗糙度为1.41nm。最终优化得到一个制备Al N薄膜的工艺窗口是:溅射功率为300w,溅射压强为1.0Pa,氮气和氩气的流量分别为20sccm和40sccm。Al N薄膜的光学、电学性质研究:氮化铝薄膜在可见光波段具有良好的透光率,深紫外吸收边陡峭,通过拟合得到它的禁带宽度为5.2e V;通过霍尔测试,制备的Al N薄膜的导电类型为p型导电。光电导谱图表明蓝宝石衬底上Al N薄膜具有一定的光电响应。氮化铝/硅p-n结的制备及性能研究:伏安特性曲线表明有整流特性,使其在深紫外探测方面极具应用前景。
[Abstract]:Aluminum nitride belongs to 鈪，

本文编号：2296918