多晶氮化铝薄膜制备及其择优取向生长研究

发布时间：2017-07-19 14:09

  本文关键词：多晶氮化铝薄膜制备及其择优取向生长研究

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【摘要】：本文采用射频反应磁控溅射技术,利用高纯A1靶(99.99%)作为溅射靶材,以高纯Ar、N。分别作为溅射气体和反应气体,在Si(111)基片上制备了不同晶面择优取向的A1N多晶薄膜材料。利用傅里叶变换红外吸收光谱(FT-IR)、台阶仪以及X射线衍射光谱(XRD)对A1N薄膜进行了表征。根据实验结果,对实验参数进行了优化,利用单一变量法研究了工作气压、基底温度、N。流量所占百分比以及靶基距对AlN薄膜的化学结构与成分、沉积速率以及晶体结构的影响。此外利用FT-IR吸收光谱技术对AlN薄膜的晶面择优取向进行了定量表征。实验结果表明：工作气压、基底温度、N。流量所占百分比及靶基距对AlN薄膜的化学结构与成分、沉积速率以及晶体结构具有显著的影响。降低工作气压使得到达基片表面粒子携带的能量增加；减少靶基距导致高能粒子对基片表面的轰击增强,高能粒子的轰击导致高的成核密度；升高基片温度增强了基片表面吸附原子的扩散、迁移能力,提高了薄膜的结晶质量；增加N。百分比降低了AlN薄膜的沉积速率,使得到达基片表面的吸附原子在下一层原子到来之前有充分的时间进行表面扩散。降低气压、靶基距,升高基片温度、N。流量百分比,有利于AlN薄膜呈现(002)晶面择优取向。相反,升高工作气压、靶基距,降低衬底温度、N。流量所占百分比有利于AlN呈现(100)晶面择优取向。根据分析结果,讨论了实验参数对A1N薄膜晶面择优取向的影响。在AlN薄膜的红外光谱中,由于红外光与AlN光学横模的耦合使得红外光被吸收,不能透过AlN薄膜,在678cm-’波数附近处出现了强烈的红外吸收峰,该吸收峰对应Al-N键的振动吸收峰,其包含两种振动模式：Al(T0)模式以及El(TO)模式,分别位于612cm-1、672 cm-1附近左右,利用洛伦兹函数对光谱进行拟合发现：Al(TO)模式与E1(TO)模式的积分面积之比与AlN薄膜的晶面择优取向有关。结果显示利用FT-IR吸收光谱技术作为XRD的补充手段,能够快速地表征AlN薄膜的晶面择优取向。
【关键词】：AlN薄膜 反应射频磁控溅射 FTIR 择优取向
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 AlN薄膜的结构9-10
• 1.2 AlN薄膜的性质10
• 1.3 AlN薄膜的应用10-11
• 1.4 AlN薄膜的制备方法11-13
• 1.5 AlN薄膜的研究现状13-15
• 1.6 本文研究的目的及内容15-16
• 2 薄膜的制备与表征方法16-23
• 2.1 磁控溅射原理16-17
• 2.2 射频反应磁控溅射实验装置17-18
• 2.3 AlN薄膜的制备流程18-19
• 2.3.1 实验准备18-19
• 2.3.2 实验操作步骤19
• 2.4 AlN薄膜的测试与表征19-23
• 2.4.1 傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)19-21
• 2.4.2 X射线衍射光谱(XRD)21
• 2.4.3 台阶仪21-23
• 3 利用射频反应磁控溅射制备AlN多晶薄膜材料23-39
• 3.1 气压对AlN多晶薄膜的影响23-27
• 3.1.1 AlN薄膜的化学结构分析24-25
• 3.1.2 AlN薄膜的沉积速率分析25-26
• 3.1.3 AlN薄膜的晶体结构分析26-27
• 3.2 基片温度对多晶AlN薄膜的影响27-31
• 3.2.1 AlN薄膜的化学结构分析28-29
• 3.2.2 AlN薄膜的沉积速率分析29
• 3.2.3 AlN薄膜的晶体结构分析29-31
• 3.3 N_2流量所占百分比对AlN多晶薄膜的影响31-34
• 3.3.1 AlN薄膜的化学结构分析31-32
• 3.3.2 AlN薄膜的沉积速率分析32-33
• 3.3.3 AlN薄膜的晶体结构分析33-34
• 3.4 靶基距对AlN薄膜晶面择优取向的影响34-38
• 3.4.1 AlN薄膜的化学结构分析34-35
• 3.4.2 AlN薄膜的沉积速率分析35-36
• 3.4.3 AlN薄膜的晶体结构分析36-38
• 3.5 本章小结38-39
• 4 利用FT-IR定量表征AlN薄膜的晶面择优取向39-46
• 4.1 多晶AlN薄膜化学键的振动特性39-40
• 4.2 AlN薄膜傅里叶变换红外光谱的定量分析40-41
• 4.2.1 AlN薄膜傅里叶变换红外光谱定量分析的基本原理40
• 4.2.2 AlN薄膜傅里叶变换红外光谱的定量分析方法40-41
• 4.3 多晶AlN薄膜的表征分析41-43
• 4.4 多晶AlN薄膜FTIR振动特性与晶体特性的关系43-44
• 4.5 本章小结44-46
• 结论46-47
• 参考文献47-52
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况52-53
• 致谢53-54

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 冯嘉恒;唐立丹;刘邦武;夏洋;王冰;;等离子增强原子层沉积低温生长AlN薄膜[J];物理学报;2013年11期

2 杨杰;马晋毅;杜波;徐阳;石玉;;低温下磁控溅射AlN薄膜择优取向研究[J];压电与声光;2013年02期

3 廉瑞凯;李林;范亚明;王勇;邓旭光;张辉;冯雷;朱建军;张宝顺;;预辅Al及AlN缓冲层厚度对GaN/Si(111)材料特性的影响[J];中国激光;2013年01期

4 席忠红;李海翼;;磁控溅射制备的AlN薄膜的结构、组分及性能分析[J];低温与超导;2012年09期

5 王进;李翠平;杨保和;张庚宇;尹涛涛;苏林;;靶基距对反应溅射AlN薄膜微结构和性能的影响[J];光电子.激光;2012年08期

6 尹涛涛;杨保和;李翠平;王进;;(100)取向AlN薄膜的制备及其压电性能研究[J];光电子.激光;2012年07期

7 韩东;胡顺欣;冯彬;王胜福;邓建国;许悦;;Si基薄膜体声波谐振器(FBAR)技术研究[J];半导体技术;2012年06期

8 周剑;赵楷;冯斌;金浩;王德苗;;反应磁控溅射制备c轴择优取向氮化铝薄膜的研究进展[J];真空;2011年06期

9 谢尚f;何欢;符跃春;;脉冲激光沉积AlN薄膜的结构表征和性能研究进展[J];材料导报;2010年11期

10 祝斌;宋仁国;;AlN薄膜的研究进展[J];材料导报;2010年S1期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 徐军;微波-ECR等离子体增强非平衡磁控溅射技术及CN薄膜的制备研究[D];大连理工大学;2002年

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本文编号：563259