Si(110)衬底上AlN薄膜的激光分子束外延法制备及其光电性能研究
发布时间：2020-12-17 09:18
AlN薄膜以其优异的性能在光电子和微电子领域具有广泛的应用前景。单晶Si已经大规模应用于微电子领域,相比于Si（111）和Si（100）晶面,Si（110）晶面与AlN之间存在更小的晶格失配与热失配。所以在Si（110）衬底上外延生长AlN薄膜可以降低薄膜的缺陷密度,提高其结晶质量。本论文采用激光分子束外延法在Si（110）衬底上制备AlN薄膜,研究了不同工艺参数对AlN薄膜的结晶质量、表面形貌、光学性能和电学性能的影响,主要研究结果如下:1)在Si（110）衬底上直接制备出了呈（200）面单一择优取向的立方闪锌矿结构的AlN薄膜,薄膜与衬底的取向关系为AlN（100）//Si（110）。由于Si（110）衬底与立方AlN薄膜之间的晶格失配较大,薄膜中存在失配应力。制备高质量立方AlN薄膜的较优工艺参数是:衬底温度为750℃、氮气分压为0.5Pa、激光频率为8 Hz。AlN/Si（110）的界面清晰平滑,AlN薄膜在靠近衬底一侧存在厚度约为67 nm的应变层。2)不同工艺条件下制备的立方AlN薄膜在可见光区域的反射率大约为45%,在波长约为260 nm左右存在一个非常明显的吸收峰。基于...
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?ＡＩＮ的二种晶体结构：??（ａ）纤锌矿结构；（ｂ）闪锌矿结构；（ｃ）岩盐矿结构??
一定温度的衬底表面，沉积粒子吸附、扩散后形成薄膜。一般可以分为三个阶段：１、??激光与靶材的作用；２、等离子羽辉的传输；３、到达衬底上的等离子体羽辉在衬底上的??成膜。图１－２为激光分子束外延系统的结构示意图。图１－３为本实验过程中出现的等离??子羽辉图。??脉冲激光器激光束射漬??会絜透／＾＼，???观察＾??图１＿２激光分子束外延系统示意图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｈｅ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｌａｓｅｒ?ｍｏｌｅｃｕｌａｒ?ｂｅａｍ?ｅｐｉｔａｘｙ?ｓｙｓｔｅｍ??ＬＭＢＥ法具有脉冲性与高能性这两大基本特点。脉冲性是指激光轰击靶材是不连续??的，每一波脉冲之间有一定的时间间隔，这让到达衬底的粒子有相对充分的时间迀移到??其平衡位置，有利于制备的薄膜呈二维模式生长［２１］。高能性是指激光在靶材表面上聚焦??时具有非常高的能量，可以瞬间对靶材进行烧蚀并产生等离子体羽辉，等离子羽辉具有??很高的能量，有利于吸附粒子在衬底上进行迁移。??ＬＭＢＥ法制备薄膜的优点是：（１）高能、沉积速率快且几乎不发生相分离，且所??用的衬底温度相对于ＭＢＥ和ＭＯＣＶＤ等其他方法所用的衬底温度更低（２）激光??属于清洁热源，不会出现成分择优蒸发的现象，容易获得化学计量比准确的多组分薄膜。??（３）可以设置任意工艺参数
广西大学硕士学位论文?ＳｉＧ?１?〇）衬底上Ａ１Ｎ薄膜的激光分子束外延法制备及其光电性能研究??ｉ＾ｌＳ??图１－３等离子体羽辉??Ｆｉｇ．?１－３?Ｔｈｅ?ｐｌａｓｍａ?ｐｌｕｍｅ??１．３．２薄膜的生长过程??薄膜的生长过程将会影响薄膜的最终的晶体结构以及表面形貌，进而影响其器件性??能。薄膜的生长过程大致可以分为两个阶段，第一个阶段是新相形核，第二个阶段是薄??膜生长，图１－４为薄膜生长过程示意图。??▲??＊〇〇〇°〇〇?ｏｎｏｏ?＿＿??图１－４薄膜生长过程示意图??Ｆｉｇ．?１－４?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｉｎ?ｆｉｌｍｓ?ｇｒｏｗｔｈ??（ｉ）新相形核阶段??激光照射靶材时产生的离子一般会以分子或原子的形态接触到衬底表面并吸附在??上面，有一部分具有较高能量的原子会重新反射回到气态中，也会有一部分的原子被再??蒸发离开基体表面。原子吸附在衬底表面时的吸附分为物理吸附和化学吸附两种，化学??吸附比物理吸附更稳定更容易形成牢固的薄膜。吸附在表面的原子与原子之间会发生迁??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Si(110)和Si(111)衬底上制备InGaN/GaN蓝光发光二极管[J]. 刘战辉,张李骊,李庆芳,张荣,修向前,谢自力,单云. 物理学报. 2014(20)
[2]脉冲激光沉积制备立方AlN薄膜的研究[J]. 赵丹,朱俊,罗文博,魏贤华,李言荣. 功能材料. 2007(07)
[3]脉冲激光沉积氮化铝薄膜的电学性能研究[J]. 门传玲,林成鲁. 功能材料与器件学报. 2006(04)
[4]Si(100)衬底上PLD法制备高取向度AlN薄膜[J]. 张霞,陈同来,李效民. 无机材料学报. 2005(02)
[5]宽带隙半导体AIN薄膜的制备及应用[J]. 廖克俊,王万录. 半导体技术. 2001(01)
[6]超高真空电子束蒸发合成晶态AlN薄膜的研究[J]. 黄继颇,王连卫,高剑侠,沈勤我,林成鲁. 功能材料与器件学报. 1998(04)
[7]反应式脉冲激光溅射淀积AlN薄膜化学稳定性研究[J]. 汪洪海,郑启光,魏学勤,丘军林. 激光杂志. 1998(06)
博士论文
[1]利用SiN_x插入层和新型图形化蓝宝石衬底提高GaN外延层质量的相关研究[D]. 杨德超.吉林大学 2013
[2]脉冲激光沉积法外延生长大面积AlN单晶薄膜及其生长机理研究[D]. 杨慧.华南理工大学 2013
[3]磷掺杂p型ZnO薄膜的制备及相关问题研究[D]. 李继超.吉林大学 2013
[4]应变Si载流子迁移率研究[D]. 王晓艳.西安电子科技大学 2012
硕士论文
[1]立方AlN薄膜的激光分子束外延生长及其光学性能研究[D]. 黄立荣.广西大学 2014
[2]反应磁控溅射低温沉积AlN薄膜工艺、结构与性能研究[D]. 姜川.湖南大学 2013
[3]SR-MOCVD方法沉积ZnO薄膜及其性能研究[D]. 杨广涛.中国科学技术大学 2009
[4]AlN薄膜的制备与介电性能研究[D]. 胡利民.中南大学 2007
[5]适用于多层膜高频SAW器件的AlN薄膜制备与表征[D]. 徐娜.天津理工大学 2007
本文编号：2921793
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?ＡＩＮ的二种晶体结构：??（ａ）纤锌矿结构；（ｂ）闪锌矿结构；（ｃ）岩盐矿结构??
一定温度的衬底表面，沉积粒子吸附、扩散后形成薄膜。一般可以分为三个阶段：１、??激光与靶材的作用；２、等离子羽辉的传输；３、到达衬底上的等离子体羽辉在衬底上的??成膜。图１－２为激光分子束外延系统的结构示意图。图１－３为本实验过程中出现的等离??子羽辉图。??脉冲激光器激光束射漬??会絜透／＾＼，???观察＾??图１＿２激光分子束外延系统示意图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｈｅ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｌａｓｅｒ?ｍｏｌｅｃｕｌａｒ?ｂｅａｍ?ｅｐｉｔａｘｙ?ｓｙｓｔｅｍ??ＬＭＢＥ法具有脉冲性与高能性这两大基本特点。脉冲性是指激光轰击靶材是不连续??的，每一波脉冲之间有一定的时间间隔，这让到达衬底的粒子有相对充分的时间迀移到??其平衡位置，有利于制备的薄膜呈二维模式生长［２１］。高能性是指激光在靶材表面上聚焦??时具有非常高的能量，可以瞬间对靶材进行烧蚀并产生等离子体羽辉，等离子羽辉具有??很高的能量，有利于吸附粒子在衬底上进行迁移。??ＬＭＢＥ法制备薄膜的优点是：（１）高能、沉积速率快且几乎不发生相分离，且所??用的衬底温度相对于ＭＢＥ和ＭＯＣＶＤ等其他方法所用的衬底温度更低（２）激光??属于清洁热源，不会出现成分择优蒸发的现象，容易获得化学计量比准确的多组分薄膜。??（３）可以设置任意工艺参数
广西大学硕士学位论文?ＳｉＧ?１?〇）衬底上Ａ１Ｎ薄膜的激光分子束外延法制备及其光电性能研究??ｉ＾ｌＳ??图１－３等离子体羽辉??Ｆｉｇ．?１－３?Ｔｈｅ?ｐｌａｓｍａ?ｐｌｕｍｅ??１．３．２薄膜的生长过程??薄膜的生长过程将会影响薄膜的最终的晶体结构以及表面形貌，进而影响其器件性??能。薄膜的生长过程大致可以分为两个阶段，第一个阶段是新相形核，第二个阶段是薄??膜生长，图１－４为薄膜生长过程示意图。??▲??＊〇〇〇°〇〇?ｏｎｏｏ?＿＿??图１－４薄膜生长过程示意图??Ｆｉｇ．?１－４?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｉｎ?ｆｉｌｍｓ?ｇｒｏｗｔｈ??（ｉ）新相形核阶段??激光照射靶材时产生的离子一般会以分子或原子的形态接触到衬底表面并吸附在??上面，有一部分具有较高能量的原子会重新反射回到气态中，也会有一部分的原子被再??蒸发离开基体表面。原子吸附在衬底表面时的吸附分为物理吸附和化学吸附两种，化学??吸附比物理吸附更稳定更容易形成牢固的薄膜。吸附在表面的原子与原子之间会发生迁??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Si(110)和Si(111)衬底上制备InGaN/GaN蓝光发光二极管[J]. 刘战辉,张李骊,李庆芳,张荣,修向前,谢自力,单云. 物理学报. 2014(20)
[2]脉冲激光沉积制备立方AlN薄膜的研究[J]. 赵丹,朱俊,罗文博,魏贤华,李言荣. 功能材料. 2007(07)
[3]脉冲激光沉积氮化铝薄膜的电学性能研究[J]. 门传玲,林成鲁. 功能材料与器件学报. 2006(04)
[4]Si(100)衬底上PLD法制备高取向度AlN薄膜[J]. 张霞,陈同来,李效民. 无机材料学报. 2005(02)
[5]宽带隙半导体AIN薄膜的制备及应用[J]. 廖克俊,王万录. 半导体技术. 2001(01)
[6]超高真空电子束蒸发合成晶态AlN薄膜的研究[J]. 黄继颇,王连卫,高剑侠,沈勤我,林成鲁. 功能材料与器件学报. 1998(04)
[7]反应式脉冲激光溅射淀积AlN薄膜化学稳定性研究[J]. 汪洪海,郑启光,魏学勤,丘军林. 激光杂志. 1998(06)
博士论文
[1]利用SiN_x插入层和新型图形化蓝宝石衬底提高GaN外延层质量的相关研究[D]. 杨德超.吉林大学 2013
[2]脉冲激光沉积法外延生长大面积AlN单晶薄膜及其生长机理研究[D]. 杨慧.华南理工大学 2013
[3]磷掺杂p型ZnO薄膜的制备及相关问题研究[D]. 李继超.吉林大学 2013
[4]应变Si载流子迁移率研究[D]. 王晓艳.西安电子科技大学 2012
硕士论文
[1]立方AlN薄膜的激光分子束外延生长及其光学性能研究[D]. 黄立荣.广西大学 2014
[2]反应磁控溅射低温沉积AlN薄膜工艺、结构与性能研究[D]. 姜川.湖南大学 2013
[3]SR-MOCVD方法沉积ZnO薄膜及其性能研究[D]. 杨广涛.中国科学技术大学 2009
[4]AlN薄膜的制备与介电性能研究[D]. 胡利民.中南大学 2007
[5]适用于多层膜高频SAW器件的AlN薄膜制备与表征[D]. 徐娜.天津理工大学 2007
本文编号：2921793
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