立方氮化硼薄膜的制备及其相关应用展望-复旦大学物理教学试验中心.docVIP

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立方氮化硼薄膜的制备及其相关应用展望-复旦大学物理教学试验中心

立方氮化硼薄膜的制备及其 复旦大学物理系:张宏伟,钱雅超,宁文正 [实验概述] 用自偏压辅助的射频磁控溅射在硅基片上生长氮化硼薄膜,用傅里叶变换红外光谱和俄歇电子能谱测定薄膜中立方结构的含量以及氮硼的组分比。c-BN的含量并非单纯线性随衬底温度变化,在不同的N2含量下,立方氮化硼生长有不同的最适生长的衬底温度,并且在最适生长衬底温度附近生长的c-BN应力较低。 [c-BN应用前景介绍] 1.宽光学带隙6. 5 eV ,优良的热导率,具有良好的可掺杂性可掺杂为N 型、P 型半导体,高温下强的抗氧化性能(1300 ℃以下不易氧化)在高温电子器件领域有着广泛的应用前景 2.很高的硬度,具有一系列优越的物理、化学和机械性能,C-BN薄膜强化的刀具可用于钢铁合金的加工 3.很好的透光性, 本身高硬度,是光学元件良好的保护涂层。 [实验步骤] 安装基片,基片用酒精清洗。 打开右下处分子泵阀门,开启机械泵15分钟。 机械泵声音逐渐变小后,开冷却水,开分子泵。大概1分钟左右有尖锐的蜂鸣声,声音从大变小。 分子泵抽气至气压降至3E-3pa左右(大概1小时)。 开加热带和离子电源设置为3V,以赶走腔壁上附着的水蒸气。 加热大概1.5小时 腔内气压约为1.9E-3pa。 停止加热,等待冷却。 气压降至2.1E-4pa。 充氮气和氩气 先开气罐的阀门,再开小阀门,调节流量氮气0.47 氩气14。此时腔内气压稳定在2.0E-1pa。 关掉硅片气压计,打开generator,调节forward至50,开后面的通气阀门,腔内有离子流发光。 挡板挡住基片,清洗靶材。 调节forward至200,微调电流源频率,使reflect到20左右。 保持20分钟 调节generator功率至50,调高基片电压到250V,清洗基片。 清洗10分钟以上。 开始生长BN。基片电压改为150V,Generator调至200。 生长30分钟。记录生长结束时热电偶电压。 按步骤关闭实验仪器,取出样品并测量。 [实验结果] c-BN的含量可以表示为P=I1065/(I1065+I1380) 不同衬底温度下c-BN的红外吸收谱,其中I1065和I1380分别为红外吸收谱中1065cm-1和1380cm-1出吸收峰的强度。 衬底温度/℃ 300 350 400 450 500 c-BN/% 81.3 74.1 65 59.3 44.4 h-BN/% 18.7 25.9 35 40.7 55.6 在射频磁控溅射生长c-BN时,最适合生长的衬底温度和N2含量有关,适当增加N2含量可以降低最适衬底温度。在最适衬底温度下生长的c-BN薄膜含量较高。在N2=10%,功率200w,偏压150v,衬底温度300°C下能制备出含量高的c-BN薄膜。 [实验讨论] 通入氩气的意义 Ar是磁控溅射原理的工作气体 在被溅射的靶极(阴极)与阳极之间一个正交磁场和电场,Ar气电离成正离子和电子,靶上加有一定的负高压,从靶极发出的电子受磁场的作用与工作气体的电离几率增大,在阴极附近形成高密度的等离子体,Ar离子在洛仑兹力的作用下加速飞向靶面,以很高的速度轰击靶面,使靶上被溅射出来的原子以较高的动能脱离靶面飞向基片淀积成膜。支流溅射和射频溅射射频溅射的使用范围更为广泛,除可溅射导电材料外,也可溅射非导电的材料磁控溅射镀膜toichiometry of BN-Films and its Influence on the Cubic Phase Formation YongKang Le [2]《半导体物理学》刘恩科,朱秉升,罗晋生 西安交通大学出版社 1998 [3]《固体物理基础》阎守胜 北京大学出版社 2000 衬底 溅射电源配适器 靶材 偏压电源配适器 档板 分子泵 氩气 机械泵 氮气

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