立方氮化硼薄膜制备和特性的研究

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1、摘要·立方氮化硼(c-BN)是Ⅲ一V族闪锌矿结构化合物，具有优异的物理化学性质，如高硬度、宽带隙、高热导率、高热稳定性和化学稳定性。适合用作铁基合金刀具涂层，在短波长光电子器件、高频大功率器件和耐高温器件方面具有硅和砷化镓难以比拟的优势。在力学、热学、光学、电子学等领域具有广阔的应用前景。因此，e-BN薄膜的制备和性质研究一直是国际上研究的热点同时也是难点之一。本文主要研究了射频磁控溅射法制备c-BN薄膜中各种工艺参数的影响，退火对BN薄膜相变的影响，BN薄膜的折射率、吸收系数、光学带隙等性质以及薄膜的n型原位掺杂

2、。运用JPGF-450B射频磁控溅射系统在si衬底上制备c_BN薄膜，靶材为热压六角氮化硼(h-SN)靶，工作气体为氩气和氮气的混合气。通过改变工作气体中氮气的含量发现，当氮气含量小于20％时，薄膜中B、N原子的结晶偏离理想情况，六角峰位偏离理论值。同时，c-BN薄膜沉积过程中存在一个负偏压阂值，此阈值为．100V。当负偏压高于此阈值时，立方相才能生长。探讨了BN各种相之间的转变，以及缺陷对相变的影响。对两组样品进行了退火处理，发现在900"C的退火温度下，样品中发生了明显的h．BN--)c*BN相交，而当退火温度

3、达到1000"(2时，c-BN—h-BN的转变开始发生。测量薄膜样品的紫外反射光谱R(A)，用Matlab6．5编程，计算了样品的折射率押(A)、消光系数K(A)以及吸收系数口(∞，并进一步求出了样品的光学带隙岛，其结果与经验公式计算结果吻合得比较好。在真空室中固定电炉和铝舟，采用加热蒸发s粉的方法对BN薄膜进行原位掺杂。通过实验发现，掺杂后的薄膜电阻率比没有掺杂样品下降了I-2个数量级。关键词立方氮化硼薄膜；射频磁控溅射；退火；光学带隙；原位掺杂北京工业大学理学硕士学位论文AbstractCubicboronni

4、tride(c-BN)isknownastheⅢ一Vblendecompoundwithexcellentphysicochemicalproperties，suchashighhardness，largebandgap，highthermalconductivity,highmeltingtemperature，chemicalinertness，thermalstability，ctc．c-BNissuitableforcoatingoffd'roalloycuttingtools，anditissuperio

5、rtoSiandGaAsinshort-wavephotoelectrondevices，hi曲fi-equencysuperpowerdevicesandhi曲temperaturedevices．Ithassignificantandpotentialtechnologicalapplicationprospectsinmechanics，thermology,photology,electronics，ctc．Thepreparationandpropertyresearchofc-BNthinfilmhas

6、beenoneofthedifficultandattFdctivefieldsinthescientificworld．Thispaperfocusesonthepreparationofc-BNthinfilms，influenceofannealingonphasetransitionofBN，refractiveindex,absorptioncoefficient,bandgapofc—BNthinftlm,andthentypedopingofc-BNthinfdm．Cubicboronnitride(

7、c-BN)thinfilmsweredepositedonSisubstratesusingJPGF-450Bradio—frequencyfRDmagne仃onsputteringsystem．Thetargetishotpressedh—BNandtheworkinggasisgaseousnlixtllrcofN2andAr．FromtheexperimentsbychangingthecontentofN2inworkinggas，wefoundthatthecrystallizationofthinfil

8、mwasbadandtheabsorptionpeakofh-BNdeviatedfTomthestandard1380cm"1whenthecontentofN2wasbelow20％．Athresholdbiasvoltageoftheformationofc—BNthinfilmisabout-lOOV,andc-BNphaseishardlyform