氮化铝薄膜制备及性能研究

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1、两华大学硕+学位论文氮化铝薄膜制备及性能研究材料加工工程研究生李瑞霞指导教师彭启才在这篇论文中，AIN薄膜是由中频脉冲磁控溅射制备，主要考察了不同衬底温度和退火温度对A1N薄膜结构和性能的影响，特别研究了A1N薄膜的光学性质和发光特性。结晶材料A1N具有6．28eV的直接带隙使得其在紫外光范围具有透光窗口，如果进行掺杂还可能得到在紫外光范围内发光的光电器件。A1N有许多十分有用的机械和电学性质，它具有的高硬度、高热导性、耐高温、耐腐蚀，与Si和GaAs有合理的温度适配性，使得A1N能够作为很好的

2、电子封装材料。同时AlN不受电磁辐射、电子和离子轰击的影响。另外，A1N还能与GaN形成合金A1GaN，从而能够制造出基于A1GaN／GaN的电子和光学器件，这种器件能够在绿光波长到紫外光波长都有效，这是十分诱人的。最常用于生长A1N薄膜的技术是反应磁控溅射技术，用射频和直流磁控溅射研究了AIN薄膜的生长条件。该方法简单易行而且便宜。尽管使用的是纯金属灿靶，但是如果直接用直流溅射，在工作一段时间之后靶表面和真空室内其它部件上就会覆盖上一层绝缘的A1N薄膜，导致靶中毒和阳极消失现象出现。为了解决这

3、些问题，我们在这里使用了中频电源和孪生靶技术，在这项技术中，孪生靶在溅射过程中互为阴阳极。由于AIN薄膜的应用与其质量密切相关，为此我们研究在磁控溅射制备A1N薄膜的过程中，衬底温度和退火温度对薄膜的微结构及其性质的影响，以及不同的衬底对微结构及性质的影响，从而找到A1N薄膜的最佳制备工艺。在不同衬底上沉积tklN薄膜，其薄膜的择优取向不同，所得到的性能也不相同。在石英衬底上得到(101)择优取向的A1N薄膜，由AFM得出表面光滑，晶粒细小；在玻璃衬底上得到C轴垂直于基片生长的(002)晶向的A

4、1N西华人学硕士学位论文薄膜，表面结晶状况良好，晶粒的尺寸较大；在硅衬底上得到平行于基片生长的(100)晶向和倾斜于基片生长的(110)晶向的多晶薄膜。在Si衬底上，衬底温度为190℃时表面粗糙度较大，生成了A1N(110)，其衍射峰强度较弱。随后随着衬底温度上升，有利于制备(110)面择优取向的A1N薄膜，但是表面粗糙度变大。通过不同退火条件下的A1N薄膜的表面形貌和结构分析，样品氮气保护气下在不同退火温度退火后，薄膜的表面平整，基本上没有缺陷和空洞，薄膜表面致密晶粒大小比较均匀。700。C为

5、合适的退火温度，过高的退火温度不但不利于薄膜的结晶取向反而使薄膜的结晶情况变差。利用1stOpt分析软件，采用Forouh．Bloomer色散模型对A1N薄膜的反射光谱进行光学拟合。折射率在1．9～2．3之间，且随波长增大而减小；消光系数小于0．006，说明该薄膜有良好的透光性；说明较高的退火温度有利于高折射率A1N薄膜的生成。对样品的发光特性进行分析，在紫光范围内用不同的激发波长照射同一样品得出发光谱峰的位置几乎是相同的，发光谱峰相对强度是不同的，发光光谱峰是和杂质能级相关的，结果显示样品中存

6、在多种杂质。不同衬底上的薄膜的发光谱峰的位置是不同的，意味着不同的杂质存在不同的衬底中。通过光致发光研究了制备条件对发光和相关杂质的影响。关键词：氮化铝；中频磁控反应溅射；结构和粗糙度；反射；光致发光II两华大学硕士学{_奇=论文PreparationandCharacterizationofAINthinfilmsMaterialprocessingprojectPostgraduateLiRuixiaSupervisorProf．PengQicaiInthisthesis，A1Nthinfi

7、lmsarepreparedbymediumfrequencymagnetronsputtering．TheeffectsofthesubstratetemperatureandannealingtemperatureonthestudiedandpropertiesofA1Nthinfilmshavebeenstudied，especially,theopticalpropertiesandphotoluminescenceoftheA1Nthinfilmshavebeenstudied．Cr

8、ystallizationmaterialA1N，withdirectbandgapof6．28eV,istransparentatrearvioletregion，ifdoped，A1Nthinfilms，Canbeusedforphotoelectronicdevicesintherangeofviolet．Becauseofitshighhardness，highthermalconductance，hightemperatureresistance，corrosionresistanta