氮化铝薄膜生长动力学模型与模拟研究

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1、爲聲毛丢衝Ｍ專圍硕±学位论文Ｉ礫Ｉ氮化铅薄膜生长动力学模型与模拟研究Ｉ作者姓名李津南？指导教师姓名、职称戴显英教授申请学位类别工学硕±学校代码１０７０１学号１３１１１２２７０６分类号ＴＮ３０４．２密级公开硕壬学位论文氮化铅薄膜生长动力学模型与模拟研究作者姓名：李津南一级学科：电子科学与技术二级学科：微电子学与固体电子学学位类别：工学硕＋指导教师姓名、职務：戴掃英教投学院：微电子学院提交日期：２０１５

2、年１２月ModelandSimulationofAlNgrowthkineticbyMOCVDAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinElectromechanicalScienceandTechnologyByLiJin-nanSupervisor:DaiXian-yingProfessorDecember2015西安电子科技大学学位论文独创

3、性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研巧工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加标注和致谢中所罗列的内容外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的硏究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同事对本研巧所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处一，本人承担切法律责任。本人签名：藻三日期：之ＷＪ２串帛．叶

4、西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，目：Ｐ研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可Ｗ公布论文的全部或部分内容，允许采用影目Ｐ、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，结合学位论文研究成果完成的论文、发明专利等成果，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。＿＿＿：Ｍ化本人签名．导师签名：谨庐

5、日期：日期：摘要摘要AlN材料以其高禁带宽度、击穿电场强、热导率高和高紫外透过率等优越的物理、光学和电学性质，在大功率器件、耐高压器件、高温器件和紫外光电器件等领域得到了非常广泛的应用。虽然MOCVD方法是生长高质量AlN薄膜的主流技术，但其生长动力学机理与生长模型等理论研究远落后生长实验研究。基于Grove理论和KMC方法，本文进行了MOCVD生长AlN薄膜的动力学模型建立与模拟研究，并将模型模拟结果与实验数值进行了对比，模型对于实际工艺生长具有指导意义。基于MOCVD技术生长AlN薄膜的生长

6、工艺、生长特性和生长动力学实验，本论文对反应前躯体TMAl和NH3的化学反应机理和气相输运过程进行了系统地分析研究，深入理解了各条反应路径对于最终薄膜生长的影响。基于AlN生长特性和反应机理的研究分析结果，本论文采用Grove理论，研究建立了MOCVD生长AlN薄膜的生长速率模型，根据AlN的生长特性，计算并确定了气相输运系数hg、表面反应速率常数ks、单位薄膜生长所需分子数等模型参数；基于该模型，进行了不同温度(523K-1223K)下和不同压强(0Pa-2240Pa)下AlN生长速率模型的实

7、验验证；对比结果表明，该模型计算结果与实验结果十分吻合：不同温度下生长速率模型的平均误差为8.63%，不同压强下生长速率模型的平均误差为8.03%。采用动力学蒙特卡洛(KMC)算法，本论文对MOCVD工艺生长AlN薄膜的生长动力学及表面形貌进行了模拟研究。根据AlN的结构和生长特性，研究建立了AlN薄膜的表面生长动力学模型。根据AlN粒子之间相互作用的势垒能数据，计算了AlN粒子的吸附沉积速率和表面迁移速率等模型参数；基于KMC原理，以AlN四面体结构分子为模型的最基本单元；采用MATLAB语言

8、，对原子级动力学过程进行了程序化实现；进行了AlN粒子从成核到薄膜的KMC生长模拟，给出了不同生长速率和不同生长时间下的表面形貌图。关键词：氮化铝，金属有机物化学气相淀积，生长动力学模型及模拟，Grove理论，动力学蒙特卡洛方法IABSTRACTABSTRACTWithawidebandgap,thehighbreakdownvoltage,thebigthermalconductivityandthesmallrefractiveindex,therearetremendousapplicat