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时间:2019-05-17
《磁控溅射法制备SiCN薄膜及退火处理对其性能影响研究》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、7分类号:TN304.2学校代码:1069密级:公开学号:201520924馨硕士学位论文MA’STERSDISSERTATION磁控溅射法制备SiCN薄膜及退火处理对其性能影响研究学科名称:微电子学与固体电子学一作者:李鸣指导老师:赵武教授西北大学学位评定委员会二○一八年六月StudyontheEffectofSiCNThinFilmPreparedbyMagnetronSputteringandAnnealingTreatmentAthesissubmittedtoNorthwestUniversityinpart
2、ialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinMicroelectronicsandSolid-StateElectronicsByLiYimingSupervisor:ZhaoWuProfessorJune2018摘要SiCN(硅碳氮)作为C、Si与N三种元素构成的新型宽禁带半导体,集合SiC(氮化硅)、C3N4(氮化碳)和Si3N4(碳化硅)的良好光学、电学、力学特性于一体。硅基底生长的SiCN材料成本低廉,且与目前的集成电路工艺技术兼容。不同组分和结构的SiCN材料带隙在2.86到5.0eV之间连续
3、可调,有利于其在光电器件领域(如发光器件、半导体激光器等)方面的应用。采用磁控溅射法,以氮化硅(Si3N4)靶材与石墨(C)靶材作为源材料,制备SiCN薄膜,对其进行退火处理。通过改变退火温度、保温时间与退火气氛等条件,系统研究退火工艺对SiCN薄膜成分、表面形貌、化学成键、晶体结构、以及光致发光等特性的影响,优化退火工艺,提高SiCN薄膜的质量,从而提高SiCN薄膜光学性能。XPS分析表明,SiCN薄膜并不是Si3N4与SiC或Si、C与N的简单组合,而是由C-C键、C-O键、C-N键、N-Si键、C=N键、Si-C键、Si-O键与Si-N键等形成的复杂网络结构
4、。同时XRD分析表明,薄膜中主要含有Si3N4、5H-SiC相,实验结果显示:真空气氛条件下退火的SiCN薄膜结晶性好于空气和氩气气氛退火的样品。对磁控溅射制备SiCN薄膜工艺进行优化,在石墨(C)靶材功率为100W,氮化硅靶材功率为150W时薄膜具有较好的结晶性,进而在此制备工艺条件下对SiCN薄膜进行退火处理。研究发现,在真空和氩气气氛下,随着退火温度的提高,薄膜中的Si元素含量明显上升,C、N元素的含量下降。而在空气气氛下,随着退火温度的上升,薄膜中的O元素百分含量上升,C、N元素的含量下降。同时对样品的光致发光进行了探索,不同退火气氛引起SiCN薄膜不同位
5、置的发光峰。空气气氛下退火,薄膜的发光峰主要在370nm与395nm处;氩气气氛下退火,薄膜发光的峰位主要在370nm处;在真空气氛下退火,薄膜的发光峰主要在370nm与410nm处。370nm处发光来源于SiOx发光中心,395nm处和410nm处的发光由碳团簇引起。关键词:SiCN薄膜,退火,磁控溅射,光学性能iABSTRACTAsthecompoundoftheelementsSi,CandN,asanewwidebandgapsemiconductormaterial,SiCNcombinethefeatureofSiC(siliconcarbide),C
6、3N4(carbonnitride)andSi3N4(siliconnitride)inoptical,electrical,mechanicalandotheraspect.TheSiCNgrownonthesiliconsubstrateischeapandcompatiblewiththeexistingintegratedcircuittechnology.DifferentcompositionandstructureoftheSiCNmaterialshavethecontinuoustunablebandgaprangesfrom2.86to5.0e
7、V,whichisbenefittothefieldofoptoelectronicdevices(suchaslight-emittingdiode,semiconductorlaser)applications.Withthemagnetronsputtering,weusethesiliconnitride(Si3N4)targetandthegraphite(C)targetasrawmaterials,theSiCNfilmswerepreparedandthenannealed.Byalteringtheannealingatmosphere,hold
8、ingti
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