BCN薄膜的脉冲激光沉积与成分控制

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1、武汉理工人学顾：卜学位论文摘要本文采用两种靶源(B4C靶，BN／C拼合靶)，利用脉冲激光沉积技术在单晶Si基片上制备BCN薄膜，系统研究了沉积工艺、退火条件和靶源形式对其沉积速率、表面形貌、键结构和组分的影响，以期通过工艺控制获得成分可控、组分变化范围宽的BCN系列薄膜材料，满足特定性能对BCN薄膜指定组分的要求，拓宽其应用范围。首先，以B4C靶材为靶源，通过改变脉冲激光能量密度(1-6J／cm2)，氮气压力(O．15Pa)和沉积温度(300．750℃)来制备不同组分的BCN薄膜。红外吸收光谱(FTIR)与X射线光电子能谱(XPS)分析表明：’薄膜中包含B-N，B．C和N

2、．C化学键，表明形成了B—C-N三元化合物。随着沉积工艺参数的改变，BCN薄膜的沉积速率、表面形貌、键结构和组分相应变化。通过调整激光能量密度、氮气压力、沉积温度等工艺参数，薄膜中B、C和N元素的组分可分别控制在47．3．62．8％，26．4．32．8％和7．2．26．3％的范围内。将BCN薄膜在700℃的真空环境中退火1h，薄膜结构未发生改变，表现出良好的真空高温稳定性；而在大气环境中退火温度达到600℃时，BCN薄膜表面已发生氧化分解，且有C-N键形成。由于利用单一B4C靶源制各的BCN薄膜的组分特别是C含量变化范围有限，我们选用BN／C拼合靶，通过改变沉积气氛和靶材

3、的拼合方式，进一步制备组分变化范围更宽的BCN薄膜。FTIR和XPS分析结果表明，所制备的薄膜中也形成了B．C-N三元化合物。在相同沉积条件下，随着拼合靶中石墨比率的增加，BCN薄膜中的C元素含量增加(变化范围36．8％．85．9％)，而B和N含量呈降低趋势。对于同一种靶材，当氮气压力增加时，薄膜中N．C键和N含量均增大。将BCN薄膜在600℃的真空环境中退火1h时，薄膜结构没有变化，具备较好的真空高温热稳定性；而在600。C大气环境中退火1h时，BCN薄膜表面发生氧化分解，主要以氧化物的形式存在。关键词：BCN薄膜，脉冲激光沉积，键结构，组分控制止￡汉理工人学硕一}：学

4、位论文AbstractBoroncarbonnitride(BCN)thinfilmswerepreparedonSi(100)substratesbylaserablationoftwotypesoftargets(B4Ctarget，h-BN／graphitecompositedtargets)．Theeffectsofdepositionparameters(1aserenergydensity，nitrogenpressure，depositiontemperature)，annealingparameters(annealingatmosphere，anneal

5、ingtemperature)andtypesoftargetsonthefilmdepositionrate，morphology，bondstructureandcompositionwereinvestigated．ThecompositionofBCNthinfilmsCanbevariedoveragreaterrangebyprocesscontr01．Firstly，boroncarbonnitridethinfilmswithdifferentcompositionswerepreparedusingB4Ctargetbychanginglaserener

6、gydensity(1-6J／cm气nitrogenpressure(015Pa)anddepositiontemperature(300-750℃)．Fouriertransforminfrared(FTIR)spectroscopyandX·rayphotoelectronspectroscopy(xPs)analysesindicatedthattheas—depositedBCNthinfilmscontainedB-C，N-CandB—Nchemicalbonds，implyingtheformationofternaryBCNcompounds．Theconc

7、entrationofB，CandNCanbecontrolledintherangeof47．3—62．8％，26．4—32．8％and7．2—26．3％，respectively．BCNthinfilmpreparedat3】

8、耐，300oCand5PanitrogenpressureWasannealedinvacuumatmospherewithannealingtemperatureof700oCfor1h．Theresultsshowedthatthefilmstructuredidnotchange，implyi