射频磁控溅射制备AlN薄膜及其性能研究

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1、中图分类号0484UDC31硕士学位论文学校代码10533密级公开射频磁控溅射制备A1N薄膜及其性能研究StudyofdepositionandpropertiesofaluminumnitridethinfilmsbyRFmagnetronsputtering作者姓名：学科专业：研究方向：学院(系、所)：指导教师：刘丹瑛材料科学与工程材料学材料科学与工程学院余志明教授论文答辩日期2呈堡：篁．_f8答辩委员会主啦!兰／鼻1中南大学2013年5月原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导

2、下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名：到生选日期：丝睦年羔月4日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印

3、、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。作者签名：羔l二墨』墓导师签名鱼盥日期：丝年—兰月丝日射频磁控溅射制备A1N薄膜及其性能研究摘要：AIN薄膜具有很多优异的物理性质，如高的热导率、高的硬度、高的声表面波传播速度、高电阻率、较好的压电性、宽的能隙值等，因而在电子领域具有非常广泛的应用。由于AIN晶体具有各向异性，不同择优取向的A1N薄膜的力学、电学、光学等性能会有明显差异，通常(002)取向的

4、A1N薄膜比较难以得到，AIN薄膜的取向生长机制也不太清楚，为了成功实现A1N薄膜的应用，不仅需要研究其电学、光学等性能，也需要深入研究其力学性能，因而在制备AIN薄膜的基础上，研究其组成、微观结构、形貌及力学性能对于AIN薄膜的应用具有重要意义。本文采用射频反应磁控溅射法在Si(100)基片上制备了纤锌矿结构的多晶A1N薄膜，实验采用单参量变化法，研究了溅射气压、基体温度、氮气含量及靶基距与A1N薄膜的组成、微观结构、表面形貌和纳米力学性能等各项性能之间的内在联系，为高性能AIN薄膜的制备及应

5、用打下了良好的实验基础。结果表明：1、溅射气压、基体温度、N2含量以及靶基距均对AIN薄膜的结晶取向性有重要影响。在单晶硅(100)基片上制备(002)择优取向A1N薄膜的最佳工艺参数为：溅射气压0．2Pa、基体不加热、N2流量比率为50％、靶基距为3cm。2、在其它工艺参数都一定的条件下，升高基体温度，或是增大溅射气压、靶基距，都会使A1N薄膜的表面粗糙度减小。3、溅射气压和基体温度均对AIN薄膜的组成和抗氧化性影响较大，减小溅射气压或基体温度可使薄膜的纯度较高、抗氧化性较好。4、工艺参数对A

6、IN薄膜的力学性能影响较大，本文所制备的AIN薄膜具有优良的力学性能，在溅射气压0．2Pa、基体温度250。C、N，流量比率为50％、靶基距为3cm、沉积时间lh的条件下，所制备的AIN薄膜的力学性能最优，硬度约在33．8～34．1GPa，弹性模量约在242．9-325．5GPa之间。关键词：AIN薄膜；射频反应磁控溅射；结构；择优取向；力学性能分类号：TB43；0484StudyofdepositionandpropertiesofaluminumnitridethinfilmsbyRFmag

7、netronsputteringAbstract：Aluminiumnitride(A1N)thinfilmsareofgreatinterestforapplicationinelectronicsowingtosuchsuperiorphysicalpropertiesaslargethermalconductivety,highhardness，hi曲surfaceacousticwavespeed，highelectricalresistivity,goodpiczoelectricre

8、sponseandwideenergybandgap．BecauseofanisotropyofAINcrystal，significantdifferenceexistsinthemechanical，electricalandopticalpropertiesofAlNthinfilmswimdifferentpreferredorientation．ManyauthorsthinkthatitiShardtoobtainAlNtllinfilmswith(002)oriented，andt