宽带隙立方氮化硼薄膜制备.pdf

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1、第22卷第1期半导体学报VO1.22NO.12OO1年1月CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSJan.2OO1宽带隙立方氮化硼薄膜制备邓金祥王波严辉陈光华(北京工业大学应用物理系北京1OOO22)摘要:报道了用偏压调制射频溅射方法制备宽带隙立方氮化硼(c-BN)薄膜的实验结果.研究了衬底负偏压对制备c-BN薄膜的影响.c-BN薄膜沉积在p型Si(1OO)衬底上溅射靶为六角氮化硼(h-BN)工作气体为Ar气和N2气混合而成薄膜的成分由傅里叶变换红外谱标识.结果表明在射频功率和衬底温度一定时衬底负偏压是影响c-BN薄膜生长的重要参数.在衬底负偏压为-2OOV时得到了立方

2、相含量在9O%以上的c-BN薄膜.还给出了薄膜中的立方相含量随衬底负偏压的变化并对c-BN薄膜的生长机制进行了讨论.关键词:立方氮化硼;薄膜;射频溅射PACC:6855;783O中图分类号:TN3O4.2+4文献标识码:A文章编号:O253-4177(2OO1)O1-OO66-O3体辅助化学气相沉积(PACVD)等.近来含有较高立1引言方相含量的c-BN薄膜往往通过PVD获得.无论用何办法制备c-BN薄膜都存在成核和生长条件难立方氮化硼(c-BN)薄膜是一种理想的新型宽以控制的问题因而获得高立方相含量的c-BN薄带隙(E半导体薄膜材料.c-BN具有高的膜是非常困难的.KOuptsidis等

3、人[3]用直流磁控溅g6.6eV)电阻率和高的热稳定性可被掺杂成p型和n型不射方法制备的c-BN薄膜立方相含量最高约74%.仅可用于制作高频~大功率~高温电子器件而且还JuanManue1Mendez等人[4]用射频磁控溅射制得可用于制作场致电子发射器件(如图象数字摄录和最高含量为7O%的c-BN薄膜.Yap等人[5]用先进平面显示).c-BN还具有高的热导率以及与Si~的PLD技术获得的立方氮化硼薄膜最高立方相含GaAs更接近的热膨胀系数使之可以成为很好的量也只有7O%.热沉材料.因此c-BN在电子学方面有着极其广泛我们用衬底偏压调制射频溅射方法在一定实的应用前景[1].验条件下得到了立

4、方相含量在9O%以上的c-BN薄1979年SOkO1OWski采用脉冲等离子体方法成膜.本文还给出了薄膜中的立方相含量随衬底负偏功地合成了c-BN薄膜[2]压变化的情况并对有关问题进行了讨论.开辟了设备简单~成本低廉并能够制备大面积c-BN薄膜的途径引起广泛的重视和关注.目前结合能量离子的辅助技术可2实验以用多种化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)的方法获得c-BN薄膜包括离子束辅助脉c-BN薄膜用传统的13.56MHz射频溅射系统冲激光沉积(IA-PLD)~离子束沉积(IBD)~离子镀沉积在P型Si(1OO)(8715gcm)衬底上靶材为(IP)~衬底偏压调制溅射(SB-Spu

5、ttering)和等离子h-BN靶(纯度达99.99%)溅射气体为氩气和氮气国家自然科学基金(69876OO3~19874OO7)北京市自然科学基金(2982O13)北京市科技新星计划和北京市科技骨干培养基金资助项目.邓金祥1965年出生副教授主要从事立方氮化硼等电子薄膜材料的研制工作.王波1966年出生副教授主要从事立方氮化硼等电子薄膜材料的研制工作.严辉1963年出生教授博士生导师主要从事立方氮化硼和碳化硅等电子薄膜材料的研制工作.1999-O8-24收到1999-12-31定稿Oc2OO1中国电子学会1期邓金祥等:宽带隙立方氮化硼薄膜制备67混合而成.在沉积之前衬底分别经过甲苯~丙酮

6、~乙我们计算了图1中不同偏压下制得的薄膜中c-BN醇和去离子水超声清洗并在射频功率为160W~直和h-BN的相对含量计算结果如表1和图2所示.流负偏压为350V的条件下预溅射10min以达到表1不同偏压下薄膜中c-BN和h-BN的相对含量活化衬底表面的目的.制样过程中衬底加直流负偏Table1RelativeCOntentOfc-BNtOh-BNUnder压从-80V到-220V连续可调;预真空和工作气DifferentBiaSVOltage压分别为1.33>10-3Pa和0.6651.33Pa;衬底加偏压/V-80-90-100-140-180-200热至500C;溅射功率和加热温度保持

7、不变.薄膜的c-BN/%023.433.155.283.192.8h-BN/%10076.666.944.816.97.2红外谱用XianChintekFTIR1020红外谱仪测得.3结果与讨论图1给出了不同负偏压下c-BN薄膜的红外吸收谱图.红外谱图中1065cm-1附近的吸收峰为Sp3图2不同偏压下薄膜中c-BN和h-BN的相对含量FIG.2RelativeCOntentOfc-BNandh-BNUnderDiffe