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纯氮气反应溅射AlN薄膜及性质研究

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纯氮气反应溅射AlN薄膜及性质研究纯氮气反应溅射AlN薄膜及性质研究 第 39卷 第 1期 人工晶体学报 Vo .l 39 No. 1 2010年 2 月 JOURNAL O F SYN TH ET IC CR YSTAL S Feb rua ry, 2010 纯氮气反应溅射 A l N薄膜及性质研究 杨世才 , 阿布都艾则孜 〃阿布来提 , 简基康 , 郑毓峰 , 孙言飞 , 吴荣 () 新疆大学物理科学与技术学院 ,乌鲁木齐 830046 摘要 :在不同氮气浓度 、不同溅射气压和衬底温度为 20,370 ?的条件下 ,分别在多种衬底上采用反应磁控...
纯氮气反应溅射AlN薄膜及性质研究
纯氮气反应溅射AlN薄膜及性质研究 第 39卷 第 1期 人工晶体学报 Vo .l 39 No. 1 2010年 2 月 JOURNAL O F SYN TH ET IC CR YSTAL S Feb rua ry, 2010 纯氮气反应溅射 A l N薄膜及性质研究 杨世才 , 阿布都艾则孜 〃阿布来提 , 简基康 , 郑毓峰 , 孙言飞 , 吴荣 () 新疆大学物理科学与技术学院 ,乌鲁木齐 830046 摘要 :在不同氮气浓度 、不同溅射气压和衬底温度为 20,370 ?的条件下 ,分别在多种衬底上采用反应磁控溅射法 沉积 A lN 薄膜 。 X射线衍射图谱明 :温度大于 180 ?时可在多种衬底上沉积出具有 c轴择优取向的纤锌矿 A lN ( )薄膜 。衬底温度和溅射时间的增加有利于薄膜结晶性的改善 。1. 5 Pa的纯氮气气氛和 Si 100 衬底是最佳择优生 μ长条件 。由紫外 2可见光透射谱计算得到 :在石英衬底上沉积的薄膜折射率为 1. 80 ,1. 85 ,膜厚约为 1 m、光学能 ( )隙为 6. 1 eV。原子力显微镜照片表明 :在 Si 100 衬底上制备的薄膜表面平滑 ,均方根粗糙度为 2. 2,13. 2 nm。 关键词 :氮化铝 ;磁控反应溅射 ;择优取向 ( ) 文章编号 : 10002985X 2010 0120190 207 中图分类号 : O484 文献标识码 : A Prepa ra t ion an d Proper t ie s of A l N Th in F il m s by Pure N itrogen Rea c t ive Spu tter in g YAN G S h i2ca i, ABDUL EZ I Z A bla t, J I AN J i2kang, ZH EN G Yu 2feng, SUN Yan 2fei, W U R ong ( )Schoo l of Physic s Sc ience and Techno logy, X in jiang U n ive rsity, U rum q i 830046 , Ch ina ( )R eceived 18 M ay 2009, accepted 7 S eptem ber 2009 A b stra c t:A lN th in film s we re grown on va riou s sub stra te s u sing reac tive m agne tron sp u tte ring depo sition w ith va riou s n itrogen concen tra tion, va riou s sp u tte ring p re ssu re and sub stra te temp e ra tu re s from 20 ? to 370 ?. The X2ray d iffrac tion sp ec tra show tha t h igh ly c2axis p refe rred wu rtzite A lN film s depo sited on va riou s sub stra te s can be ob ta ined a t sub stra te temp e ra tu re above 180 ?. The c rysta llizab ility of A lN is imp roved a s sub stra te temp e ra tu re and sp u tte ring tim e inc rea sing. The op tim a l grow th cond ition is the ( ( ) p u re n itrogen w ith sp u tte ring p re ssu re of 1. 5 Pa. Op tica l band gap E= 6. 1sub stra te of Si 100 , g ) ( μ) ( ) eV , refrac tive indexe s 1. 80 21. 85 and th ickne ss abou t 1 m of the film can be ca lcu la ted and ob ta ined by u sing the u ltravio le t2visib le op tica l tran sm ission sp ec trum of the film depo sited on qua rtz. The ( ) a tom ic fo rce m ic ro scop e im age s showed tha t the su rface s of the film s depo sited on Si 100 a t d iffe ren t ( ) temp e ra tu re s a re smoo th and the roo t m ean squa re RM S roughne ss wa s be tween 2. 2 213. 2 nm. Key word s:A lN; m agne tron reac tive sp u tte ring; p refe rred o rien ta tion 1 引言 ()( ) ( ?2?族化合物氮化铝 A lN 是一种具有化学性质稳定 、高硬度 、高热导率 320 W /m K、高电阻率 2 × 收稿日期 : 2009 205 218;修订日期 : 2009 209 207 () () 基金项目 :国家自然科学基金 No. 10864004; No. 50862008 ; 新疆大学博士启动基金 No. B S060110; No. B S080109 ( ) 作者简介 :杨世才 1976 2,男 ,四川省人 ,硕士研究生 。 E2m a il: snanft@ 163. com 通讯作者 :吴 荣 ,博士 。 E2m a il: rongwu1022 @163. com 13 Ω ( )( )) 10〃cm 、热扩散系数低 4 ppm / K和声音传播速度快 5. 67 km / sec等优良物理 、化学和机械性质的第 ( )三代宽能隙半导体材料 。其广泛用作绝缘和封装材料 、电子设备器材 、表面声学波 SAW 和高频宽带通信 [ 1 , 2 ] ( )设备等 。近年来 ,已有多种沉积用于沉积 A lN 薄膜 ,其中化学气相沉积法 CVD 和磁控反应溅射沉 () 积法 MR FD 的应用更为广泛 ,磁控溅射法因其具有反应温度低 、成膜易控制 、膜结构致密等优点成为最受 [ 3 ] 欢迎的制备 A lN 薄膜的方法 之一 。 [ 4 ] 氮气比率是磁控溅射法制备 A lN 薄膜的一个重要影响参数 。 Ch iu等讨论了氮气比率对 A lN 薄膜的 [ 5 ][ 6 ] 择优取向及薄膜结构的影响 , kano l等认为降低氮气比率有利于薄膜结晶性的改善 ,而 Cheng等得出了 与之相反的结论 ,对氮气比率的高低是否有利于薄膜结晶性的改善的认识存在分歧 ,因此有必要对氮气比率 的相关问题 进 行 更 加 深 入 的 研 究 。此 外 , 用 纯 氮 气 做 反 应 溅 射 的 工 作 气 体 的 文 献 报 道 却 很 少 。 Ch iu、 ( )( )M a tsunam i等报道了以氮气作为工作气体在 P t、蓝宝石 、玻璃和铝膜以及 Si 111 基片上制备具有 0002 面 [ 3 , 4 , 7 ] 择优取向的 A lN 薄膜 。到目前为止 , 尚未见到在有关纯氮气溅射气氛中 , 考察不同制备条件对沉积A lN 薄膜影响的相关文献报道 。 本文在不同衬底温度 、不同氮气比率 、不同溅射气压以及不同种类衬底上制 ( )备具有 0002面择优取向的 A lN 薄膜 ,探讨衬底温度 、氮气比率 、溅射气压和衬底种类对 A lN 薄膜晶化 、表面形貌和光学性质等的影响 。2 实验 (Ω ) ( ) ( ) 采用射频磁控溅射仪 沈阳科仪 M IC450D ,在电阻率为 5,8 〃cm 的 n型 Si 100 、Si 111 、Mo、N i、 蓝宝石 、石墨和石英等衬底上沉积 A lN 薄膜 。使用纯度为 99. 99 % 、直径为 8 cm 的磁控水冷 A l靶作为溅射 () 靶材 ,使用纯度为 99. 99 %的 A r、N作为工作气体 ,射频溅射功率为 300 W 电压 600 V ,电流 0. 5 A ,基片不2 24 加偏压 。在溅射前 ,用分子泵将溅射仪腔体的背底真空度抽至 2 ×10 Pa以上 ,然后在溅射参数相同的情况 下 ,对铝靶进行 20 m in的预溅射 ,去除铝靶表面杂质 ,然后开始沉积 A lN。溅射参数见表 1。 表 1 溅射沉积 A lN薄膜的参数 Ta b le 1 Spec if ic pa ram e ter s u sed for spu tter depo s it ion of A lN f ilm 24B ase p re ssu re / Pa < 2 ×10 0. 5 ,3 Sp u tte ring p re ssu re / Pa 300 R F power /W ga s flow ra te / sccm N 0 ,32 A r ga s flow ra te / sccm 0 ,3 Sub stra te temp e ra tu re / ?20 ,370 10 , 30 , 60 Sp u tte ring tim e /m in Sub stra te to ta rge t d istance /mm 60 (λ 采用日本 M ac Sc ienc公司生产的 M 18XH F22 2SRAX 射线衍射仪表征薄膜晶体结构射线 = 0. 15406 ) θθ)θθ ( ( nm , CuK,采用 CBD Coup ling B ragg D iffrac tion,/ 2耦合扫描衍射 和 STD Samp le2tilting D iffrac tion,/ 2α1 )(不对称扫描衍射 两种扫描模式从多方面表征薄膜结构 。薄膜表面形貌和元素含量用 SEM 扫描电子显微 ) )( 镜 ,德国 L EO 公司 L EO 1430V P,附带 EDXS Ene rgy2d isp e rsive X2ray Sp ec tro scop y,能量色散 X 射线谱 测量 ()表征 。薄膜表面粗糙度 、颗粒粒径用 A FM 原子力显微镜 ,俄罗斯 N T2MD T Slove r P47 测量表征 。薄膜透射 ()率用紫外 2可见光仪 UV 2V IS,北京通用仪表公司 TU 1221 测量 ,并由透射谱计算薄膜的折射率及膜厚 。 3 结果与讨论 3. 1 X射线衍射 ( XRD )分析 3. 1. 1 N比率的影响2 () 图 1是在不同 N比率条件下沉积的 A lN 薄膜的 XRD 图谱 采用 CBD 扫描模式 。从图 1可以看出 :当2 39卷第 192 人 工 晶 体 学 报 N比率从 25 %增大到 100 %时 ,薄膜的结晶性能先减弱后增强 ,纯 N溅射的薄膜的结晶性最强 。磁控溅射 2 2 [ 8 ] 制备结晶 A lN 薄膜时 , N 原子与被溅射的 A l原子在衬底上形成一定化学式的 A lN 薄膜 。随着 N 比率增 2 + + +加 ,溅射气体中 A r原子数量相对减少 , N 原子的数量相对增加 。A r的动能比 N 的动能大 ,从靶材上被 A r + 和被 N 轰击溅射出的 A l原子的数量减少了 ,且 A l原子动能也降低了 。此外部分 N 原子与 A l原子反应 ,使 [ 9 ] 得轰击衬底的 A l原子数量减少 ,衬底原子所获得的动能减少 ,导致衬底原子的重排性能降低 , A lN 薄膜结 晶性能减弱 。从另一方面看 ,随着 N比率的增加 , N 原子浓度增加 ,有更多的 N 原子参与反应 , A l原子和 N2 原子的反应更充分 ,从而有利于 A l原子和 N 原子组成具有 A lN 化学式的薄膜 ,有利于薄膜的结晶性能的改[ 8 ] 善 。影响薄膜结晶的两个因素的综合性能决定薄膜的结晶性 。本实验中 N 比率从 25 %增大到 50 %和 2 N比率从 50 %增大到 100 %时 ,不同的因素起主导作用 ,导致薄膜的结晶性变化 。本实验中纯 N溅射时有 2 2 最好的结晶性 ,这与文献 [ 10 ]的报道相一致 。 ( )( )图 1 不同氮气浓度下在 370 ?Si 100 上沉积 2 在不同溅射气压下在 370 ?Si 100 上沉积 图 A lN 的 XRD 图谱A lN 的 XRD 图谱 ( )( )F ig. 1 XRD p a tte rn s of A lN film depo sited on Si 100 F ig. 2 XRD p a tte rn s of A lN film depo sited on Si 100 unde r d iffe ren t n itrogen concen tra tion a t 370 ?unde r d iffe ren t sp u tte ring p re ssu re a t 370 ?3. 1. 2 溅射气压的影响 () 图 2是纯氮气在不同气压条件下沉积的 A lN 薄膜的XRD 图谱 采用 CBD 扫描模式 。从图 2 可以看 ( )出 ,在溅射气压不大于 2. 0 Pa时制备出具有 002 择优取向的 A lN 薄膜 ,当溅射气压为 1. 5 Pa时 ,薄膜有最 好的结晶性 。溅射时腔体内部的压力越低 , N 原子的平均自由程越大 , N 原子因碰撞的减少有更大的动能 , 导致 A l和 N反应后形成的 A lN 有更大动能 ,动能的增加有利于粒子的扩散 ,扩散长度的增加使得溅射到衬2 [ 4 ] 底的 A lN 更容易到达衬底表面的深处 ,有利于薄膜结晶性的增强 。另一方面 ,过低的溅射气压导致 A l原 [ 8 ] 子溅射产额减少 ,从而使得 A l原子与 N 原子的充分反应性减弱 ,减弱了薄膜的结晶性 。两方面作用的结 果导致在 1. 5 Pa气压下溅射的 A lN 薄膜具有最好的结晶性 。 3. 1. 3 衬底温度的影响 () ( ) 图 3是 Si 100 衬底上不同温度沉积的 A lN 薄膜的 XRD 图谱 采用 CBD 扫描模式 。从图 3可以看出 : ( ) 衬底为 20 ?和 100 ?时 ,图谱中只出现 Si 200 的衍射峰 ,表明薄膜没有晶化 ;衬底加热到 180 ?、300 ?和 θ( ) ( 370 ?时 ,在 2为 36 ?附 近 出 现 了 明 显 尖 锐 的 衍 射 峰 , 这 些 峰 对 应 A lN 的 0002 晶 面 衍 射 峰 PD F: 65 2 ( )) 3409 ,因此薄膜具有沿着垂直于衬底表面 001 方向择优生长的特性 。图 3 显示出衍射峰的强度随着衬底 () 温度升高增强的趋势 ,在石英上沉积的 A lN 薄膜的结晶性具有同样的规律 本文没有给出其 XRD 图谱 。 因此衬底温度对薄膜结晶性能的改善是非常重要的 。增加衬底温度可以增加沉积在衬底表面的 A l原子和 N 原子的动能 ,提高 A l原子和 N 原子跨越表面势垒的几率 ,增加 A l原子和 N 原子的扩散长度 ,使其在衬底 上容易发生迁徙 ,有利于薄膜的晶化 。因此衬底温度的提高有利于薄膜结晶性能的改善 。文献 [ 11 ]报道 : ( )N含量的增加有利于较高能量氮粒子数量的增加 ,增大沿 c2轴方向的 B键的几率 ,有利于 A lN 0002 晶面 2 2 ( )择优生长 。本实验中以纯 N作为工作气体 ,沉积过程中较多的高能量 N 粒子促使薄膜沿着 0002 晶面择 2 优生长 。 ( )从图 3可知 :衬底温度为 180 ?、300 ?和 370 ?的薄膜对应的 0002 面的面间距分别为 0. 24872 nm、 ( ( ) )0. 24785 nm 和 0. 24816 nm。沉积薄膜的 d 值比卡片 PD F: 65 23409 的 d 值 0. 24875 nm 小 。 ( ) ( ) 0002 0002 [ 12 ] 晶面间距减小导致薄膜晶胞体积减小 、晶格压缩 ,薄膜中存有压应力 。衬底温度为 300 ?的薄膜因具有 更小的 d值而存在较大的压应力 。( ) 0002 ( )掠入射 X射线衍射 Grazing Inc iden t D iffra tion, G ID 技术因为其 X入射线与样品表面夹角小 、X 射线穿 透的垂直深度浅而可以探测到样品表面结构 、样品纵向结构分布 、样品与衬底界面层等信息 。采用 STD 模 () θ() θ式扫描时 ,保持 不变 样品不动 ,变化 2转动探测器 。 STD 技术可以探测到不平行于样品表面的与深 ( )α 度有关的结构 。本文所做掠入射衍射 G ID 是一种小角度 入射的 STD 扫描衍射 。 本实验中 ,衬底温度为 370 ?、1. 5 Pa 的纯氮气下制备的样品具有最好的结晶性 ,为此研究该样品的 ( α G ID 衍射 、EDXS谱和紫外 2可见光透射谱 。图 4 是在温度为 370 ?的 Si衬底上沉积样品的不同 角度 X )( ) ( )( )射线入射光线与样品表面夹角 的掠入射扫描图 。图 4 中出现 A lN 0002 、A lN 1013 和 Si 311 晶面的衍 ( ) 射峰 。结合图 3、图 4 可知 : 薄膜中除了存在强择优的 A lN 0002 晶 面外 , 还 存在 衍 射峰 强度 较弱 的 A lN ( )( )( )α 1013 晶面 ;衬底中除了存在 Si 200 晶面外 ,还存在 311 晶面 。从图 5可以看出 ,当 X射线以 = 1. 2 ?入 射 A lN 薄膜时 ,没有出现 Si的衍射峰 ,表明 X射线还没有探测到 Si衬底 ,经计算此时 X 射线的垂直穿透深 α ( )度约为 600 nm;当 X射线以 = 1. 5 ?入射 A lN 薄膜时 ,出现 Si 311 的衍射峰 ,说明 X射线已经探测到 Si衬 底 ,经计算此时 X射线垂直穿透深度约为 1100 nm。因此薄膜厚度范围为 600 ,1100 nm。这与该样品的 ()μSEM 横截面图 本文没有给出 所示膜厚约为 1 m 相符合 。 ( )( )α图 3 不同基片温度下 Si 100上沉积 A lN 的 XRD 图谱 图 4 Si 100上沉积 A lN 的不同 角度的掠入射图 ( )F ig. 3 XRD p a tte rn s of A lN film depo sited on Si 100 F ig. 4 G ID p a tte rn s w it of A lN film depo sited ( ) α a t d iffe ren t sub stra te temp e ra tu re on Si 100a t d iffe ren tangle s 3. 1. 4 衬底和溅射时间的影响 ( ) ( ) 在 Si 100 、Si 111 、Mo、石英 、石墨等多种衬底上制备了 A lN 薄膜 ,图 5 是典型的不同衬底的 A lN 薄膜 () ( )的 XRD 图谱 采用 CBD 扫描模式 。在相同实验条件下 ,在 Si 100 衬底上沉积 A lN 的晶化温度不比在其 ( )( )它衬底上沉积 A lN 的晶化温度高 ,并且在同条件下的 Si 100 衬底上沉积薄膜的结晶性较好 。 Si 100 晶格 ( )常数与 A lN 的晶格常数比较接近 ,因此 A lN 在 Si 100 衬底上容易形成晶化更好的薄膜 。 溅射时间是影响薄膜结晶的一个重要参数 ,本实验分别在多种衬底上采用 10 m in、30 m in 和 60 m in 的 () 溅射时间沉积 A lN 薄膜 。 XRD 图谱表明 本文没有给出 :当沉积时间为 10 m in时 ,不能在任何衬底上沉积 ( ) ( ) 得到结晶的薄膜 ;当沉积时间为 30 m in时 ,可以在 Si 100 、Si 111 、蓝宝石和玻璃等部分衬底上沉积得到 ( )结晶的薄膜 ,且在 Si 100 上的结晶性最佳 ;当沉积时间为 60 m in时 ,可以在本实验所使用的所有基片上沉 积得到结晶的薄膜 。 3. 2 薄膜成分分析 ( ) 图 6是 Si 100 衬底温度为 370 ?时所沉积薄膜的 EDXS图 ,图 6中显示沉积薄膜中含有 A l、N、O 三种 39卷第 194 人 工 晶 体 学 报 元素 , N 元素的含量比 A l元素的含量低 ,薄膜中可能存在氮空位 。沉积薄膜由 XRD 表征为多晶 A lN 薄膜 , 因此 O 元素可能由薄膜中的铝氧化合物 、薄膜与衬底间的铝氧硅化合物或者表面暴露形成的沾污引入 。 ( )图 5 在 370 ?不同基片上沉积 A lN 的 XRD 图谱6 在 370 ?的 Si 100基片上沉积 A lN 的 EDXS谱 图 F ig. 5 XRD p a tte rn s of A lN film depo sited on F ig. 6 EDXS sp ec trum of A lN film depo sited on ( ) d iffe ren t sub stra te s a t 370 ? Si 100a t 370 ?3. 3 薄膜表面形貌分析 A lN 薄膜的表面粗糙度是影响其用作表面声学波设备的一个重要因素 。为保证声波能在设备表面顺利 传播 ,要求薄膜的表面粗糙度不能大于一个波长 。文献 [ 13 ]报道用作表面声学波设备的薄膜的表面粗糙度 应小于 30 nm。 ( ) ( )图 7所示为典型的 Si 100 衬底上沉积薄膜的二维 2D A FM 形貌图 。图 7 中显示 :沉积薄膜为纳米薄 膜 ,薄膜颗粒尺寸均匀呈鹅蛋形致密排列 。 ( )图 8是通过 A FM 数据计算得到的 Si 100 衬底温度与薄膜颗粒粒径 、表面粗糙度的关系图 。由图 8 可 知 :不同衬底温度沉积的薄膜颗粒粒径为 22,62 nm ,薄膜表面均方根粗糙度为 2. 2 ,13. 2 nm。衬底温度为 300 ?的薄膜具有最小的颗粒粒径和表面粗糙度 。衬底温度为 180 ?、300 ?和 370 ?的薄膜的表面粗糙度 [ 5 , 14 ] 和 A lN 的择优取向生长都满足表面声学波设备的要求 ,因此在该衬底温度沉积的薄膜可用于声波沿 c2 轴方向传播的表面声学波设备 。 ( )( )图 7 在 100 ?在 Si 100基片上沉积 A lN 的 A FM 图 8 Si 100基片上沉积 A lN 的表面粗糙度和颗粒粒径图 图 () ()F ig. 7 AFM images of A lN film deposited on Si 100at 100 ?Fig. 8 RM S and grain diameter of A lN film deposited on Si 100 3. 4 光学性质分析 () 图 9是在温度为 370 ?的石英衬底上沉积薄膜的紫外 2可见光透射谱图 波长范围为 200 ,900 nm ,图 (λ)) λ中 T和 T是 T 曲线上每一个 所对应的透射谱的最大和最小值 。从图 9中可以看出 ,曲线在 204 nm M m [ 14 ] ( )( )λ 左右处有一强烈的吸收 ,由光子能量 E eV 和波长 nm 对应关系 计算可知吸收谷处光子能量为 6. 1 eV ,为对应于 A lN 样品的禁带宽度 ,与文献 [ 14 ]报道一致 。薄膜样品在可见光和近红外波段的透射率达 [ 15 , 16 ] 76 %以上 ,平均透射率为 88 % ,特别在紫外波长为 867 nm 处的透射率高达 97 % ,可以用做增透膜器件 。 透射光谱曲线在可见光和近红外区域呈现出有规 律的波浪起伏 ,这是由于薄膜表面平整 ,膜厚对特定波 [ 17 ] [ 18 ] 长满足干涉条件 。根据 Swanepoe l的理论 ,用薄 膜透射谱计算了薄膜样品的折射率 n 和膜厚 d。 计算的折射率 n 和膜厚 d 见表 2 所示 ,表 2 中 d1 δ是膜厚 d 的第一次计算值 ,为 d的平均相对误差 , 1 1 δd= 1059 ?9 nm , d是膜厚 d 的修正值 ,为 d的平 1 2 22 均相对误差 , d= 1053 ?1 nm。2 薄 膜 折 射 率 的 计 算 值 为 1. 80 , 1. 85 , 与图 9 在 370 ?的石英基片上沉积 A lN 的透射谱 [ 19 ] Chak raba rti 等 报 道 的 数 据 相 一 致 。 Chak raba rti、F ig. 9 Tran sm ission sp ec trum of A lN film [ 20 ] J am e sh Edga r 报道 A lN薄膜折射率 : 非晶的折射 1 2x x depo sited on qua rtz a t 370 ? ( ) ( 率为 1. 8,1. 9 x < 0. 5 ;多晶的折射率为 1. 9,2. 1 x ) ( ) ? 0. 5 ,单晶的折射率为 2. 1,2. 2 x > 0. 5 。导致薄膜折射率偏低的原因可能是薄膜晶格存在畸变 、薄膜 [ 2 ] 中 N 的比例较低或者薄膜中存在铝氧杂质 。 ( ) CBD 和 G ID 衍射表明可在衬底温度大于 180 ?的多种衬底上沉积出具有沿 0002 面择优生长的薄膜 ,结晶薄膜中晶胞存在压缩 ;在纯氮气条件下制备的薄膜的结晶性最好 ,且本实验条件所制备的 A lN 薄膜可 能存在氮空位 。在形成 A lN 过程中 ,没有富余的 N 原子存在于靶表面以阻止反应的进行 ,且溅射过程中辉 光没有发生明显的变化 ,所以本实验没有出现文献 [ 21 ]中所述的靶中毒情况 。由紫外 2可见光透射谱计算的 (石英衬底上沉积的薄膜的膜厚为 d = 1053 ?1 nm , 370 ?的硅衬底上沉积的 A lN 薄膜的 SEM 横截面图 本文 )μ没有给出 显示的膜厚约为 1 m ,两者比较接近 。A lN 在硅衬底上的晶化温度为 180 ?,在石英衬底上的晶 化温度为 300 ?,虽然不同衬底对 A lN 的晶化温度和结晶性能有影响 ,但薄膜生长速率差异不大 。 λ表 2 透射谱的 、T、T和计算 n、d值 M m λ Ta b le 2 Va lue s of、T、Tfor the tran sm iss ion spec trum an d ca lcu la t ion of n an d d M m TTdd λ/ nm s n m Mm12 867 0. 972 0. 841 1. 453371 1. 851 4. 5 1054 775 0. 967 0. 84 1. 453371 1. 844 5. 0 1051 700 0. 957 0. 838 1. 45517 1. 830 5. 5 1052 1044 638 0. 944 0. 832 1. 4564 1. 820 1057 6. 0 1052 588 0. 934 0. 826 1. 45845 1. 816 1053 6. 5 1052 543 0. 918 0. 818 1. 46013 1. 804 1063 7. 0 1053 509 0. 904 0. 805 1. 46318 1. 813 1059 7. 5 1053 474 0. 884 0. 793 1. 46318 1. 800 8. 0 1053 1053 450 0. 864 0. 774 1. 46318 1. 810 1086 8. 5 1056 δδ d= 1059 ,= 9; d= 1053 , = 1 1 1 2 2 4 结论 采用射频磁控反应溅射 A l靶在不同衬底温度 、不同氮气比率 、不同溅射气压和多种衬底上制备 A lN 薄 膜 。可在温度大于 180 ?的多种衬底上沉积具有 c2轴择优取向的 A lN 薄膜 ,增加衬底温度有利于薄膜结晶 ( )性的改善 。 1. 5 Pa的纯氮气气氛和 Si 100 衬底是本实验的最佳择优参数 。不同衬底对薄膜的晶化温度和 结晶性能有影响 ,而对薄膜的生长速率影响较小 。在衬底温度为 370 ?石英上沉积的薄膜的光学能隙宽度 ( )约为 6. 1 eV ,薄膜膜厚 d = 1053 ?1 nm。在不同温度的 Si 100 衬底上沉积的薄膜为纳米薄膜 ,颗粒粒径在 22,62 nm ,薄膜表面粗糙度在 2. 2,13. 2 nm。 39卷第 196 人 工 晶 体 学 报 参 考 文 献 ( ) 武红磊 ,郑瑞生 ,孟 姝. 用于晶体生长的氮化铝保温材料的研究 [ J ]. 人工晶体学报 , 2009 , 38 3 : 761 2766. 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