利用ZnO缓冲层制备AlN薄膜

采用脉冲激光淀积 (PL D)技术 ,利用 Zn O作为缓冲层 ,在 Si(10 0 )衬底上生长出 Al N薄膜。X-射线衍射图谱表明 ,该 Al N薄膜具有 c轴取向特性。X-光电子能谱测试表明 ,要获得接近理想化学配比的 Al N薄膜 ,需要高真空淀积气氛或合适的 N2 气氛 ;同时还表明 ,Al N薄膜表面容易形成保护性氧化层。剖面透射电子显微镜显微照相显示该 Al N/ Zn O/ Si(10 0 )多层结构清晰可辨 ,层与层之间的界面非常平整。原子力显微镜分析表明 ,采用 Zn O缓冲层可改善 Al N薄膜的表面粗糙度 (RMS=1nm)     

磁控溅射不同厚度铝薄膜的微结构及其表面形貌

用直流磁控溅射法在室温的Si(100)基底上制备了21～55 nm范围内不同厚度的铝膜,并用X射线衍射和扫描电镜对薄膜的结构和表面形貌进行了表征.分析结果表明:制备的铝薄膜呈多晶状态,晶粒择优取向为(111),随着膜厚的增加,Al(100)衍射峰宽变窄,薄膜的平均晶粒尺寸逐渐增大,晶面间距逐渐减小,薄膜中的残余应力减小.膜厚为55 nm时,Al膜均匀致密.     

衬底温度对反应磁控溅射制备AlN压电薄膜的影响

采用反应磁控溅射法在Si(111)衬底上沉积了AlN薄膜。XRD分析表明,在5种温度下,AlN均以(100)面取向,衬底温度的提高有利于薄膜结晶性的改善,在600℃以上时AlN中Al—N0键断裂,仅出现(100)衍射峰。AFM分析显示,在600℃时平均晶粒尺寸90nm,Z轴最高突起仅为23nm。     

Si(111)和Si(100)衬底上磁控反应溅射制备AlN薄膜

采用射频磁控反应溅射法在Si(111)和Si(100)两种衬底上制备了AlN薄膜,用X射线衍射(XRD)对AlN薄膜进行了表征,研究了衬底Si(111)、Si(100)取向以及N2百分比对AlN(002)薄膜c-轴择优取向的影响。实验结果表明,Si(100)较适合生长c-轴择优取向AlN薄膜,而且N2百分比为40%时,AlN薄膜的c-轴取向最好,具有尖锐的XRD峰,此时对应于AlN(002)晶向。计算了(002)取向AlN和两种Si衬底的失配度,Si(111)面与AlN(002)面可归结为正三角形晶系之间的匹配,失配度为23.5%;而Si(100)面与AlN(002)面可归结为正方形晶系与正三角形晶系之间的匹配,失配度为0.8%,可以认为完全共格。理论分析和实验结果相符。     

硅基氮化铝薄膜的AFM和XPS分析

在Si(111)基底上利用直流磁控溅射系统沉积氮化铝(AlN)薄膜,X-射线衍射分析薄膜结构和取向,原子力显微镜分析薄膜表面形貌,X-射线光电子能谱分析薄膜的元素化学价态和组分。结果表明,生长的AlN薄膜具有良好的(100)择优取向,其半峰宽为0.3°。薄膜表面粗糙度为0.23 nm,表面均方根粗糙度为0.30 nm,z轴方向最高突起约3.25 nm。薄膜表面组分为Al、N、O、C元素,其中C、O主要以物理吸附方式存在于薄膜表面,而Al、N元素的存在方式主要是Al—N化合物,深度剥蚀分析表明获得的AlN薄膜接近其化学计量比。     

热原子层沉积技术制备TiAlCN薄膜的特性

在Si和SiO2基底上,采用热原子层沉积技术,以四(二甲基氨基)钛(Ti(N (CH3)2)4)和三甲基铝(Al (CH3)3)为前驱体,制备TiAlCN薄膜.测试结果表明,随着基底温度的升高,膜层的沉积速率升高,电阻率降低,光学带隙由3.45 eV降低到2.00 eV,并在基底温度为300和350℃时出现了双吸收边;基底温度为350℃时,Al (CH3)3分解,使Al进入膜层与TiN和TiC形成TiAlN和TiAlC;膜层中TiN和TiC的形成,可以有效抑制膜层的自然氧化;基底温度为250和300℃时,薄膜为无定型结构,当基底温度为350℃时,有TiN晶体产生;膜层的表面粗糙度随着基底温度的升高先降低后升高,表面粗糙度的升高可能是因为在基底温度为350℃时前驱体材料的分解,使C-H键进入膜层所导致的.     

铝插入层对硅基AlN外延特性的影响

采用等离子体辅助分子束外延(PA-MBE)研究了Al金属插入层对Si(111)衬底上AlN薄膜材料生长的影响。结果证明,Al插入层可改善AlN外延层的晶体质量,而且引入Al预扩散机制可消除外延表面的孔隙。同时,采用AlN插入层预扩散有利于获得Al极性的AlN,否则倾向于获得N极性的AlN。     

在Si(111)上脉冲ArF准分子激光淀积晶态定向α-SiC薄膜

报道用脉冲ArF激光烧蚀SiC陶瓷靶,在800℃Si(111)衬底上淀积SiC薄膜,再经920℃真空(10-3Pa)退火处理,制备出晶态α-SiC薄膜.用FTIR、XPS、SEM、XRD、TEM、PL谱等分析方法,研究了薄膜的表面形态、晶体结构、微结构、组成、化学态和光致发光等.结果表明,在920℃较低温度下,SiC薄膜经非晶核化--长大过程,生成了晶态α-SiC(0001)∥Si(111)高度定向外延膜,薄膜内C/Si比约为1.01.表面有污染C及少量氧化态Si和C.室温下用280nm光激发薄膜,在341nm处有较强发光峰,半峰宽45nm,显示出较好的短波发光性质.     

CeO_2高K栅介质薄膜的制备工艺及其电学性质

研究了 Ce O2 作为高 K (高介电常数 )栅介质薄膜的制备工艺 ,深入分析了衬底温度、淀积速率、氧分压等工艺条件和利用 N离子轰击氮化 Si衬底表面工艺对 Ce O2 薄膜的生长及其与 Si界面结构特征的影响 ,利用脉冲激光淀积方法在 Si(10 0 )衬底生长了具有 (10 0 )和 (111)取向的 Ce O2 外延薄膜 ;研究了 N离子轰击氮化 Si衬底表面处理工艺对 Pt/ Ce O2 / Si结构电学性质的影响 .研究结果显示 ,利用 N离子轰击氮化 Si表面 /界面工艺不仅影响 Ce O2 薄膜的生长结构 ,还可以改善 Ce O2 与 Si界面的电学性质     

AlN薄膜室温直接键合技术

采用离子束增强沉积技术在 10 0 mm硅片上制备大面积均匀 Al N薄膜 ,原子力显微镜 (AFM)显示其表面平整光滑 ,均方根粗糙度 (RMS)为 0 .13nm ,满足直接键合的需要 .同时 ,采用智能剥离技术成功实现了室温下 Al N与注氢硅片的直接键合 ,形成了以 Al N薄膜为埋层的 SOI结构 ,即 Al N上的硅结构 (SOAN) .用扩展电阻、卢瑟福背散射 -沟道、剖面透射电镜等技术分析了所形成的 SOAN结构.     

Cathodoluminescence study of micro-crack-induced stress relief for AlN films on Si(111)

Spatially, spectrally, and depth-resolved cathodoluminescence (CL) measurements were performed for high-quality thin AlN films grown on Si(111). Cl spectra exhibited a sharp peak at 5.960 eV, corresponding to the near-band-edge excitonic emission of AlN. Depth-resolved CL analysis showed that deep level oxygen and carbon impurities are localized primarily at the AlN/Si interface and AlN outer surface. Monochromatic CL imaging of the near-band-edge emission exhibits a spotty pattern, which corresponds to high concentrations of threading dislocations and thermally induced microcracks in the thin layers. We have examined relief of the thermal stress in close proximity to single microcracks and intersecting microcracks. Local CL spectra acquired with a focused e-beam show blue-shifts as large as ∼82 meV in the AlN near-band edge excitonic peaks, reflecting defect-induced reductions in the biaxial thermal stress, which has a maximum value of ∼47 kbar.     

溅射功率对AlN薄膜结构形貌的影响

采用直流反应磁控溅射法在Si(111)基片上制备了AlN薄膜,利用X线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)对不同溅射功率下制备的AlN薄膜的结构及形貌进行了分析表征。结果表明:在一定范围内,随着溅射功率的增大,薄膜厚度增加,晶粒逐渐长大,表面粗糙度也随之增大;AlN(002)择优取向改善明显,120W时达到最佳。     

Photolytic deposition of aluminum nitride and oxy-nitride films at temperatures ≤ 350k

Aluminum nitride and oxy-nitride thin films have been deposited on Si(100) substrates at temperatures of 300-350K by gas-phase excimer laser photolysis at 193 nm. The precursors used for this deposition process are trimethylamine alane and ammonia. The properties of these laser-deposited films were studied using scanning electron microscopy, energy dispersive x-ray analysis, and x-ray diffraction. X-ray photoelectron spectroscopy has been extensively used to provide information regarding the chemical compositions on the surface and in the bulk of these laser deposited films, as well as on the chemical states of the components of the films. Well-adhering, smooth, amorphous films of AlN are obtained at a substrate temperature of 350K using this technique.     

反应淀积氮化铝薄膜及其性质的研究

实验使用脉冲激光熔蚀金属铝靶,使溅射的物质粒子和真空室中的氮气反应以淀积氮化铝（ＡｌＮ）薄膜,淀积时引入氮气直流放电以促使Ａｌ和Ｎ发生完全反应制备高质量符合化学计量比的ＡｌＮ薄膜。讨论了脉冲能量密度、基底温度、气体放电对所沉积薄膜组织结构的影响。实验结果表明,当ＤＥ＝１．０Ｊ·ｃｍ－２,ＰＮ２＝１３．３３３ｋＰａ,Ｔｓｕｂ＝２００℃,Ｖ＝６５０Ｖ,ｆ＝５Ｈｚ,ｄＳ－Ｔ＝４ｃｍ时,高质量的ＡｌＮ薄膜被成功地沉积于Ｓｉ（１００）基片上。分析表明薄膜是具有高取向性的ＡｌＮ（１００）多晶膜,薄膜的能带间隙约为６．２ｅＶ,其电阻率和击穿电场分别为２×１０１３Ω·ｃｍ和３×１０６Ｖ·ｃｍ－１。     

金刚石基底上制备(002)AlN薄膜的研究

首先采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)方法,在O2/H2/CH4混合气体气氛下利用大功率微波在(100)Si片上生长出了异质外延金刚石膜,X-射线衍射(XRD)、拉曼光谱和场发射扫描电子显微镜(FESEM)对薄膜的表征分析结果表明,制备的金刚石膜具有很高的金刚石相纯度,且晶粒排列紧密;继而采用射频磁控反应溅射法,在抛光的金刚石基底上成功制备了高C轴择优取向的氮化铝(AlN)薄膜,研究了不同的溅射气压、靶基距对AlN薄膜制备的影响,XRD检测结果表明,溅射气压低,靶基距短,有利于AlN(002)面择优取向,相反则更有利于AlN薄膜的(103)面和(102)面择优取向;研究了AlN薄膜在以N终止的金刚石基底和纯净金刚石基底两种表面状态上的生长机制,结果发现,以N终止的金刚石基底非常有利于AlN(002)面择优取向生长;从Al-N化学键的形成以及溅射粒子平均自由程的角度,探讨了其对AlN薄膜择优取向的影响。     

Epitaxial growth of zinc-blende AIN on Si(100) substrates by plasma source molecular beam epitaxy

Epitaxial zinc-blende AlN films were deposited on Si(100) substrates by plasma source molecular beam epitaxy (PSMBE). The lattice parameter of the zinc-blende AlN was determined to be 4.373Å. The epitaxial relationship between film and substrate was (100)AlN‖(100)Si and [011]AlN‖[011]Si. The zinc-blende AlN films were formed using a hollow cathode source with a pulse d.c. power supply in the PSMBE system. The high energy and large density of the Al⁺ and N⁺ species emerging from the hollow cathode and the presence of a substrate surface with cubic symmetry are probably the main factors for the formation of the metastable zinc-blende phase of AlN.     

氮气流量对磁控溅射AlN薄膜光学性能的影响

AlN薄膜因其具有优异的物理化学性能而有着广阔的应用前景,采用反应磁控溅射法在低温条件下制备AlN薄膜是近些年科研工作的热点.采用直流磁控溅射法,于室温下通入不同流量的氮气在p型硅(100)和载玻片衬底上沉积了AlN薄膜.利用傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和分光光度计等分析薄膜的组分、结构、形貌和光学性能.结果表明随着氮气流量的增加,AIN薄膜质量变好,N2流量为8 cma/min时制备的AlN薄膜为六方纤锌矿结构,在680 cm-1处具有明显的FTIR吸收峰,进一步说明成功制备了AlN薄膜.在300～ 900 nm的波长范围内,薄膜透过率最高可达94％;薄膜带隙随着氮气流量的增加而增大,最大带隙约为4.04 eV.     

BST薄膜的残余应力分析

采用射频磁控溅射在Pt/Ti/SiO2/Si(100)衬底上制备了钛酸锶钡(BST)薄膜,利用气氛炉对薄膜进行晶化处理,晶化后薄膜的应力采用XRD表征。研究其残余应力随晶化温度变化的趋势。结果表明:在550,650,700℃晶化后的BST薄膜宏观残余应力表现为压应力,且随着晶化温度的升高,呈线性变大。