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AlN于19世纪60年代被人们发现,可作为电子薄膜材料,并具有广泛的应用。目前,制备AlN薄膜主要方法是有化学气相沉积法,金属有机化合物化学气相沉积法和磁控反应溅射法,外延生长AlN材料。上述方法均面临一个问题,那就是AlN薄膜的生长要在高温下进行,容易导致膜层断裂,其结果是造成晶格结构缺陷的产生。
实验室利用传统的高真空蒸镀技术,结合产生高密度的等离子体源的ICP和电子束磁偏转技术,在室温条件下制备了AlN薄膜。
本文首先介绍了实验中所用到的离子束辅助电子枪蒸发沉积镀膜装置及原理。再对等离子体的密度诊断和行为特性进行了探讨,首先对等离子体密度参数计算绘图应用程序进行了开发与设计。利用蒙特卡罗方法在计算机上模拟了氩气射频感应偶合辉光放电过程中离子的扩散和迁移过程。在实验中对数值模拟进行了验证,实验与模拟符合得比较好。接着对反应室内的等离子体密度进行了测试及分析,得到如下结论:通过Langmuir单探针测量出了等离子体装置反应室内沿轴向的等离子体密度的变化,得到了反应室内等离子体的空间密度分布,靠近离子源源口中心位置的等离子密度高,远离中心位置的等离子体密度相应偏低,靠近离子源位置的里孔变化十分剧烈,而中孔、外孔离子密度变化缓和,因此这个区域适合于沉积高质量的薄膜,又讨论了偏压对等离子体密度的影响,加偏压的等离子体密度要比不加偏压的等离子体密度大上许多倍。
用X射线衍射和原子力显微镜对AlN薄膜进行分析。结果表明:AFM分析AlN薄膜的显微形貌可知,长时间,高温下制备的AlN薄膜粒径可达到250纳米左右,薄膜颗粒较为均匀,高度起伏很小,具有较好的表面平整度。退火处理有利于AlN薄膜晶态的形成,并且电子流束电流的大小对AlN薄膜的沉积有着至关重要的影响。电子束流大小达到在450mA时候能够形成比较完整的晶态。AlN薄膜在300℃温度氮气气氛下进行恒温退火3小时后测得的XRD在33.2°处出现了衍射峰,说明我们制备了具有(100)面择优取向的AlN薄膜。