A1N薄膜的气相沉积及取向控制研究

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由于AlN晶体的各向异性,因此一般相信(100)取向比(002)取向的AlN薄膜更有利于声表面波传播。然而,许多研究者认为(100)取向的AlN薄膜较难得到。AlN薄膜的取向生长机制也不太清楚。在制备AlN薄膜的基础上,研究其形貌和光电性能对薄膜的应用具有重要意义。在本文研究中,采用射频磁控溅射的方法并通过工作气压、靶基距、溅射功率和衬底温度的细致调整,制备出从(002)取向过渡到(100)取向的AlN薄膜。并用XRD、SEM、RBS、AFM和红外、紫外分光光度计等测试手段对沉积的薄膜进行了表征。 本文通过对各沉积参数如工作气压、靶基距、溅射功率、衬底温度和沉积时间的研究,得到AlN薄膜取向生长的一般规律,即在工作气压较高、靶基距较长、溅射功率较低、衬底温度较低、沉积时间较短的条件下,有利于AlN薄膜沿(100)取向生长;反之有利于AlN薄膜沿(002)取向生长。 进一步分析了沉积参数实验结果,本文初步提出了AlN薄膜的“倒S模型”取向生长机制,即Al原子的平均自由程与靶基距的比值较小时,有利于AlN薄膜沿(100)取向生长;反之有利于AlN薄膜沿(002)取向生长。 通过SEM和AFM观察发现两种取向的AlN薄膜表面形貌不同,(002)取向的AlN薄膜晶粒较大且均匀,而(100)取向的薄膜晶粒较细并由许多细小的晶粒组成一个大的晶粒团;观察AlN薄膜的SEM断面形貌,发现AlN/Si界面之间有一非晶层;通过紫外分光光度计测试发现AlN薄膜的光学带隙随厚度的增大而减小;通过RBS测试发现制备的AlN薄膜符合化学计量比。上述研究得到的结果对制备取向的AlN薄膜具有一定的指导意义。
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