寬禁帶半導(dǎo)體薄膜的制備與特性

《寬禁帶半導(dǎo)體薄膜的制備與特性》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。

1、吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要寬禁帶半導(dǎo)體薄膜的制備與特性作者殷紅導(dǎo)師趙永年教授!歸-吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要本論文工作主要是用射頻反應(yīng)磁控濺射方法制備二氧化欽、氮化鋁和氮化硼薄膜，在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程當(dāng)中進(jìn)行了儀器的改造，并研究了這三種半導(dǎo)體材料的性質(zhì)。二氧化欽、氮化鋁和氮化硼都屬于寬禁帶半導(dǎo)體.由于二氧化欽薄膜具有高折射率、高介電常數(shù)、寬的禁帶寬度(Eg=3.2eV)、半導(dǎo)體特性和高化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)異性能，因而它具有廣泛的光學(xué)和電子學(xué)的應(yīng)用，它在光催化、太陽(yáng)能電池等許多方面都有著重要的應(yīng)用。二氧化欽M02)主要有板欽礦(brookite)、金紅石(rutil

2、e)和銳欽礦(anatase)三種晶型，其中金紅石和銳欽礦Ti02應(yīng)用較為廣泛，本論文也主要是針對(duì)這兩種晶型進(jìn)行研究。氮化鋁(AIN)的禁帶寬度大(6.2eV)、密度高、熱導(dǎo)率大、熱膨脹系數(shù)小、體電阻大。它的硬度接近石英的硬度，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有良好的聲學(xué)性質(zhì)。因此，AIN薄膜是一種很有應(yīng)用前景的材料，可用做微電器件、光學(xué)器件，如集成電路的鈍化層和介電層，短波長(zhǎng)發(fā)射器件和表面波器件。AIN薄膜由于這些優(yōu)良的機(jī)械和電子性能而引起國(guó)際上廣泛研究。本論文主要是利用射頻磁控濺射方法研究鉛鋅礦AIN薄膜的沉積和制備基底一AIN復(fù)合材料來(lái)檢測(cè)其二極層厚度以內(nèi)

3、的性能。立方氮化硼(cBN)具有閃鋅礦結(jié)構(gòu)，其硬度僅次于金剛石。它的摩擦系數(shù)很小，而且化學(xué)穩(wěn)定性很好，適合于作刀具的特別是加工鐵基合金的刀具的涂層，這是因?yàn)樗幌蠼饎偸菢优c鐵有較強(qiáng)的親和力。另外，由于它具有很寬的禁帶寬度(Eg-6.4eV),高的熱導(dǎo)率(13Wcm"'K"')，既能摻雜成n型半導(dǎo)體，又能摻雜成P型半導(dǎo)體，所以在電子應(yīng)用方面很有前景。用它制成的發(fā)光二極管可發(fā)出波長(zhǎng)在紫外區(qū)的光(215nm,5.8eV).立方氮化硼(cBN)薄膜由于這些優(yōu)良的機(jī)械和電子性能而引起國(guó)際上廣泛研究。本論文的主要工作就是利用射頻磁控濺射方法分別制備這三種寬

4、禁帶半導(dǎo)體薄膜材料。其中，我們利用常規(guī)的射頻磁控濺射方法制備吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文了TiO:和AIN薄膜，而。BN薄膜則是采用改進(jìn)的磁控濺射方法來(lái)制備的。下面，將分別介紹三種寬禁帶半導(dǎo)體的研究情況。首先制備了Ti02薄膜，用Raman光譜研究了二極層厚度以內(nèi)及附近不同厚度薄膜相結(jié)構(gòu)的變化，發(fā)現(xiàn):(1)薄膜的Raman吸收峰與體材料的吸收峰有一定的偏移，這是納米尺寸效應(yīng)的作用;(2)在工作氣壓為1Pa時(shí)，相結(jié)構(gòu)為金紅石結(jié)構(gòu)，隨著薄膜厚度的增加，樣品的相結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生變化;但在2Pa時(shí)，Ti氏在NiMnC。和Si基底上均隨著厚度的增加從金紅石相變化到銳欽

5、礦相。然后，我們研究了在二極層厚度以內(nèi)Ti02薄膜的電學(xué)性質(zhì)。發(fā)現(xiàn)了:(1)NiMnC。基底上的二氧化欽薄膜隨著厚度的變化發(fā)生了一個(gè)從良導(dǎo)體到半導(dǎo)體到絕緣體的轉(zhuǎn)變，到達(dá)二極層厚度以外，薄膜就變成了絕緣體。(2)而在高摻雜Si基底上時(shí)，二氧化欽薄膜隨著厚度的變化經(jīng)歷了由半導(dǎo)體到絕緣體的轉(zhuǎn)變。最后，我們研究了納米Ti02薄膜的吸收光譜，發(fā)現(xiàn)了二極層厚度以內(nèi)的Ti02的吸收由紫外區(qū)轉(zhuǎn)移到了可見(jiàn)區(qū)，這是由功函數(shù)差造成的界面電子轉(zhuǎn)移引起的，這一特性可能在新型太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)中具有重要意義。用磁控濺射設(shè)備制備了AIN薄膜。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在濺射氣壓為1Pa，氮

6、氣含量20%,濺射功率為80W時(shí)，AIN薄膜生長(zhǎng)均勻、緩慢，各個(gè)沉積參數(shù)才能得到準(zhǔn)確控制。通過(guò)分析，AIN薄膜里晶粒的取向?yàn)?100)和(110)。制備TNiMnCo-AIN.AI-AIN,輕摻雜Si(100)-AIN、重?fù)诫sSi(100)-AIN復(fù)合材料。電學(xué)性質(zhì)表明:(1)NiMnCo-AIN和AI-AIN復(fù)合材料薄膜表面的性質(zhì)經(jīng)歷一個(gè)由導(dǎo)體向半導(dǎo)體向絕緣體的轉(zhuǎn)變;而NiMnCo-AIN的二極層厚度要比Al-AIN的二極層厚度小;(2)對(duì)于輕摻雜Si(100)-AIN和重?fù)诫sSi(100)-AIN來(lái)說(shuō)，它們的薄膜經(jīng)歷一個(gè)由半導(dǎo)體向絕緣體的轉(zhuǎn)變

7、過(guò)程;而輕摻雜Si(100)-AIN要比重?fù)诫sSi(100)-AIN的二極層厚度要小。最后，通過(guò)FTIR來(lái)研究c-BN薄膜的內(nèi)應(yīng)力，并且通過(guò)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備來(lái)降低c-BN薄膜的內(nèi)應(yīng)力。紅外光譜表明，基底負(fù)偏壓越高，內(nèi)應(yīng)力越高，紅外吸收峰位就越高。在傳統(tǒng)的磁控濺射設(shè)備上制備了c-BN薄膜。其紅外吸收峰位是1032cm'l，比文獻(xiàn)通常報(bào)道的吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文1050-1100cm-’要低大約20cm'l，這說(shuō)明了傳統(tǒng)設(shè)備制備的c-BN薄膜內(nèi)應(yīng)力比較低。利用正偏壓制備的薄膜樣品表明，其紅外吸收峰位為1004.7cm"，十分接近無(wú)應(yīng)力狀態(tài)下的理論計(jì)算值10

8、04cm"1，說(shuō)明c-BN薄膜內(nèi)的應(yīng)力己經(jīng)十分的低，接近于無(wú)應(yīng)力狀態(tài)。但是，在c-BN薄膜與基底之間存在一個(gè)由h-BN,w-BN和E-B