用反应溅射法制备AlN薄膜及其特性表征

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A1N优异的物理化学性能使得A1N薄膜在压电、光电子及声表面波等领域有着广阔的应用前景,因而受到人们广泛的关注和研究。本文使用超高真空磁控溅射设备,应用反应磁控溅射法在Si(100)、Si(111)和石英衬底上淀积A1N薄膜。采用XRD、SEM及AFM等现代分析测试技术对不同工艺条件制备的AIN薄膜进行结构和表面形貌的特性表征;采用椭圆偏振仪测试了A1N薄膜的折射率和厚度,由此掌握了不同工艺条件下磁控溅射A1N薄膜的淀积速率;结合石英衬底上A1N薄膜的紫外-可见-近红外透射谱的测试,得到了A1N薄膜光学带隙随工艺条件变化的规律。主要工作内容及其结论如下:   1.用反应溅射法在Si衬底和石英玻璃衬底上淀积的A1N薄膜,在100℃-400℃的温度范围为[002]方向择优生长的多晶;   2.在JGP280型超高真空直流磁控溅射设备上,用直径为60mm的高纯Al靶材制备A1N薄膜的优化工艺条件主要有:溅射时的工作气压为0.4Pa,靶间距为5cm,氮气氩气流量比为1:3,基片温度为400℃,溅射功率为60W;   3.对比Si(100)和Si(111)衬底,以及石英玻璃上淀积的A1N薄膜的XRD和SEM测试结果,发现淀积薄膜中的晶粒取向和结构与衬底关系不大;   4.用原子力显微镜(AFM)对A1N薄膜的粗糙度进行的研究表明:在抛光的Si基片上制备的A1N薄膜的最小粗糙度为1.86nm,满足作为缓冲层的要求;   5.利用椭圆偏振法测试了A1N薄膜的折射率,在优化的工艺条件下,薄膜在632.8nm波长处的折射率可以达到2.054,仅比A1N晶体的2.15低不到0.1,说明A1N薄膜的致密性较好;根据同时获得的厚度数据,算出薄膜的生长速率在优化的工艺条件下为11.48nm/min;   6.透过率测试表明,厚度为550nm的磁控溅射A1N薄膜在可见和近红外波段的透过率接近90%,吸收限在210nm附近。利用透过率数据和椭偏仪测试数据,用Tauc公式算得磁控溅射A1N薄膜的光学带隙为5.84eV,略低于A1N晶体的6.2eV。
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