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工艺参数对氮化硼薄膜结构相的影响

张德学

  六角氮化硼(h-BN)和立方氮化硼(c-BN)由于其优异的物理化学性质受到越来越多的重视,作为新型的人工合成功能材料,它们具有极其广泛的应用前景。本文采用微波电子回旋共振化学气相沉积(MW-ECR-CVD)、射频耦合等离子体增强化学气相沉积(PECVD)及射频磁控溅射技术制备出完全取向生长的h-BN薄膜。用FTIR、XRD、AFM、XPS等手段对沉积薄膜进行了表征,并利用FTIR的结果系统研究了沉积参数对h-BN薄膜取向生长的影响。结果表明,取向h-BN薄膜只有在合适的反应气体分压比下才能制备出来;首次发现温度对h-BN薄膜的取向生长具有决定性的作用:低温下,由于薄膜形核后其横向生长速度大于纵向生长速度,结果生长的h-BN薄膜c轴平行于衬底表面;高温下,临界核的纵向生长速度大于横向生长速度,结果生长的h-BN薄膜c轴垂直于衬底表面。同时发现,施加过高的衬底负偏压会破坏沉积薄膜的长程有序性而导致随机取向生长。进一步采用热丝辅助的微波电子回旋共振化学气相沉积和射频磁控溅射技术制备出了立方相含量较高的BN薄膜,主要研究了射频功率和热丝电流对立方相形成的影响。结果发现,立方相只有在一定的射频功率下形成,并且热丝电流的大小对c-BN的形核与生长具有重要的影响。最后,我们对衬底负偏压增强的BN形核机制进行了初步的理论探讨。……