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MWECR CVD系统及BN薄膜生长与特性研究

张生俊  
【摘要】: 本论文介绍了我们对ECR等离子体CVD系统的测试、BN薄膜的制备和 薄膜光学特性研究。首先在统计大量文献的基础上,分析了BN薄膜的研究、 发展和趋势。总的研究趋势是波动上升的,但近年来cBN的研究呈现回落趋势。 另一方面,hBN薄膜的研究逐渐受到关注。我们还介绍了BN薄膜的特性、应 用和BN体系相关系的研究。文中重点研究了ECR等离子体的特性,并对我们 的系统进行了Langmuir探针和Faraday筒测试,研究了等离子体参数随气压、 微波功率、偏压、气体种类等的变化。系统沉积区的等离子体参数条件为电子 温度1-4eV,等离子体密度10~9-10~(11)cm~(-3),离子流强0.05-0.22J/mAcm~2。在此基 础上进行了BN薄膜的实验研究,并取得以下主要结果。 1 首次对hBN薄膜的取向生长进行了系统的研究,讨论了几种实验参数对 取向的影响,探讨了薄膜取向生长机制。 A)hBN在Si(100)表面的取向受hBN自身结晶习性和它与衬底间的晶格匹 配关系的控制,前者是受周期性键链(PBC)理论控制,后者与应力和应 变有一定关系。 B)沉积时间会影响薄膜的取向和生长速率。 C)偏压或离子轰击对取向有重要影响,低偏压有利于形成基面对衬底平行 的取向,而在高偏压下,薄膜表现为c轴平行衬底的取向。我们的实验结 果与其他的实验结果一致,并与结晶学理论吻合。 D)沉积气体对取向也有重要影响。大量H的存在不利于基面平行衬底的 取向的发生,但能够满足c轴平行衬底的条件(在一定偏压下)。一定量 的Ar有利于产生基面平行衬底的取向,这与其他沉积Al的实验一致。气 体对取向的影响可能与物理轰击作用和相变时的过饱和度均有关系。 E)高温有利于基面平行于衬底的取向,在高的生长温度下吸附于衬底表面 的沉积粒子能够迅速迁移到二维核的位置,并使粒子有足够能量调整位 置。高温下的薄膜生长更接近于单晶的生长条件,六角晶系晶体的结晶习 性是片状生长,表现为片状的单晶,这种习性受晶体自身结构特性的限制。 高温可能更有利于晶面竞争取向机制的发生。 张生仅 北京工业大学博士学位论文 摘要 2利用Raman偏振光谱研究了薄膜的性质,对基面非平行衬底的取向, Raman谱随偏振条件的不同而变化。测试了紫外.可见光谱,并获得BN $膜的 能带值在 3.5-5石 eV之间,并随工艺有变化。 3首次利用热丝辅助 ECR CVD系统制备了 hBN七BN混合薄膜。在CVD CBN生长中化学过程起了主要作用,而离子的辅助轰击也必不可少,热丝可能 起到激活气体的作用,但大量的H。不利于CBN的形成。


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