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立方氮化硼薄膜的射频溅射制备和半导体特性研究

李茂登  
【摘要】: 立方氮化硼(cBN)是一种人工合成的宽带隙Ⅲ-Ⅳ族化合物半导体材料,它有许多优异的物理化学性质,在力学、热学、光学、电子学等方面有着非常诱人的应用前景,多年来一直吸引着国内外众多研究者的兴趣。立方氮化硼半导体特性的研究对其在电子学方面的应用有重要意义。本文主要研究工艺参数对制备立方氮化硼的影响,氮化硼的n型掺杂和p-Si/n-BN异质结特性等内容,得到了如下主要结果。 1 系统地研究了工艺参数对制备立方氮化硼薄膜的影响。 用射频溅射法在Si衬底上制备立方氮化硼,靶材为hBN,。工作气体为氩气。工艺参数有射频功率、衬底负偏压、衬底温度和工作气压等。系统地研究了工艺参数对立方氮化硼的影响,实验表明立方氮化硼只在很窄的窗口产生。衬底负偏压对立方氮化硼的成核和生长有十分重要的影响,存在偏压阈值,低于该值不能产生立方氮化硼。不同的沉积窗口偏压阈值不同,在我们的实验条件下,该阈值为125V。对于工作气压,同样存在气压阈值,高于该阈值不能产生立方氮化硼,我们的气压阈值为0.8Pa。首次发现衬底对沉积立方氮化硼有重要影响。 2 首次用射频溅射法与气相掺杂法相结合制备n型氮化硼薄膜。 掺S后的氮化硼薄膜表现出n型导电,未掺杂的氮化硼薄膜的电阻率1.8×1011Ωcm,掺杂后的氮化硼薄膜的电阻率为7.3×107Ωcm。研究了工艺参数对薄膜电阻率的影响,实验表明硫源加热温度和衬底温度对氮化硼薄膜的电阻率有明显影响,直流负偏压对薄膜的电阻率并没有明显影响,XPS光电子能谱表明直流负偏压对薄膜中的硫含量有一定影响。 3 系统研究了p-Si/n-BN异质结的半导体特性。 首次研究了p-Si/n-BN异质结的能带结构并给出了能带图。研究了p-Si/n-BN异质结的Ⅰ-Ⅴ特性,测试表明异质结具有明显的整流特性,反向饱和电流3.7 X 10“’A,击穿电压高达 30V导通电压为 14V,应用 p七 EN异质结能带图对其 卜V特性做出了定性解释。研究了、pa外*N异质结的CV特性,计算得出氮 化硼薄膜的施主浓度为二.75 X 10’‘Ctri’。


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