收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

反应磁控溅射制备AlN薄膜及其发光性能研究

佟洪波  
【摘要】: 氮化铝(AlN)薄膜优异的物理化学性能使得它在电子、光电子、声表面波等领域有着广阔的应用前景,因而受到了人们的广泛关注。本论文的目标是应用反应磁控溅射法制备AlN薄膜,从实验和理论上分析溅射AlN薄膜过程的特点,以及制备条件对其性能的影响,并且还研究了掺杂铜(Cu)或锰(Mn)AlN薄膜的光致发光性能。 AlN薄膜的性能在很大程度上是由制备条件控制的,例如放电电流、氮气分压、靶基距、总气压等实验参数会对薄膜性能产生很大的影响,并且这些参数经常是相互关联的,对于该物理化学过程的理解目前还是不充分的。另外,大部分制备的多晶AlN薄膜都是在高温下实现的,这样在大多数情况下与现代半导体技术是不相称的。因此,低温制备非晶AlN薄膜成为一种比较合理的选择。本文采用反应磁控溅射方法在玻璃衬底上制备了AlN薄膜。利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、能量射散X射线分析(EDX)等分析方法对AlN薄膜进行了表征。结果表明制备的薄膜主要成分为Al和N元素,薄膜表面光滑平整,XRD衍射没有衍射峰出现,为非晶结构。应用分光光度计测得了不同实验条件下的透射光谱。根据透射光谱计算得到折射率、消光系数等光学常数,并计算出薄膜厚度,系统地研究实验条件对AlN薄膜光学性能的影响。结果表明,氮浓度和靶电流对薄膜光学性能影响显著,并且这两个参数都存在一最佳值,使薄膜光学性能最好。工作气压对光学性能的影响次之,随着工作气压升高,薄膜的光学性能变差。 反应气体流量和薄膜组成、放电电压、沉积速率等之间的关系曲线会出现迟滞现象。迟滞是反应溅射的一个经典问题,它的出现使过程不稳定并且降低了沉积速率。为了能够预测反应溅射AlN过程,优化制备条件,本文在经典的Berg模型基础上,考虑过程的放电特性,包含了二次电子发射系数的变化,建立了一修正模型,模型包括了原模型所没有的电压参数。该模型的计算结果与实测值相符。利用该模型系统研究了溅射参数对过程的影响,并利用该模型探讨怎样消除迟滞现象。 为了对该过程有更深入的理解,本文还建立了反应溅射AlN的动态模型,来研究外部参数变化时溅射过程随时间的变化特性。由于AlN的电阻率很高,反应溅射时靶材表面生成的AlN层会造成电荷积累而最终导致弧光出现。弧光会严重影响薄膜的质量,使用中频脉冲电源能有效的解决弧光问题。利用该动态模型可以精确的模拟使用中频电源时制备AlN的动态特性,找到消除弧光的最佳工艺条件。 硫化物或者包含硫离子的硫酸盐是当前主要的薄膜电致发光(TFEL)的发光体。但是,’由于它们存在化学不稳定以及对潮湿敏感等内在的缺点给器件制作带来了很大的困难,并且硫基TFEL器件在大气中工作时会出现在很短时间内性能下降的情况,所以近年来一直在探索和研究其他的基质材料。AlN薄膜的禁带宽度为6.2eV,使它在薄膜光发射器件方面具有很大的应用前景。因此,目前已经研究了多种掺杂稀土和过渡金属的AlN薄膜的发光性质。大部分方法是在600℃高温下来实现多晶AlN薄膜制备或者经过约1000℃的退火处理。而发光薄膜器件的衬底一般为玻璃,玻璃的软化温度为600℃,因此低温制备AlN发光薄膜是该薄膜能否用于平板显示的一个关键问题。本文采用反应磁控溅射共溅射法制备了掺杂金属Mn和Cu的AlN薄膜。制备的薄膜经XRD检测表明为非晶结构。制备的薄膜在325nm激光激发下得到其光致发光光谱。AlN:Mn薄膜的发光是以650nm为中心的窄带发射(半高全宽FWHM-20nm)。理论分析表明AlN:Mn薄膜的桔红色发光现象是Mn中心在AlN中的光谱特征。AlN:Cu薄膜的发光是以430nm为中心的宽带发射。Cu+离子的电子结构为3d10,其发光可能是3d94s→3d10跃迁而产生的。结果表明,掺杂Cu、Mn的AlN薄膜是有可能用来制作TFEL器件发光层的。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 马大衍,马胜利,徐可为,S.Veprek;反应磁控溅射制备Ti-Si-N薄膜的摩擦磨损性能[J];中国有色金属学报;2004年08期
2 胡云慧,彭传才,黄广连;反应磁控溅射沉积ITO膜工艺稳定性的研究[J];真空;1999年02期
3 江美福,宁兆元;氟化类金刚石薄膜的拉曼和红外光谱结构研究[J];物理学报;2004年05期
4 黄金昭;徐征;李海玲;亢国虎;王文静;;氧化铁镍薄膜的制备与表征[J];光电子.激光;2007年04期
5 谭永胜;龚恒翔;方泽波;;反应磁控溅射法制备TiO_2薄膜[J];绍兴文理学院学报(自然科学版);2007年02期
6 李静;王智勇;何山;望咏林;武建华;陈洁;温培刚;;柔性基底AZO薄膜制备及其红外发射率身性能研究[J];材料工程;2009年S1期
7 应春,沈杰,陈华仙,杨锡良,章壮健;ZnO∶Al透明导电薄膜的研制[J];真空科学与技术学报;1998年02期
8 陈庆连,陈长琦,王君,方应翠,王旭迪;DC反应磁控溅射制备VO_2薄膜及XPS分析[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2005年10期
9 朱昌;朱春燕;;磁控反应溅射沉积AlN薄膜的制备工艺[J];西安工业大学学报;2008年01期
10 朱家俊;周灵平;刘新胜;彭坤;李德意;李绍禄;;双靶反应磁控溅射共沉积AlN薄膜粘结性能研究[J];人工晶体学报;2010年01期
11 郑舒颖,陈少扬;磁控溅射工艺控制模式比较[J];光学仪器;2001年Z1期
12 赵韦人,李鸣楚,伍锦添,於元炯;反应磁控溅射制备的Cr-N薄膜的成相行为[J];金属功能材料;2004年04期
13 杨建军;何欣;王燕斌;杨会生;;磁控溅射沉积氮化铝薄膜中等离子体光谱研究[J];西安工业学院学报;2005年06期
14 王君安;王浩;薛双喜;曹歆;杨辅军;汪汉斌;高云;黄忠兵;;反应磁控溅射制备超亲水性SiO_2/TiO_2多层膜的研究[J];真空科学与技术学报;2006年02期
15 刘星;马国佳;孙刚;段玉平;刘顺华;;不同工艺对TaN薄膜摩擦磨损性能影响研究[J];稀有金属材料与工程;2010年S1期
16 张永熙,沈杰,杨锡良,陈华仙,陆明,严学俭,章壮健;沉积速率及相关工艺条件对直流反应磁控溅射制备TiO_2薄膜性质的影响[J];真空科学与技术学报;2000年01期
17 黄常刚;何智兵;王朝阳;唐永建;;反应磁控溅射制备高阈值激光反射膜的研究进展[J];材料导报;2006年S2期
18 梁俊华;郭冰;刘旭;;利用同质缓冲层溅射生长c轴择优取向氮化铝薄膜[J];浙江大学学报(工学版);2007年09期
19 田俊红;;磁控溅射制备CrN_x薄膜及其结构和性能研究[J];真空与低温;2007年03期
20 陈崧哲,张彭义,祝万鹏,庄大明;反应磁控溅射法制备的氮掺杂TiO_2光催化膜的氮化学态和光催化活性(英文)[J];催化学报;2004年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 方应翠;吴臣国;朱武;陈长琦;;反应磁控溅射法沉积用于制备纳米晶硅镶嵌于SiO_2结构的SiO_x(x<2)薄膜可行性研究[A];中国真空学会2008年学术年会论文摘要集[C];2008年
2 李卓昕;王丹妮;秦秀波;王宝义;魏龙;薛德胜;;退火对多孔硅材料发光性能的影响[A];第十届全国正电子湮没谱学会议论文集[C];2009年
3 李未;王岩国;韩培德;张泽;;InGaN薄膜生长缺陷对发光性能的影响[A];2000年材料科学与工程新进展(上)——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年
4 闫宏;赵福庭;;光学薄膜领域反应磁控溅射技术的进展[A];2004年光学仪器研讨会论文集[C];2004年
5 于江波;张洪杰;;钐配合物的合成及其可见与近红外区发光性能的研究[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(下册)[C];2006年
6 杨雪峰;宁桂玲;仝慧娟;林源;;溶胶凝胶法制备γ-LiAlO_2:Eu~(3+)磷光体及其发光性能的研究[A];2006年全国功能材料学术年会专辑[C];2006年
7 程峰;王宝义;王天民;魏龙;;Ce~(3+)和Tb~(3+)掺杂重金属硼硅酸盐玻璃的发光性能[A];《硅酸盐学报》创刊50周年暨中国硅酸盐学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年
8 刘振;焦桓;荆西平;;LiF对YAG:Ce~(3+)荧光粉结晶及发光性能的影响[A];第11届全国发光学学术会议论文摘要集[C];2007年
9 李广社;苏毅国;李莉萍;;CaWO_4纳米晶的可控合成,结构和发光性能[A];第11届全国发光学学术会议论文摘要集[C];2007年
10 陈达一;华小辉;李维红;徐怡庄;吴瑾光;;Mg-Al-CMP-LDH的光谱和发光性能[A];第十五届全国分子光谱学术报告会论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 佟洪波;反应磁控溅射制备AlN薄膜及其发光性能研究[D];东北大学;2008年
2 王贺权;太阳电池减反射薄膜的研究[D];东北大学;2005年
3 江美福;反应磁控溅射法制备的氟化类金刚石薄膜的结构和性能研究[D];苏州大学;2005年
4 贺明睿;稀土掺杂六铝酸盐发光材料的制备及发光性能的研究[D];东北大学;2009年
5 曹发斌;稀土掺杂红色荧光材料的制备及发光性能研究[D];东北大学;2010年
6 刘志文;反应磁控溅射ZnO薄膜在Si基片上的生长行为[D];大连理工大学;2006年
7 朱红兵;双旋转靶共溅法制备和研究掺铝氧化锌薄膜及其在硅薄膜太阳能电池中的应用[D];华东师范大学;2010年
8 范瑞清;吡啶二亚胺金属配合物的合成、表征及发光性能的研究[D];吉林大学;2004年
9 谢安;白光LED用钼酸盐红色荧光粉的制备及发光性能研究[D];中国地质大学;2010年
10 庞晓露;氧化铬薄膜的生长机理及力学性能表征[D];北京科技大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李春领;反应磁控溅射法制备玻璃基TiO_2/TiN/TiO_2多层薄膜的研究[D];武汉理工大学;2004年
2 肖翀;硫化物量子点的水相合成与发光性能研究[D];中南大学;2009年
3 李伟;稀土有机配合物掺杂凝胶薄膜的制备及其发光性能研究[D];浙江大学;2005年
4 武祥;等离子体用绿色荧光粉的制备及发光性能的研究[D];沈阳工业大学;2005年
5 付长城;溶胶—凝胶法制备稀土配合物/SiO_2发光材料的研究[D];中南大学;2005年
6 邱冬;长余辉发光材料的制备与性能研究[D];合肥工业大学;2009年
7 林娜娜;稀土/桥联聚倍半硅氧烷的制备及其发光性能研究[D];河北工业大学;2009年
8 潘政薇;白光LED用硅酸盐基稀土荧光粉的制备及发光性能研究[D];南京航空航天大学;2010年
9 张晓宁;有机共轭羧酸基配合材料的表证及其发光性能[D];延安大学;2010年
10 赵斌;镓配合物与甲基丙烯酸甲酯或苯乙烯共聚物的制备及发光性能研究[D];湘潭大学;2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 于柏林 记者 李泳沩;稀土发光材料制备新方法问世[N];吉林日报;2009年
2 杜阳;有机电致发光技术[N];光明日报;2001年
3 清华大学化学系 邱勇;有机电致发光技术方兴未艾[N];中国电子报;2000年
4 蒋长国 童湛 张仁焱;夜光花卉在武汉亮相[N];农民日报;2003年
5 记者 王艳红;硅材料有望制成激光器[N];新华每日电讯;2000年
6 翟扬;稀土发光材料让生活更精彩[N];中国有色金属报;2002年
7 沂柘;纳米稀土荧光粉在武汉研制成功[N];中国包装报;2002年
8 记者 潘治;皮肤癌可在早期查出[N];新华每日电讯;2003年
9 黄晓;稀土碱式硫酸盐发光材料及其溶剂热合成方法[N];中国有色金属报;2002年
10 宗巍;我国发明稀土发光材料制备新方法[N];中国质量报;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978