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硼碳氮薄膜的制备及其带隙调控

李宇婧  
【摘要】:硼碳氮(BCN)材料因其优异的物理化学特性而得到广泛关注。理论与实验表明,BCN三元化合物的性质与其成分和结构都有关联。特别是,当对BCN薄膜的结构和组分在一定范围内进行可控调节时,其相应的性能也会随之变化。因此,BCN三元化合物在光电子器件、发光器件、晶体管、微电子机械系统等半导体领域具有潜在的应用价值。然而,目前实验制备的BCN薄膜大多为非晶态或相分离的薄膜,实现BCN薄膜成分带隙可控、结构有序仍然是一个挑战。本文采用射频磁控溅射方法制备BCN薄膜,系统地研究了沉积时间、基底温度、基底负偏压、工作气体等工艺参数对其成分和结构的影响,通过调节生长参数直接对其光学带隙进行了调控,为制备高质量、结构有序的、具有可调带隙的BCN薄膜提供了思路。本论文主要研究工作如下:1)通过调节生长参数,制备了两类具有不同微结构的BCN薄膜。一类为包含取向六角氮化硼(h-BN)晶域的BCN薄膜,随着基底温度升高,h-BN的c轴与基底平面趋于平行,薄膜缺陷密度减小。另一类为包含微小BN纳米晶的均匀杂化的BCN薄膜,薄膜结晶度较高。2)包含取向h-BN晶域的BCN薄膜的光学带隙源于两部分,带隙约为5.63 e V对应于高取向h-BN晶域,带隙在2.4-3.6 e V之间对应于非定形BCN部分,并且随着薄膜中碳含量的增加而减小。对于包含微小BN纳米晶的均匀杂化的BCN薄膜而言,只有一个对应的光学带隙在3.8-4.1 e V之间,不随薄膜的结构和碳含量而变化。本论文的实验结果揭示了三元杂化的BCN薄膜的结构特征和光学带隙与其生长动力学因素密切相关,为有关BCN薄膜进一步的基础物理学研究和其在光电子学中带隙调控等方面的潜在应用提供了科学依据。


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