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脉冲激光沉积制备不同择优取向的AlN薄膜的研究

陈红举  
【摘要】: 由于氮化铝AlN薄膜具有稳定的物理性质和化学性质、机械强度高、绝缘性能又好、直接带隙宽、热传导率高、低热膨胀系数等特点,广泛应用于声学表面波器件、微电子及光学器件,有关AlN薄膜的制备研究己引起广泛的关注和兴趣。本文研究了用脉冲激光沉积法制备AlN薄膜,通过优化激光能量、生长温度、环境偏压等条件,制备了不同择优取向的AlN薄膜,分别用X射线衍射仪、拉曼光谱仪、傅立叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线光电子谱等仪器检测了样品的结晶度、表面形貌等结构特性。 首先在不同的激光能量条件下,在p-Si(100)衬底上制备了(110)择优取向的AlN薄膜,通过用X射线衍射仪、拉曼光谱仪、傅立叶变换红外光谱仪、原子力显微镜、扫描电子显微镜、X射线光电子谱等仪器对样品进行了检测,结果表明激光能量为600mJ/puls时,所制备的AlN薄膜结晶最好,表面择优取向也最好,面内表现为各向同性,不是外延生长。 其次选择激光能量为600mJ/puls,改变衬底温度,结果表明当温度为600℃时,AlN薄膜是(110)方向择优取向;当温度小于400℃时,AlN薄膜不再是(110)方向择优取向,而是(002)方向择优取向,当衬底温度为250℃时AlN薄膜的(002)方向择优取向最强,并且用石英和兰宝石衬底上同样条件下也可以生长成(002)方向择优取向的AlN薄膜。 最后制备AlN薄膜用不同的环境偏压,结果表明当N2偏压大于2×10-4Pa时,所制备的AlN薄膜不结晶,只有在高真空条件下才能制备出择优取向的AlN薄膜。 本文讨论研究了在不同条件下制备不同择优取向的AlN薄膜,通过研究表明用脉冲激光沉积法制备AlN薄膜最重要的条件为:AlN等离子体(羽辉)的动能大小决定了结晶度及择优取向,动能越大,结晶度越高,动能越小,越不利于结晶。通过本论文的研究可分别制备出(110)和(002)择优取向的AlN薄膜。为下一步的应用研究提供有力保障。


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