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半导体氮化硼薄膜的制备及其异质结特性研究

田凌  
【摘要】:立方氮化硼(cBN)是一种超硬宽带隙材料,不仅具有仅次于金刚石的硬度、在高温下有强的抗氧化能力、不易与铁族金属反应,因此可用于切削工具等,而且,能够实现n型或p型掺杂,在电子学和光学器件等方面有着重要的应用前景。cBN薄膜的制备和性质研究一直是国际材料科学界的研究热点和难点之一。本文主要研究了高质量半导体cBN薄膜的制备以及BN(n-type)/Si(p-type)异质结的特性。 用射频溅射(RF)方法在硅衬底上沉积了氮化硼薄膜。系统地研究了衬底温度、基底偏压、Si衬底电阻率等多种因素对制备cBN薄膜的影响。用红外光谱、扫描电镜及原子力显微镜、X射线光电子能谱等对材料的结构、成份等进行了表征。在p型单晶Si片上,沉积cBN薄膜,而后用离子注入S掺杂的方法制备出n型BN薄膜,并且研究了BN(n-type)/Si(p-type)异质结的Ⅰ-Ⅴ曲线。 基于优化的沉积条件,采用两步沉积方法,制备出立方相含量接近100%的cBN薄膜。实验还发现,用两步法制备的cBN薄膜中的应力比用常规方法制备的小4.7Gpa。此外,采用不同电阻率Si衬底,进一步改善了薄膜黏附性差的问题,制得样品压应力大约为8.3GPa。 掺杂后的BN薄膜的电阻率下降了5个量级。所形成的异质结有整流特性,开启电压为4V。正向导电特性的拟合结果表明,异质结的电流输运符合“隧道—复合模型”理论。


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