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立方氮化硼(c-BN)是Ⅲ-Ⅴ族闪锌矿结构化合物,具有优异的物理化学性质,如高硬度、宽带隙、高热导率、高热稳定性和化学稳定性。适合用作铁基合金刀具涂层,在短波长光电子器件、高频大功率器件和耐高温器件方面具有硅和砷化镓难以比拟的优势。在力学、热学、光学、电子学等领域具有广阔的应用前景。因此,c-BN薄膜的制备和性质研究一直是国际上研究的热点同时也是难点之一。本文主要研究了射频磁控溅射法制备c-BN薄膜中各种工艺参数的影响,退火对BN薄膜相变的影响,BN薄膜的折射率、吸收系数、光学带隙等性质以及薄膜的n型原位掺杂。
运用JPGF-450B射频磁控溅射系统在Si衬底上制备c-BN薄膜,靶材为热压六角氮化硼(h-BN)靶,工作气体为氩气和氮气的混合气。通过改变工作气体中氮气的含量发现,当氮气含量小于20%时,薄膜中B、N原子的结晶偏离理想情况,六角峰位偏离理论值。同时,c-BN薄膜沉积过程中存在一个负偏压阈值,此阈值为-100V。当负偏压高于此阈值时,立方相才能生长。
探讨了BN各种相之间的转变,以及缺陷对相变的影响。对两组样品进行了退火处理,发现在900℃的退火温度下,样品中发生了明显的h-BN→c-BN相变,而当退火温度达到1000℃时,c-BN→h-BN的转变开始发生。
测量薄膜样品的紫外反射光谱R(λ),用Matlab6.5编程,计算了样品的折射率n(λ)、消光系数K(λ)以及吸收系数α(λ),并进一步求出了样品的光学带隙E<,g>,其结果与经验公式计算结果吻合得比较好。
在真空室中固定电炉和钼舟,采用加热蒸发S粉的方法对BN薄膜进行原位掺杂。通过实验发现,掺杂后的薄膜电阻率比没有掺杂样品下降了1-2个数量级。