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工作参数对SiCN薄膜制备和性质的影响

作　者: 洪波
导　师: 吴雪梅；诸葛兰剑
学　校: 苏州大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 双离子束 SiCN薄膜 结构 纳米硬度 光致发光
分类号: O484.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 24次
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内容摘要


SiCN作为一种新型的第三代宽带隙半导体材料,以其较高的硬度、低摩擦系数、高温抗氧化性、良好的发光及场发射特性等物理化学特性,在微机械系统、光电子器件、平板显示器等诸多方面有很好的应用前景,引起人们越来越多的关注。本论文采用双离子束溅射沉积系统在Si （100）和石英基片上在不同的工作参数下成功的制备了SiCN薄膜,通过改变辅源工作气体中N2比例和辅源离子能量大小来改变工作参数,研究了工作参数对SiCN薄膜结构、力学和光学性质的影响。实验中主离子源发射Ar+轰击高纯SiC靶,辅离子源发射Ar+和N+,在衬底处反应生成SiCN薄膜。采用X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）、傅立叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、拉曼光谱（Raman）、原子力显微镜（AFM）、纳米压痕等手段对制备的薄膜进行了表征和性质分析。实验结果表明:不同工作参数下制备的SiCN薄膜都呈非晶结构,薄膜中含有Si-C,Si-N,sp2C=C,sp2C=N,sp3C-N等多种化学键,组成了复杂的网络结构。不同辅源N2比例和辅源离子能量条件下制备的薄膜的硬度不同,通过对薄膜结构的研究,认为有两个因素影响了薄膜硬度的变化:其一是薄膜表面粗糙度的不同引起了薄膜表面致密度的不同,其二是薄膜中类金刚石结构的sp3C-N键含量的变化。此外,本文还分析了薄膜在1000℃退火后的结构和光致发光性质。退火后观察到两个PL发光峰,发光中心分别位于410nm和468nm。410nm的紫光起源于Si-C阵列中的C团簇所产生的缺陷,468nm的蓝光起源于sp2C=C键。

全文目录


中文摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 引言  9-21
  1.1 SiCN 薄膜的研究背景和现状  9
  1.2 SiCN 薄膜的结构  9-10
  1.3 SiCN 薄膜的特性  10-17
    1.3.1 机械性质  10-11
    1.3.2 场发射性质  11-13
    1.3.3 发光性质  13-14
    1.3.4 扩散阻挡层性质  14-17
  1.4 本文的工作  17-18
  参考文献  18-21
第二章 SiCN 薄膜的制备和表征  21-30
  2.1 薄膜制备  21-22
  2.2 基片清洗  22-24
  2.3 样品制备参数  24
  2.4 样品退火处理  24
  2.5 薄膜结构表征  24-27
    2.5.1 X 射线衍射（XRD）  24-25
    2.5.2 傅里叶变换红外光谱分析（FTIR）  25
    2.5.3 X 射线光电子能谱（XPS）  25
    2.5.4 拉曼光谱（Raman）  25-26
    2.5.5 原子力显微镜（AFM）  26
    2.5.6 扫描电子显微镜（SEM）  26-27
  2.6 薄膜性质表征  27-29
    2.6.1 纳米压痕  27-28
    2.6.2 紫外—可见光透射  28
    2.6.3 光致发光（PL）  28-29
  参考文献  29-30
第三章 辅源N_2比例对SiCN 薄膜结构、硬度和透光性质的影响  30-45
  3.1 SiCN 薄膜的结构  30-37
    3.1.1 SiCN 薄膜XRD 分析  30-31
    3.1.2 SiCN 薄膜的FTIR 光谱分析  31-32
    3.1.3 SiCN 薄膜的Raman 光谱分析  32-34
    3.1.4 SiCN 薄膜的XPS 分析  34-36
    3.1.5 SiCN 薄膜的AFM 分析  36-37
  3.2 SiCN 薄膜的硬度和弹性模量  37-39
  3.3 SiCN 薄膜的透光性质  39-41
  3.4 本章小结  41-43
  参考文献  43-45
第四章 辅源离子能量对SiCN 薄膜结构、硬度和发光性质的影响  45-57
  4.1 SiCN 薄膜的结构  45-49
    4.1.1 SiCN 薄膜的 XRD 分析  45
    4.1.2 SiCN 薄膜的FTIR 光谱分析  45-46
    4.1.3 SiCN 薄膜的Raman 光谱分析  46-48
    4.1.4 SiCN 薄膜的SEM 分析  48-49
  4.2 SiCN 薄膜的硬度和弹性模量  49-51
  4.3 退火后SiCN 薄膜的结构  51-54
    4.3.1 退火后SiCN 薄膜的FTIR 光谱分析  51-52
    4.3.2 退火后SiCN 薄膜的Raman 光谱分析  52-53
    4.3.3 退火后SiCN 薄膜的光致发光性质  53-54
  4.4 本章小节  54-55
  参考文献  55-57
第五章 结论  57-58
攻读硕士学位期间发表的论文  58-59
致谢  59-60

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 薄膜物理学 > 薄膜的生长、结构和外延
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