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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

作　者: 陈红举
导　师: 张伟风
学　校: 河南大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: AlN 择优取向薄膜层脉冲激光沉积衬底温度氮化铝薄膜激光能量薄膜样品外延生长直接带隙原子力显微镜光电子谱扫描电子显微镜表面形貌薄膜生长兰宝石吸收谱原子灵敏度因子拉曼光谱化学气相沉积
分类号: TN249
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-23
  1.1 研究氮化铝（AlN）薄膜的意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-18
    1.2.1 AlN 晶体概况  10-11
    1.2.2 氮化铝的性能及用途  11-12
    1.2.3 氮化铝薄膜的制备方法  12-16
    1.2.4 氮化铝薄膜的应用前景和发展方向  16-18
  1.3 本论文研究的目的和主要内容  18-19
    1.3.1 本论文研究的目的  18
    1.3.2 本论文研究的主要内容  18-19
  参考文献  19-23
第二章用脉冲激光沉积法制备氮化铝薄膜  23-31
  2.1 脉冲激光沉积系统  23-24
  2.2 制备AlN 薄膜  24-25
    2.2.1 试验准备  24
    2.2.2 AlN 薄膜沉积试验  24-25
  2.3 AlN 薄膜的表征手段  25-29
    2.3.1 X-射线衍射（XRD）  25-26
    2.3.2 拉曼光谱（Raman）及傅立叶变换红外光谱（FTIR）  26
    2.3.3 反射-吸收光谱  26-27
    2.3.4 原子力显微镜（AFM）及扫描电子显微镜（SEM）  27
    2.3.5 X 射线光电子能谱仪（XPS）  27-29
  参考文献  29-31
第三章实验条件对氮化铝薄膜择优取向的影响  31-66
  3.1 脉冲激光能量对氮化铝薄膜的影响  31-54
    3.1.1 XRD 分析  31-36
    3.1.2 Raman 和FTIR 光谱分析  36-40
    3.1.3 AlN 薄膜的反射-吸收光谱  40-45
    3.1.4 X 射线光电子能谱仪（XPS）分析  45-50
    3.1.5 原子力显微镜（AFM）及扫描电子显微镜（SEM）  50-54
  3.2 衬底温度对氮化铝薄膜的影响  54-58
    3.2.1 在p-Si 衬底上沉积AlN 薄膜  55-57
    3.2.2 在石英（SiO_2）及兰宝石（Al_2O_3）衬底上沉积 AlN 薄膜研究  57-58
  3.3 N_2 偏压对氮化铝薄膜的影响  58-60
  本章小节  60-61
  参考文献  61-66
第四章总结  66-68
硕士期间申请专利及完成和发表的论文  68-69
致谢  69

脉冲激光沉积制备不同择优取向的AlN薄膜的研究

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