衬底材料对制备立方氮化硼薄膜的影响

较系统地研究了不同衬底材料对制备氮化硼薄膜的影响。用热丝增强射频等离子体CVD法,以NH3,B2H6和H2为反应气体,在Si,Ni,Co和不锈钢等衬底材料上,成功生长出高质量的立方氮化硼薄膜,还用13.56MHz的射频溅射系统将c-BN薄膜沉积在Si衬底上,靶材为h-BN(纯度为99.99％）,溅射气体为氩气和氮气的混合气体,所得到的氮化硼薄膜中立方相含量高于90%,用X射线衍射谱和傅里叶变换红谱对样品进行了分析表明,衬底材料与c-BN的晶格匹配情况,对于CVD生长立方氮化硼薄膜影响很大,而对溅射生长立方氮化硼薄膜影响不大。     

FTIR法研究BCN薄膜的内应力

采用射频磁控溅射技术,用六角氮化硼和石墨为溅射靶,以氩气(Ar)和氮气(N₂)为工作气体,在Si(100)衬底上制备出硼碳氮(BCN)薄膜。利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)考察了不同沉积参数(溅射功率为80～130 W、衬底温度为300～500 ℃、沉积时间为1～4 h)条件下制备的薄膜样品。实验结果表明,所制备薄膜均实现了原子级化合。并且沉积参数对BCN薄膜的生长和内应力有很大影响,适当改变沉积参数能有效释放BCN薄膜的内应力。在固定其他条件只改变一个沉积参数的情况下,得到制备具有较小内应力的硼碳氮薄膜的最佳沉积条件：溅射功率为80 W、衬底温度为400 ℃、沉积时间为2 h。     

立方氮化硼薄膜沉积过程的相变研究

从能量和结构两个角度分析了BN四种相的转变过程，以及杂质和缺陷对立方氮化硼(c-BN)薄膜制备的影响.研究了从六角氮化硼(h-BN)到c-BN转变的一个可能的过程，即h-BN→菱形氮化硼(r-BN)→c-BN过程.对纯的h-BN到r-BN的转变需要克服一个很高的能量势垒，在实验室条件下很难能够提供能量来越过这个势垒.而从r-BN到c-BN的转变只需要克服一个很低的能量势垒.这个能量势垒要低于从h-BN到纤锌矿氮化硼(w-BN)转变所需要克服的能量势垒.c-BN薄膜的制备过程中，薄膜在高能粒子轰击下，会产生大量的缺陷，这些缺陷对立方相的形成起到了重要的作用，缺陷和杂质的存在大大降低了从h-BN到r-BN转变的能量势垒.根据这个理论模型，在两步法制备c-BN薄膜的基础上，调整实验参数，形成三步法制备高质量c-BN薄膜.主要研究了三步法中第一步的时间和衬底负偏压对c-BN薄膜制备的影响，找到合适的沉积时间和衬底负偏压分别为5min和-180V.采用三步法制备薄膜，可以重复得到高立方相体积分数(立方相体积分数超过80%)的BN薄膜，并且实验重复性达到70%以上. 关键词： 立方氮化硼 能量势垒 缺陷 衬底偏压     

无序双层六角氮化硼量子薄膜的电子性质

基于安德森紧束缚模型,本文研究了无序双层六角氮化硼量子薄膜的电子性质. 数值计算结果表明在双层都无序掺杂的情况下,六角氮化硼量子薄膜的电子是局域的, 其表现为绝缘体性质;而对于单层掺杂(无论是氮原子还是硼原子)的双层六角氮化硼量子薄膜, 在能谱的带尾出现了持续的迁移率边.这就说明在单层掺杂的双层六角氮化硼量子薄膜中产生了 金属绝缘体转变.这一结果证实了有序-无序分区掺杂的理论模型,为理解及调控双层六角氮化硼量子薄膜 的电子性质提供了有益的理论指导.     

立方氮化硼薄膜生长过程中的界面控制

在立方氮化硼薄膜气相生长过程中生成的无定形初期层和乱层结构氮化硼中间层，一直是阻碍立方氮化硼薄膜外延生长的主要原因.系统地分析了硅衬底预处理对立方氮化硼薄膜中无定形初期层成分的影响，发现在等离子体化学气相生长法制备薄膜时，硅衬底上形成无定形初期层的可能原因有氧的存在、离子轰击以及高温下硅的氮化物的形成.在H₂气氛中1200K热处理硅衬底可以有效地减少真空室中残留氧浓度，除去硅表面的自然氧化层，保持硅衬底表面晶体结构.控制衬底温度不超过900 K，就能防止硅的氮化物的形成，成功地除去无 关键词： 立方氮化硼薄膜 等离子体化学气相生长 界面 电子显微镜     

Ca3B2N4-hBN系中立方氮化硼的膜生长机制

 以Ca₃B₂N₄为触媒,在高温高压下对六角氮化硼进行处理,在六角氮化硼与触媒的交界处得到了被金属膜包覆的立方氮化硼晶体。这表明六角氮化硼到立方氮化硼的转变与人造金刚石的膜生长机制类似：立方氮化硼晶体在触媒与六角氮化硼接触处择优成核,在生长着的立方氮化硼与六角氮化硼之间存在着金属薄膜,该膜对立方氮化硼“基元”有输运作用。随着该金属膜向六角氮化硼区的推进,在其后留下生长的立方氮化硼晶体。     

铜箔上生长的六角氮化硼薄膜的扫描隧道显微镜研究

利用扫描隧道显微镜研究了采用化学气相沉积法在铜箔表面生长出的高质量的六角氮化硼薄膜. 大范围的扫描隧道显微镜图像显示出该薄膜具有原子级平整的表面, 而扫描隧道谱则显示, 扫描隧道显微镜图像反映出的是该薄膜样品的隧穿势垒空间分布. 极低偏压的扫描隧道显微镜图像呈现了氮化硼薄膜表面的六角蜂窝周期性原子排列, 而高偏压的扫描隧道显微镜图像则呈现出无序和有序排列区域共存的电子调制图案. 该调制图案并非源于氮化硼薄膜和铜箔衬底的面内晶格失配, 而极有可能来源于两者界面处的氢、硼和/或氮原子在铜箔表面的吸附所导致的隧穿势垒的局域空间分布.     

电子束蒸发制备氮化硼薄膜的红外光谱研究

用电子束蒸发法制备氮化硼薄膜, 分别研究束流大小和蒸发时间长短对薄膜质量的影响, 薄膜以红外吸收光谱标识。实验结果表明, 束流大小和蒸发时间长短对薄膜质量都有影响, 经过900℃氮气保护退火后, 都得到了高立方相含量的氮化硼薄膜。     

用射频溅射法制备立方氮化硼薄膜

利用射频溅射方法在n型Si(111)衬底上制备出立方相含量接近100%且粘附性较高的立方氮化硼(c-BN)薄膜.傅里叶变换红外谱(FTIR)的结果表明，基底负偏压对薄膜立方相含量和薄膜压应力有很大影响，另外，衬底的电阻率对c-BN生长和薄膜的压应力也有一定的影响. 关键词： 立方氮化硼 射频溅射 压应力 基底负偏压     

石英衬底上GaN薄膜沉积及其光学性能的研究

GaN薄膜材料广泛应用于发光二极管(LED),激光二极管(LD)等光电器件。但是GaN基器件的制备与应用以及器件推广很大一部分取决于其器件的价格,常用的方式是在单晶蓝宝石衬底上沉积制备GaN薄膜样品,单晶蓝宝石衬底晶向择优,可以制备出高质量的GaN薄膜样品,但是单晶蓝宝石衬底价格昂贵,一定程度上限制了其GaN基器件推广使用。如何在廉价衬底上直接沉积高质量的GaN薄膜,满足器件的要求成为研究热点。石英玻璃价格廉价,但是属于非晶体,没有择优晶向取向,很难制备出高质量薄膜样品。本研究采用等离子体增强金属有机物化学气相沉积系统在非晶普通石英衬底上改变氮气反应源流量低温制备GaN薄膜材料。制备之后采用反射高能电子衍射谱、X射线衍射光谱、室温透射光谱和光致光谱对制备的薄膜进行系统的测试分析。其结果表明：在氮气流量适当的沉积参数条件下,所制备的薄膜具有高C轴的择优取向,良好的结晶质量以及优异的光学性能。     

Preparation of boron carbon nitride thin films by radio frequency magnetron sputtering

Boron carbon nitride films were deposited by radio frequency magnetron sputtering using a composite target consisting of h-BN and graphite in an Ar-N₂ gas mixture. The samples were characterized by X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. The results suggest that the films are atomic-level hybrids composed of B, C and N atoms. The boron carbon nitride films prepared in the present experiment have a disordered structure. The sputtering power varied from 80 W to 130 W. This sputtering power was shown to have regular effect on the composition of boron carbon nitride films. The samples deposited at 80 W and 130 W are close to the stoichiometry of BC₃N. The sample deposited at 110 W is close to the stoichiometry of BCN. The samples deposited at 100 W and 120 W approach to BC₂N. It is very significant for us to synthesize boron carbon nitride compound with controllable composition by changing the sputtering power.     

螺旋波等离子体增强化学气相沉积氮化硅薄膜

利用螺旋波等离子体增强化学气相沉积(HWP-CVD)技术，以SiH4和N2为反应气体进行了氮化硅(SiN)薄膜沉积，并研究了实验参量对薄膜特性的影响.利用傅里叶变换红外光谱、紫外—可见光谱和椭偏光检测等技术对薄膜的结构、厚度和折射率等参量进行了测量.结果表明，采用HWP-CVD技术能在低衬底温度条件下以较高的沉积速率制备低H含量的SiN薄膜，所沉积的薄膜主要表现为Si—N键合结构.采用较低的反应气体压强将提高薄膜沉积速率，并使薄膜的致密性增加.适当提高N2/SiH4比例有利于薄膜中H含量的降低. 关键词： 螺旋波等离子体 化学气相沉积 氮化硅薄膜     

射频等离子体增强化学气相沉积SiNx薄膜的研究

采用射频等离子体增强化学气相沉积技术,以N2和SiH4作为反应气体,在P型硅基片上进行SiNx薄膜的沉积.使用椭偏仪对薄膜厚度和光学常量进行了测量, 用傅里叶变换红外光谱仪对SiNx薄膜的化学键合结构进行了分析.研究了基片温度、射频功率以及N2和SiH4的气体流量比率等实验工艺参量对薄膜沉积速率和光学常量的影响.结果表明,射频等离子体增强化学气相沉积技术沉积的SiNx薄膜是低含氢量的SiNx薄膜,折射率在1.65~2.15之间,消光系数k在0.2~0.007之间,当SiNx薄膜为富氮时k≤0.01,最高沉积速率高达6.0 nm/min,N2和SiH4气体流量比率等于10是富硅和富氮SiNx薄膜的分界点.     

Surface properties of cubic boron nitride thin films

Studying the surface properties of cubic boron nitride (c-BN) thin films is very important to making it clear that its formation mechanism and application. In this paper, c-BN thin films were deposited on Si substrates by radio frequency sputter. The influence of working gas pressure on the formation of cBN thin film was studied. The surface of c-BN films was analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and the results showed that the surface of c-BN thin films contained C and O elements besides B and N. Value of N/B of c-BN thin films that contained cubic phase of boron nitride was very close to 1. The calculation based on XPS showed that the thickness of hexagonal boron nitride (h-BN) on the surface of c-BN films is approximately 0.8 nm.     

溅射气氛对N掺杂ZnO薄膜性能的影响

利用磁控溅射系统,N₂和Ar作为溅射气体,生长N掺杂ZnO薄膜。溅射气氛中氮气流量分别为0,8,20,32 mL/min,通过改变氮气的流量,研究薄膜性能的变化。结果发现,随着溅射气氛中氮气流量的增加,薄膜的电阻率增加,薄膜中N_O与(N₂)_O的掺杂浓度同时在变大。当氮气流量为8 mL/min时,N的有效掺杂效率最高。另外,随着溅射气氛中氮气流量的增加,薄膜的厚度在减小。     

立方氮化硼薄膜的生长特性与粘附性研究

用X射线衍射技术、红外吸收光谱、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱对热丝辅助射频等离子体化学汽相沉积法制备的立方氮化硼(c-BN)薄膜的生长特性和粘附性进行了研究.改变生长条件，在Si、不锈钢和Ni衬底上沉积c-BN薄膜，进而研究了c-BN薄膜的质量和生长条件与衬底之间的关系.实验发现，Ni衬底上生长的薄膜c-BN含量较高，且粘附性好.当Si衬底上溅射一层Ni过渡层，再生长c-BN薄膜，薄膜中c-BN含量提高，与Si衬底的粘附性也显著增强. 关键词：     

Carbon Nitride Thin Films Deposited by Plasma Assisted Nd∶YAG Laser Ablation of Graphite in N2+H2 Atmosphere

Carbon nitride thin films are deposited on silicon wafers by 532 nm Nd∶YAG laser ablation of graphite in the N2+H2 atmosphere assisted by a dc glow discharge plasma at a higher gas pressure of about 4.0 kPa. The properties of the thin films are investigated by scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray (EDX) and X-ray diffraction (XRD). The results show that the deposited films are composed of α-C3N4, β-C3N4 phase and have the N/C atomic ratio of 2.01. The optical emission spectroscopy (OES) studies indicate that the introduction of a dc glow discharge and the adoption of a higher gas pressure during the film deposition are favorable to the net generation of the atomic N, CN radicals and N+2 in B2Σ+u excited state in the plasma, which are considered to play a major role in the synthesis of carbon nitride.