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工艺参数对氮化硼薄膜结构相的影响

作　者: 张德学
导　师: 严辉；王波
学　校: 北京工业大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 微波电子回旋共振化学气相沉积 等离子体增强化学气相沉积 射频 磁控溅射 取向六角氮化硼 、立方氮化硼 负偏地 衬底温度
分类号: O484.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2001年
下　载: 165次
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内容摘要


六角氮化硼（h-BN）和立方氮化硼（c-BN）由于其优异的物理化学性质受到越来越多的重视，作为新型的人工合成功能材料，它们具有极其广泛的应用前景。 本文采用微波电子回旋共振化学气相沉积（MW-ECR-CVD）、射频耦合等离子体增强化学气相沉积（PECVD）及射频磁控溅射技术制备出完全取向生长的h-BN薄膜。用FTIR、XRD、AFM、XPS等手段对沉积薄膜进行了表征，并利用FTIR的结果系统研究了沉积参数对h-BN薄膜取向生长的影响。结果表明，取向h-BN薄膜只有在合适的反应气体分压比下才能制备出来；首次发现温度对h-BN薄膜的取向生长具有决定性的作用：低温下，由于薄膜形核后其横向生长速度大于纵向生长速度，结果生长的h-BN薄膜c轴平行于衬底表面；高温下，临界核的纵向生长速度大于横向生长速度，结果生长的h-BN薄膜c轴垂直于衬底表面。同时发现，施加过高的衬底负偏压会破坏沉积薄膜的长程有序性而导致随机取向生长。 进一步采用热丝辅助的微波电子回旋共振化学气相沉积和射频磁控溅射技术制备出了立方相含量较高的BN薄膜，主要研究了射频功率和热丝电流对立方相形成的影响。结果发现，立方相只有在一定的射频功率下形成，并且热丝电流的大小对c-BN的形核与生长具有重要的影响。 最后，我们对衬底负偏压增强的BN形核机制进行了初步的理论探讨。

全文目录


中文摘要  6-7
英文摘要  7-8
第一章 绪论  8-30
  1．1 氮化硼的相、性质及应用  8-14
    1．1．1 氮化硼的相  8-9
    1．1．2 立方氮化硼的性质和应用  9-12
    1．1．3 六角氮化硼的性质和应用  12-14
    1．1．4 三角氮化硼和密排六角氮化硼的性质和应用  14
  1．2 c-BN薄膜的合成技术  14-19
    1．2．1 c-BN薄膜的研究历史和目前状况  14-16
    1．2．2 c-BN薄膜的制备技术  16-19
    1．2．3 c-BN薄膜的层状结构  19
  1．3 c-BN薄膜的表征  19-20
    1．3．1 傅立叶变换红外谱  19-20
    1．3．2 X射线/电子衍射  20
    1．3．3 成分分析  20
  1．4 影响BN薄膜沉积的因素  20-22
  1．5 c-BN薄膜的生长机制  22-24
    1．5．1 溅射模型  22
    1．5．2 热峰模型  22-23
    1．5．3 应力模型  23
    1．5．4 注入模型  23-24
  1．6 c-BN薄膜研究中存在的问题  24-26
    1．6．1 粘附性  24-25
    1．6．2 sp~2杂化层的存在  25
    1．6．3 结晶质量和生长速度  25-26
  参考文献  26-30
第二章 微波电子回旋共振CVD制备BN薄膜  30-48
  2．1 引言  30
  2．2 MW-ECR等离子体的性质和应用  30-37
    2．2．1 等离子体的概念  30-31
    2．2．2 产生等离子体的方法  31
    2．2．3 等离子体的判据  31
    2．2．4 微波等离子体的原理和性质  31-33
    2．2．5 ECR原理  33-34
    2．2．6 影响ECR等离子体密度的因素  34
    2．2．7 影响ECR等离子体均匀性的因素  34-35
    2．2．8 ECR等离子体中电子对微波能量的吸收  35-36
    2．2．9 ECR等离子体的应用  36-37
    2．2．10 ECR-CVD系统结构示意图  37
  2．3 结果与讨论  37-46
    2．3．1 不同分压比下制备取向h-BN薄膜  38-41
    2．3．2 沉积时间对取向生长的影响  41-42
    2．3．3 偏压对取向h-BN薄膜生长的影响  42-44
    2．3．4 热丝辅助ECR-CVD制备c-BN薄膜  44-46
  2．4 结论  46-47
  参考文献  47-48
第三章 PECVD制备取向h-BN薄膜  48-58
  3．1 引言  48
  3．2 PECVD原理  48-51
    3．2．1 PECVD的特点和应用  48-50
    3．2．2 射频PECVD  50
    3．2．3 沉积系统结构示意图  50-51
  3．3 结果与讨论  51-56
    3．3．1 样品制备  51
    3．3．2 衬底温度对取向h-BN薄膜生长的影响  51-53
    3．3．3 不同反应气体分压对取向h-BN薄膜生长的影响  53-54
    3．3．4 高低温结合沉积BN薄膜  54-55
    3．3．5 取向h-BN薄膜的AFM照片  55-56
  3．4 结论  56-57
  参考文献  57-58
第四章 射频磁控溅射制备c-BN薄膜  58-73
  4．1 引言  58
  4．2 射频磁控溅射的原理  58-64
  4．3 结果与讨论  64-71
    4．3．1 样品的FTIR谱图  64-65
    4．3．2 射频功率对c-BN形成的影响  65-67
    4．3．3 温度对取向h-BN薄膜生长的影响  67-68
    4．3．4 室温沉积c-BN薄膜  68-69
    4．3．5 成分分析  69-71
  4．4 结论  71-72
  参考文献  72-73
第五章 偏压对BN形核的影响  73-78
  5．1 引言  73
  5．2 衬底负偏压对反应活性离子数目的影响  73-74
  5．3 离子轰击对衬底表面形貌和BN形核阈值能的影响  74-75
  5．4 负偏压增强的离子在衬底表面的扩散  75-76
  5．5 结论  76-77
  参考文献  77-78
第六章 结论  78-80
致谢  80-81
发表论文  81

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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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