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磁控溅射制备氮化铜薄膜及其掺杂研究

作　者: 白秋飞
导　师: 李兴鳌
学　校: 南京邮电大学
专　业: 光学
关键词: 氮化铜薄膜 反应磁控溅射 氮气流量 Ni掺杂 晶体结构 表面形貌
分类号: O484.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


Cu3N薄膜是一种以共价键结合的亚稳态半导体材料,具有热分解温度低、电阻率高、在红外和可见光波段反射率低等特点,成为近年来光存储和微电子半导体等领域中备受瞩目的新型应用材料。Cu3N晶体为反三氧化铼（anti-ReO3）型简立方结构,由于Cu原子并未占据Cu3N晶胞的体心位置,其它原子填充到其体心空位,将引起薄膜光学和电学性质的显著变化。本论文采用反应直流磁控溅射法在不同氮气流量下制备了Cu3N薄膜,采用磁控双靶反应共溅射法制备了Ni掺杂的Cu3N薄膜。用XRD、EDS、SEM、UV-VIS、表面轮廓仪、四探针和显微硬度仪等现代材料分析技术,研究了氮气流量和Ni掺杂对Cu3N薄膜结构和性能的影响。结果表明:（1）氮气流量的改变影响了Cu3N薄膜的晶体结构和择优生长取向。当氮气流量增高时,薄膜由Cu3N （111）晶面择优生长转变为（100）面择优生长;薄膜的沉积速率在氮气流量为15sccm时有极大值,电阻率随流量的增长呈U型变化,显微硬度也受到一定影响。实验表明,5～10sccm的氮气流量是生长良好择优取向Cu3N薄膜的最适宜流量条件。（2）Ni的掺入并未影响Cu3N薄膜晶体结构和沿（111）晶面的择优生长,但使（111）衍射峰强度减弱,并向小角度偏移,薄膜晶格常数和晶粒尺寸变大、表面形貌更为粗糙,Ni的过量掺杂会导致薄膜无法形成Cu3N相。紫外-可见反射谱表明,Ni的掺杂使薄膜在红外和可见光区域的反射率显著降低,与热分解后的铜镍合金膜有较大差异,显示出作为光存储材料的良好性质。此外,薄膜的电阻率也随Ni的掺入而迅速减小,实现从半导体向导体的过渡。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章 绪论  9-20
  1.1 引言  9
  1.2 Cu_3N 薄膜结构和性能  9-11
  1.3 Cu_3N 薄膜的应用  11-13
  1.4 Cu_3N 薄膜的研究进展  13-18
    1.4.1 氮气气氛对薄膜结构和性能的影响  13-15
    1.4.2 温度对薄膜结构和性能的影响  15-16
    1.4.3 溅射功率对薄膜结构和性能的影响  16
    1.4.4 元素掺杂对薄膜结构和性能的影响  16-17
    1.4.5 其他方向的研究进展  17-18
  1.5 本论文的选题意义及研究内容  18-20
第二章 Cu_3N 薄膜的制备和表征  20-29
  2.1 Cu_3N 薄膜的制备方法  20-21
  2.2 磁控溅射技术  21-23
    2.2.1 磁控溅射的基本原理  21-22
    2.2.2 反应溅射和射频溅射  22-23
  2.3 实验设备介绍  23-25
  2.4 本论文涉及的表征方法  25-29
    2.4.1 X 射线衍射(XRD)  25-26
    2.4.2 扫描电子显微镜(SEM)  26
    2.4.3 X 射线能谱仪（EDS）  26
    2.4.4 紫外可见分光光度计（UV-VIS）  26-27
    2.4.5 表面轮廓仪  27
    2.4.6 四探针电阻仪  27-28
    2.4.7 显微硬度仪  28-29
第三章 氮气流量对Cu_3N 薄膜结构和性能的影响  29-36
  3.1 改变氮气流量制备Cu_3N 薄膜  29-30
  3.2 薄膜结构分析  30-32
  3.3 薄膜沉积速率  32-33
  3.4 薄膜电阻率  33-34
  3.5 薄膜显微硬度  34-35
  3.6 本章小结  35-36
第四章 Ni 掺杂对Cu_3N 薄膜结构和性能的影响  36-47
  4.1 Ni 掺杂氮化铜薄膜的制备方法  36-38
  4.2 Cu_3Ni_xN 薄膜的结构分析  38-40
  4.3 Cu_3Ni_xN 薄膜的表面形貌  40-41
  4.4 Cu_3Ni_xN 薄膜的光学性质  41-44
  4.5 Cu_3Ni_xN 薄膜的电阻率  44-45
  4.6 Cu_3Ni_xN 薄膜的显微硬度  45-46
  4.7 本章小结  46-47
第五章 结论和展望  47-49
  5.1 主要结论  47
  5.2 需要进一步研究的问题  47-49
致谢  49-50
参考文献  50-57
硕士研究生期间发表的论文及参与的科研项目  57

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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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