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双离子束溅射室温沉积生长 SiC 薄膜

双离子束溅射室温沉积生长 SiC 薄膜. 金成刚 吴雪梅 诸葛兰剑 苏州大学物理科学与技术学院 江苏省薄膜材料重点实验室 2007 年 8 月 成都. 主要内容. ¤ 研究背景 ¤ 实验方法 ¤ 结果与分析 ¤ 结 论. ： SiC 作为一种优秀的微电子材料，以其禁带宽、饱和电子漂移速度大、临界雪崩击穿电场高和热导高的特点，在大功率、高频、耐高温、抗辐射器件及光电子集成器件方面具有重要的应用价值而备受重视。工艺上又可以与集成电路兼容，被期待作为新型的光电材料应用于大规模光电集成电路 (OEIC) ，因而日益成为关注焦点。. 一、研究背景.

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双离子束溅射室温沉积生长 SiC 薄膜

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Presentation Transcript

  1. 双离子束溅射室温沉积生长SiC薄膜 金成刚 吴雪梅 诸葛兰剑 苏州大学物理科学与技术学院 江苏省薄膜材料重点实验室 2007年8月 成都

  2. 主要内容 ¤研究背景 ¤实验方法 ¤结果与分析 ¤结 论

  3. ： SiC作为一种优秀的微电子材料，以其禁带宽、饱和电子漂移速度大、临界雪崩击穿电场高和热导高的特点，在大功率、高频、耐高温、抗辐射器件及光电子集成器件方面具有重要的应用价值而备受重视。工艺上又可以与集成电路兼容，被期待作为新型的光电材料应用于大规模光电集成电路(OEIC)，因而日益成为关注焦点。 一、研究背景

  4. SiC虽是间接带隙半导体，但目前人们研制的具有纳米结构的SiC材料已能有效发射蓝光。目前SiC体单晶的生产已日趋完善。但氮化镓材料发光效率极高，SiC材料发光效率却相对较低。如何提高SiC材料的发光效率现成为国际上的一个非常热门的话题的研究领域。SiC虽是间接带隙半导体，但目前人们研制的具有纳米结构的SiC材料已能有效发射蓝光。目前SiC体单晶的生产已日趋完善。但氮化镓材料发光效率极高，SiC材料发光效率却相对较低。如何提高SiC材料的发光效率现成为国际上的一个非常热门的话题的研究领域。 SiC材料是我们课题组的主要研究内容

  5. 目前制备SiC薄膜选用的主要方法 ☆化学气相沉积（CVD） ☆分子束外延 (MBE) ☆磁控溅射 ☆脉冲激光淀积(PLD) ☆离子注入

  6. ：采用双离子束溅射的方法分别制备了无辅源离子轰击SiC薄膜、能量为150eV的辅源离子轰击SiC薄膜，通过SEM、XRD、Raman、透射谱等手段测试分析了薄膜的表面形貌、结构、光学性质等。：采用双离子束溅射的方法分别制备了无辅源离子轰击SiC薄膜、能量为150eV的辅源离子轰击SiC薄膜，通过SEM、XRD、Raman、透射谱等手段测试分析了薄膜的表面形貌、结构、光学性质等。

  7. 二、实验方法 ¤ 采用双离子束溅射装置沉积薄膜 ¤ 工作气体为Ar ¤ 本底气压为5×10-4Pa ¤ 沉积气压为2×10-2Pa ¤主源离子能量为800eV 束流为40mA ¤辅源离子能量为150eV 束流为10mA 图1 双离子束溅射沉积（DISBD）装置示意图

  8. 三、结果和分析 1. SiC薄膜表面SEM分析 （a） 随着辅源离子的轰击薄膜中团簇的尺寸变大 (b) 图2 （a）无辅源轰击的表面SEM图，（b）能量为150eV辅源轰击的表面SEM图

  9. (c) 无辅源轰击的膜比较平滑，而薄膜与Si衬底间的接触面比较光滑，没有空洞，但是其中有很多裂纹如图3（c）A区域。 A (d) 150eV离子束轰击之后的膜变得粗糙，致密。如图3（d）B区域，薄膜与Si衬底有一个比较明显的过渡层，而且有空洞出现如C区域，但是并没有发现裂纹。 B C 图3 （c）无辅源轰击的截面SEM图，（d）能量为150eV辅源轰击的截面SEM图

  10. 低能离子束轰击提高吸附原子的迁移率，使得薄膜更加致密，表面粗糙。同时离子束的轰击能够增大团簇的尺寸，提高薄膜与衬底间的附着力，释放薄膜与衬底间的内应力。低能离子束轰击提高吸附原子的迁移率，使得薄膜更加致密，表面粗糙。同时离子束的轰击能够增大团簇的尺寸，提高薄膜与衬底间的附着力，释放薄膜与衬底间的内应力。

  11. 2. SiC薄膜结构的FTIR分析 红外光谱是研究红外光通过样品被吸收的情况,红外光谱最适宜于研究不同原子的极性键(如C=O,O-H,C-H,N-H)的振动。 离子束轰击后，位于800cm-1的Si-C键的吸收峰变得尖锐，这说明离子束轰击促进了Si-C键的形成。 图4 （a）无辅源轰击的红外透射光谱，（b）能量为150eV辅源轰击的红外透射光谱。

  12. 3. SiC薄膜结构的Raman分析 Raman光谱是研究在垂直或其他方向上对单色光的散射,与红外光谱是互相补充的。 Raman光谱则适宜于研究同原子的极性键(如C=C,S=S,N=N)的振动。本实验就用其来测量我们所得薄膜中的C=C和Si-Si键。 图4 （a）无辅源轰击的Raman光谱，（b）能量为150eV辅源轰击的Raman光谱。

  13. 离子束轰击后，位于480cm-1的Si-C键和1300-1600cm-1光谱区的C=C的吸收峰都变小，且C=C峰向高频方向移动，这表明sp3/sp2的比率降低，同时多余的C原子或者sp2键的团簇的尺寸变小。离子束轰击后，位于480cm-1的Si-C键和1300-1600cm-1光谱区的C=C的吸收峰都变小，且C=C峰向高频方向移动，这表明sp3/sp2的比率降低，同时多余的C原子或者sp2键的团簇的尺寸变小。

  14. 4. SiC光吸收特性 4.1光吸收测量 随着辅源离子的轰击薄膜的吸收边蓝移。 图5 （a）无辅源轰击的紫外可见光透射光谱，（b）能量为150eV辅源轰击的紫外可见光透射光谱。

  15. 4.2光吸收边的确定 随着辅源离子的轰击薄膜光学带隙从1.25eV增加到1.5eV。 图6 无辅源轰击的SiC薄膜 （a）能量为150eV辅源轰击SiC薄膜 (b) （αһν）1/2与һν的关系曲线

  16. 四、结 论 ◇在辅助离子的轰击下，薄膜表面粗糙，更加致密。同时能够增大团簇的尺寸，提高薄膜与衬底间的附着力，释放薄膜与衬底间的内应力。 ◇离子束轰击促进了Si-C键的形成。同时多余的C原子和Si原子或者sp2键的团簇的尺寸变小。 ◇在辅助离子的轰击下，薄膜的吸收边蓝移，且光学带隙从1.25eV增加到1.5eV。这可能是由于深埋在异核Si-C键网络中的sp2键的团簇的尺寸变小导致的。

  17. Thanks for your attention!

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