磁控濺射sic薄膜及其光電特性研究_周繼承

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1、------------------------------------------------------------------------------------------------磁控濺射SiC薄膜及其光電特性研究_周繼承1902007年第2期(38)卷*磁控濺射SiC薄膜及其光電特性研究周繼承,鄭旭強(qiáng)(中南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙410083)摘要:用射頻磁控濺射法制備了SiC薄膜,并對(duì)其進(jìn)行了退火處理。用AFM觀察了薄膜的表面形貌,測(cè)量了薄膜的厚度與透射光譜。用J.C.Manifacier提出并由R.Swanepoel加以修正和完善的包絡(luò)線法對(duì)薄膜透射光譜進(jìn)行

2、了分析計(jì)算,并結(jié)合Tuac公式確定了薄膜的光學(xué)帶隙。結(jié)果表明:在不同射頻功率下制備的薄膜均有較強(qiáng)的藍(lán)紫光吸收特性,在低功率下可制備出表面平整,吸收系數(shù)小,光學(xué)帶隙大的薄膜;退火處理后薄膜的吸收系數(shù)減小,光學(xué)帶隙增大,晶粒向圓形轉(zhuǎn)化且尺寸變大。關(guān)鍵詞:SiC薄膜;射頻磁控濺射;表面形貌;光學(xué)特性中圖分類號(hào):TN304.055;TN304.2;TN305.92文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1001-9731(2007)02-0190-03其濺射氣體為純度99.99%的氬氣,襯底為拋光載?！?---------------

3、--------------------------------------------------------------------------------片。在沉積薄膜前,首先用去離子水清洗基片15min,緊接著分別用丙酮和無水乙醇在超聲波清洗機(jī)各清洗15min,然后再用去離子水沖洗。當(dāng)真空度達(dá)到1@-310Pa后,向真空室沖入氬氣,調(diào)節(jié)氣體流量達(dá)150ml/min,使室內(nèi)壓強(qiáng)保持在1.0Pa;調(diào)節(jié)射頻功率到預(yù)定功率,分別為100、150、210、300W;沉積溫度和時(shí)間分別為室溫和25min。薄膜沉積前為了去除靶材表面的氧化物先進(jìn)行10min的預(yù)濺射,然后移開擋板開始沉積。用

4、RTP-600M型快速退火爐對(duì)部分樣品進(jìn)行了700e/150s的快速熱退火。用NT-MDT型原子力顯微鏡(AFM)觀察薄膜的表面形貌;用Alpha-StepIQ型臺(tái)階儀測(cè)量薄膜厚度;透射光譜用TU-1800型紫外可見光分光光度計(jì)測(cè)量,測(cè)量范圍為330~1000nm。1引言SiC作為一種很有應(yīng)用前景的半導(dǎo)體材料,以高的禁帶寬度,高的擊穿場(chǎng)強(qiáng)、高的電子熱導(dǎo)率,高的電子遷移率,以及抗輻射能力強(qiáng),結(jié)實(shí)耐磨損等物理化學(xué)特性特別適合于制作高頻、大功率、耐高溫器件。SiC[1]還是藍(lán)光發(fā)射和抗腐蝕性能方面的理想材料。然而[2]單晶SiC的生長(zhǎng)溫度過高,高于1200e會(huì)使界面處存在大量的空位和缺陷,

5、在較低溫度下生長(zhǎng)薄膜能有效的避免這些不足,而且擁有在發(fā)光二級(jí)管、光電晶體——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------[3]管、太陽能電池和高溫傳感器等光電器件方面應(yīng)用的重要特性。因此發(fā)展低溫制備SiC薄膜技術(shù)對(duì)于SiC器件的實(shí)際應(yīng)用有重大意義。目前,等離子體化學(xué)氣相沉積(PECVD)、激光輔助沉積(PLD)、磁控濺射(MS)[4]等方法已經(jīng)用于低溫制備SiC薄膜,

6、在這些方法中磁控濺射由于其成本低、沉積速率高、沉積溫度低、薄膜的黏附性好等特性得到了廣泛的關(guān)注和研究。用射頻磁控濺射法制備了SiC薄膜,并研究探討了薄膜的光電特性。3結(jié)果和討論3.1沉積速率與射頻功率的關(guān)系圖1給出了沉積速率與射頻功率的關(guān)系曲線。由圖1可知射頻功率對(duì)沉積速率的影響很顯著,當(dāng)射頻功率從100W增加到300W時(shí),沉積速率從5.26nm/min增加到11.77nm/min,且與功率基本呈線形關(guān)系,這和文獻(xiàn)[5~7]的報(bào)道一致。另外射頻功率增大時(shí)濺射產(chǎn)額增加,使沉積區(qū)內(nèi)粒子密度增加,濺射材料粒子對(duì)氬氣的散射增強(qiáng),離子能量在碰撞過程中損失;過高能量的入射離子打入靶內(nèi)以及襯底的再

7、度濺射都會(huì)影響薄膜的沉積速率,故會(huì)出現(xiàn)圖1曲線關(guān)系。2實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)用直徑100mm、厚5mm的純度為99.99%的燒結(jié)SiC為靶,用射頻磁控濺射法制備了SiC薄膜,——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------圖1沉積速率的射頻功率的關(guān)系曲