射頻磁控濺射制備AlN薄膜及其性能研究

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1、中圖分類(lèi)號(hào)0484UDC31碩士學(xué)位論文學(xué)校代碼10533密級(jí)公開(kāi)射頻磁控濺射制備A1N薄膜及其性能研究StudyofdepositionandpropertiesofaluminumnitridethinfilmsbyRFmagnetronsputtering作者姓名：學(xué)科專業(yè)：研究方向：學(xué)院(系、所)：指導(dǎo)教師：劉丹瑛材料科學(xué)與工程材料學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院余志明教授論文答辯日期2呈堡：篁．_f8答辯委員會(huì)主啦!蘭／鼻1中南大學(xué)2013年5月原創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)

2、下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了論文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得中南大學(xué)或其他單位的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我共同工作的同志對(duì)本研究所作的貢獻(xiàn)均己在論文中作了明確的說(shuō)明。作者簽名：到生選日期：絲睦年羔月4日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本人了解中南大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留學(xué)位論文并根據(jù)國(guó)家或湖南省有關(guān)部門(mén)規(guī)定送交學(xué)位論文，允許學(xué)位論文被查閱和借閱；學(xué)校可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用復(fù)印

3、、縮印或其它手段保存學(xué)位論文。同時(shí)授權(quán)中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所將本學(xué)位論文收錄到《中國(guó)學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)》，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向社會(huì)公眾提供信息服務(wù)。作者簽名：羔l二墨』墓導(dǎo)師簽名魚(yú)盥日期：絲年—蘭月絲日射頻磁控濺射制備A1N薄膜及其性能研究摘要：AIN薄膜具有很多優(yōu)異的物理性質(zhì)，如高的熱導(dǎo)率、高的硬度、高的聲表面波傳播速度、高電阻率、較好的壓電性、寬的能隙值等，因而在電子領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用。由于AIN晶體具有各向異性，不同擇優(yōu)取向的A1N薄膜的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)等性能會(huì)有明顯差異，通常(002)取向的

4、A1N薄膜比較難以得到，AIN薄膜的取向生長(zhǎng)機(jī)制也不太清楚，為了成功實(shí)現(xiàn)A1N薄膜的應(yīng)用，不僅需要研究其電學(xué)、光學(xué)等性能，也需要深入研究其力學(xué)性能，因而在制備AIN薄膜的基礎(chǔ)上，研究其組成、微觀結(jié)構(gòu)、形貌及力學(xué)性能對(duì)于AIN薄膜的應(yīng)用具有重要意義。本文采用射頻反應(yīng)磁控濺射法在Si(100)基片上制備了纖鋅礦結(jié)構(gòu)的多晶A1N薄膜，實(shí)驗(yàn)采用單參量變化法，研究了濺射氣壓、基體溫度、氮?dú)夂考鞍谢嗯cA1N薄膜的組成、微觀結(jié)構(gòu)、表面形貌和納米力學(xué)性能等各項(xiàng)性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，為高性能AIN薄膜的制備及應(yīng)

5、用打下了良好的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。結(jié)果表明：1、濺射氣壓、基體溫度、N2含量以及靶基距均對(duì)AIN薄膜的結(jié)晶取向性有重要影響。在單晶硅(100)基片上制備(002)擇優(yōu)取向A1N薄膜的最佳工藝參數(shù)為：濺射氣壓0．2Pa、基體不加熱、N2流量比率為50％、靶基距為3cm。2、在其它工藝參數(shù)都一定的條件下，升高基體溫度，或是增大濺射氣壓、靶基距，都會(huì)使A1N薄膜的表面粗糙度減小。3、濺射氣壓和基體溫度均對(duì)AIN薄膜的組成和抗氧化性影響較大，減小濺射氣壓或基體溫度可使薄膜的純度較高、抗氧化性較好。4、工藝參數(shù)對(duì)A

6、IN薄膜的力學(xué)性能影響較大，本文所制備的AIN薄膜具有優(yōu)良的力學(xué)性能，在濺射氣壓0．2Pa、基體溫度250。C、N，流量比率為50％、靶基距為3cm、沉積時(shí)間lh的條件下，所制備的AIN薄膜的力學(xué)性能最優(yōu)，硬度約在33．8～34．1GPa，彈性模量約在242．9-325．5GPa之間。關(guān)鍵詞：AIN薄膜；射頻反應(yīng)磁控濺射；結(jié)構(gòu)；擇優(yōu)取向；力學(xué)性能分類(lèi)號(hào)：TB43；0484StudyofdepositionandpropertiesofaluminumnitridethinfilmsbyRFmag

7、netronsputteringAbstract：Aluminiumnitride(A1N)thinfilmsareofgreatinterestforapplicationinelectronicsowingtosuchsuperiorphysicalpropertiesaslargethermalconductivety,highhardness，hi曲surfaceacousticwavespeed，highelectricalresistivity,goodpiczoelectricre

8、sponseandwideenergybandgap．BecauseofanisotropyofAINcrystal，significantdifferenceexistsinthemechanical，electricalandopticalpropertiesofAlNthinfilmswimdifferentpreferredorientation．ManyauthorsthinkthatitiShardtoobtainAlNtllinfilmswith(002)oriented，andt