论文部分内容阅读
AlN的高热导率特性使得它成为理想的散热材料之一，此外，AlN还具有高击穿场强、高禁带宽度、高化学和热稳定性、良好的光学和力学性能以及与GaAs等常用半导体材料相近的热膨胀系数等，AlN也因此在很多领域得到了广泛的应用。由于AlN薄膜的制备方法有很多，不同的方法制备的膜层性能各异，为了获得低成本和综合性能佳的AlN薄膜，本研究采用离子源辅助中频反应磁控溅射技术制备AlN薄膜，首先利用正交法，设计了一个三因素（N2流量、偏压、工作气压）四水平的正交实验来初步探索AlN薄膜的制备工艺，通过极差分析法选出最优的制备工艺，然后在选出的最优制备工艺基础上，进一步研究偏压、离子源功率、温度等单一参数对AlN薄膜质量的影响。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、显微硬度计、薄膜结合强度划痕试验仪、闪光热导仪等对薄膜结构和性能进行表征。研究结果表明，在对AlN薄膜制备工艺初步探索的正交实验中，N2流量对薄膜沉积速率以及膜/基结合力起主导作用；偏压对薄膜的硬度影响最大，在偏压所选的四个水平当中，其最优水平是100V；工作气压对薄膜质量（膜层沉积速率、硬度、膜/基结合力等）的影响虽然不占主导地位，但是较高的工作气压会降低沉积速率；通过对正交实验样品性能的综合分析考虑，最优的工艺参数为：工作气压0.3Pa，偏压100V，N2流量50sccm。在单一工艺参数对AlN薄膜质量影响的探究中：（1）当偏压为100V时，AlN薄膜厚度、硬度均有最大值，偏压的增加，有利于AlN薄膜与基体结合力的增强以及薄膜表面质量的提高，但是，薄膜的厚度与硬度反而降低。（2）离子源的辅助沉积有利于AlN相的合成，当离子源功率大于0.7kW时，AlN沿（100）晶面择优取向明显，当离子源功率为1.3kW时，所沉积膜层有向非晶转变的趋势，同时，随着离子源功率的增加，所沉积的AlN薄膜致密度和膜/基结合力均显著提高，而膜层沉积速率和硬度则呈先上升后降低的规律。（3）升高温度能够提高AlN薄膜的硬度，AlN薄膜的厚度与膜/基结合力随温度的升高，前者是先增加后降低，后者是先降低后增加，薄膜的表面质量在200℃时最好，过高的温度会促使沉积在薄膜表面的部分晶体发生晶格畸变。（4）未镀膜前基体材料Al的热导率是195.23W/（m·K），镀膜后材料的热导率显著提高。（5）在选择的偏压、离子源功率、沉积温度三个工艺参数中，离子源功率对AlN薄膜质量的影响最大。