氮化硼薄膜退火和掺杂研究

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在氮化硼系统中,立方氮化硼(Cubic boron nitride,c-BN)是集众多优异的物理和化学特性于一身的超硬、宽带隙半导体材料。立方氮化硼因其具有高硬度、高的热稳定性和化学稳定性等优异的物理和化学性质,而倍受人们的关注。相对于金刚石,c-BN更容易实现p型与n型掺杂,因此,c-BN在透明、高温、高频、大功率、抗辐射光电子器件方面具有广泛的应用前景。本文主要研究立方氮化硼的制备、相变和n型掺杂等内容。  (1)运用射频(13.56MHz)磁控溅射系统在Si衬底上制备氮化硼薄膜,在衬底温度、工作气压、溅射功率等条件一定的情况下,探究退火温度对氮化硼薄膜的影响,分析了在BN薄膜的沉积过程中可能的相变过程,得到从h-BN到c-BN转变的一个可能途径:h-BN→E-BN→c-BN。实验结果表明,当退火温度为950℃时得到质量较好的立方氮化硼薄膜。  (2)采用原位掺杂的方法,对BN薄膜进行了n型掺杂研究。使用FTIR谱对样品表征,并使用Keithley4200.分别测量并比较了未掺杂样品、掺杂未经退火样品以及掺杂后退火处理样品的表面I-V特性。研究表明,未掺杂的氮化硼薄膜电阻率为8.88×1011Ω·cm,掺硅后导电类型为n型,电阻率变为6.64×107Ω·cm,掺杂并经高温退火处理后,薄膜的电阻率下降约4个数量级,成功地实现了BN薄膜的原位掺杂。  (3)运用射频磁控溅射系统在Si衬底上制备银纳米颗粒膜,研究了纳米颗粒膜对BN薄膜红外吸收的增强作用,通过AFM分析了溅射时间对薄膜形貌的影响,发现随着溅射时间的增加,纳米颗粒膜的颗粒密度迅速增加,颗粒尺寸不断减小。初步确定了沉积时间,在改变溅射功率的银纳米颗粒膜上继续溅射BN薄膜,结果表明,在适当尺寸的银纳米颗粒作用下,BN薄膜的红外吸收可以得到有效增强,在功率为60W,时间为5s的条件下制备的银纳米颗粒膜具备最强的表面等离子体共振增强特性。  
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