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硅碳氮(SiCN)是一种硅、碳、氮三元化合物半导体材料,兼具碳化硅和氮化硅两种材料优良的光学、电学、磁学、热力学和机械特性。在硅材料衬底上生长SiCN薄膜材料成本低,且与超大规模集成电路有很好的兼容性,这些特点使得SiCN可作为光电器件的首选材料之一,具有很好的经济和社会效益。本论文采用射频磁控溅射法,以氮化硅和石墨靶材作为原材料,氩气作为工作气体,成功制备出了 SiCN薄膜材料。通过改变靶材(氮化硅、石墨)溅射功率、衬底温度和反应腔室压强等制备条件,利用相应测试手段分析研究了制备工艺条件对SiCN薄膜在组分、结构、形貌、光学性能和场发射性能等方面的影响。另外,我们进一步探索性地研究了退火对SiCN薄膜的影响。结果表明,在不同工艺条件下所制备的SiCN薄膜主要是由Si、N、C三种元素组成,元素以Si-N键、Si-C键、C-N键、C=N键、C≡N键和C=C键存在,薄膜材料中含Si3N4、5H-SiC相。不同的制备工艺条件对各元素含量和结晶性都有很大的影响。通过改变靶材溅射功率,我们发现所制备SiCN薄膜材料光学带隙随着靶材溅射功率的增大而增大,通过计算可得其光学带隙介于4.55和4.89 eV之间,且薄膜有很好的光透过性;随着衬底温度从400℃升高到700℃,所制备SiCN薄膜的光学带隙从4.20 eV减小到3.73 eV;腔室压强从3 Pa增大至9 Pa时,所制备SiCN薄膜的光学带隙从3.06 eV增大到5.14 eV。光致荧光测试结果表明所制备SiCN薄膜有两个分别位于370和425nm处的发光峰,分别由SiOx/Si(0<x≤2)界面态和SiC晶粒引起,发光峰的强度随制备条件的不同而有很大的差别。薄膜的场发射测试表明,薄膜的场发射开启电场随靶材溅射功率的不同有较大的变化,所制备薄膜的最小开启电场为2.4 V/μm。