六方氮化硼薄膜化学气相沉积工艺研究论文

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1、国内图书分类号：TB43国际图书分类号：620工学硕士学位论文六方氮化硼薄膜的化学气相沉积工艺研究硕士研究生：丁友龙导师：于杰教授申请学位：工学硕士学科、专业：材料物理与化学所在单位：深圳研究生院答辩日期：2007年06月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB43U.D.C:620DissertationfortheMasterDegreeofEngineeringMICROWAVEPLASMACHEMICALVAPORDEPOSITIONOFHEXGONALBORONNI

2、TRIDEFILMSCandidate:DingYoulongSupervisor:Prof.YuJieAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MaterialPhysicsandChemistryAffiliation:ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence:June,2007Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业

3、大学工学硕士学位论文摘要六方氮化硼是重要的宽禁带半导体材料,禁带宽度超过6eV，具有优异的物理化学性质，如优异的热导性，高电阻率，高的微波与红外的透过性和化学稳定性等。近年来，越来越受到关注。本文主要研究六方氮化硼薄膜的微波等离子体六方氮化硼薄膜化学气相沉积（MPCVD）工艺,以期实现对六方氮化硼薄膜生长结构的控制。利用传统的微波增强等离子体化学气相沉积方法在硅片上制备了六方氮化硼薄膜，反应气源采用He-N2-BF3-H2的组合气体。系统地研究了各种参数如微波功率，工作气压，沉积时间，衬底种类等对氮

4、化硼薄膜生长行为的影响。用X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman)对薄膜结构进行了表征，用扫描电子显微镜(SEM)分析了薄膜的形貌特征，用高分辨透射显微镜(HRTEM)分析了薄膜的晶体结构。本研究得到如下主要结果：1)衬底材料预处理阶段的表面打磨有利于提高薄膜与衬底的结合力。2)在薄膜的生长过程中，随时间变化，薄膜的结晶性变差。3)H2流量增大时，薄膜的结晶性提高。4)功率的提高，会提高hBN薄膜的结晶性，减小薄膜中的晶格缺陷。其原因主要是功率的提高将导致生长温度的提高。5)高分辨率TEM图像分

5、析表明：hBN薄膜是由尺寸在几个纳米的微结晶区组成，六方原子层多呈现为典型的湍层结构。6)薄膜的生长速度能达到0.77μm/h。7)薄膜形貌结构随沉积工艺参数的变化有所不同，本研究中获得了一种新型的形貌结构，这种结构是由六方氮化硼的纳米片层组成的，片层的厚度为20-30nm,长度分布不均，都在80-1000nm范围内。关键词六方氮化硼；薄膜；微波等离子体；化学气相沉积-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractHexgonalboronnitrideisanimportantsemicond

6、uctormaterialwithalargebandgapofover6eV.Recently,considerableinterestwasattractedthrehexagonalboronnitride(h-BN)duetoitslargebandgap,highthermalconductivity,highelectricalresistivity,transparenttomicrowaveandinfraredlight,andchemicalstability.Inthisthe

7、sis,h-BNfilmsweredepositedbymicrowaveplasmachemicalvapordeposition（MPCVD）.TheeffectsoftheprocessparametersonthegrowthbehaviorofthehBNfilmswereinvestigatedsystematically,andtherelationshipbetweenthegrowthprocessandthefilmstructureswasestablished.Silicon

8、,stainlesssteel,molybdenum,andnickelwaferswereusedasthesubstratesforfilmgrowth.AnuniquereactivegassystemofHe-N2-BF3-H2wasselectedtoactasthesourcegases.Theinfluenceofvariousfactors,suchasmicrowavepower,workingpressure,durationtime,nature