反应磁控溅射沉积aln薄膜取向结构与性能研究

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1、硕士学位论文摘要择优取向AlN薄膜具有一系列独特的优良物理化学性质，在电子学、光学、声学和力学等方面有广阔的应用前景。本研究工作采用MIS800型多功能离子束磁控溅射复合镀膜设备制备择优取向AlN薄膜。首先，采用单靶反应磁控溅射沉积AlN薄膜，分析了溅射功率、靶基距等工艺参数对Fe衬底上AlN薄膜择优取向生长的影响，运用动力学理论解释了工艺参数影响AlN薄膜择优取向生长的机理。结果表明，溅射功率、靶基距等工艺参数的变化引起沉积粒子的能量与通量的改变，导致各晶面生长速率不同，最终，“适者生存”，一定沉积条件下具有最高生长速率的晶面在AlN薄膜中占有优势地位，AlN薄膜具

2、有该晶面的择优取向。研究中还发现不同择优取向AlN薄膜表面形貌不同。其次，采用能够有效提高薄膜生长速率及均匀性的双靶磁控溅射聚焦共沉积AlN薄膜，讨论了Fe衬底在样品台上不同位置与薄膜择优取向的关系，研究了工作气压等工艺参数对AlN薄膜生长速率的影响。结果表明，双靶产生的等离子体辉光对同一样品台上不同位置的衬底辐照不同，导致各衬底表面温度分布不均匀，相同工艺参数下具有不同的择优取向；永磁靶b辉光辐照的衬底表面温度高于永磁靶a辉光辐照的衬底，且衬底表面温度越高，越有利于（002）晶面择优取向生长；双靶聚焦共沉积可以有效地提高AlN薄膜生长速率，工作气压或N2浓度的升高不

3、同程度上引起了薄膜生长速率的减小，相对低的溅射沉积速率有利于（002）面择优取向生长。最后，建立了表面驱动、界面驱动AlN薄膜择优取向生长模型，从热力学和动力学的角度分析了表面与界面影响AlN薄膜择优取向生长的机理。本文还研究了N2浓度对AlN薄膜元素成份及电阻率的影响，并用划痕法测定了薄膜粘结强度。关键词：反应磁控溅射；AlN薄膜；择优取向；共沉积；生长速率；电阻率I反应磁控溅射沉积AlN薄膜取向结构与性能研究ABSTRACTAluminiumnitride(AlN)thinfilmswithdifferentpreferentialorientation(PO)h

4、avedissimilarphysicalandchemicalpropertiesandarebecomingapromisingmaterialwidlyusedinmicroelectronics,optics,mechanicsandacoustics.Inthispaper,differentPOofAlNthinfilmsweredepositedinthesystemthatcansynthesizefilmsbyionbeamsputteringandmagnetronsputteringtechniquessimultaneouslyandthesy

5、stemtypeisMIS800.Firstly,AlNthinfilmsweredepositedbyDCsingletargetreactivemagnetronsputtering,andtheeffectsofthefactorssuchassputteringpower,target-to-substratedistance,workingpressure,N2concentration,substratetemperatureonthePOwereinvestigated.Resultsrevealthattheeffectsofthefactorsont

6、hePOmaybecontributedtotheenergydifferenceofthedepositingparticles,whichinducesthecompetitionofgrowthratebetweendifferentplanes,beforetheyreachthesubstrate.AndthePOplaneistheplanewiththehighestgrowthrateatthedepositionconditions.ThemorphologiesofvarioustexturedAlNfilmswerealsodiscussed.I

7、naddition,uniformedAlNthinfilmswithhighgrowthratehavebeensynthesizedbyDCdualtargetsreactivemagnetronsputteringco-deposition.TherelationshipbetweendifferentFesubstratepositionatthesampleholderandthePOandtheeffectsofworkinggaspressureandN2concentrationonthefilmgrowthratewerestudi