中频磁控溅射制备AlN薄膜

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1、第32卷第3期核技术Vol.32,No.32009年3月NUCLEARTECHNIQUESMarch2009中频磁控溅射制备AlN薄膜任克飞阴明利邹长伟付德君（武汉大学加速器实验室武汉430072）摘要设计了一套阳极层离子源辅助中频磁控溅射装置，并在Si(111)衬底上沉积AlN薄膜。用X射线衍射、原子力显微镜和扫描电镜分析了AlN薄膜的结构、形貌和成分。在优化的实验条件下制备的AlN薄膜具有较强的(002)衍射峰，其半高宽为612–648弧秒。气体流量、衬底偏压、离子源等对薄膜结构有明显影响。关键词中频磁控溅射，AlN，阳极层离子源中图分类号O484.1,O473Al

2、N薄膜具有高折射率、高硬度(2×10除了直流磁控溅射的靶中毒现象，也克服了射频磁–2–1kg·f·mm)、高热导率(285W·m·K)、高电阻率、宽控溅射沉积速率低的不足。我们在中频磁控溅射系–6禁带(5.9–6.2eV)、低热膨胀系数(4×10/K)和高表统引入阳极层离子源，以增强快速镀膜过程中溅射面声波传播速度(5607km/s)等优异性能，在短波发粒子的离化率，并用此装置制备了AlN薄膜。光、光电子探测、高速电子器件等领域有很好应用前景。AlN薄膜在与c平面垂直的表面上的高表面1实验设备与方法波传播速度和压电特性，使之在高频率表面消声器图1a为中频磁控溅射的装置，

3、由水平冷却靶磁方面得到应用。控溅射装置改进而成。原装置为孪生对靶配置，主AlN薄膜的制备方法包括金属有机物化学气相要改进是增加了图1b所示的阳极层离子源。其由内[1][2]沉积法(MOCVD)、分子束外延(MBE)、脉冲激外阴极、位于内外阴极间的阳极、水冷系统和供气[3,4][5-7]光沉积法(PLD)和磁控溅射等。磁控溅射制备系统组成。AlN因工作温度低、成本低、并环境友好而引起广泛关注。中频磁控溅射以两个靶交替作为阴极，消图1阳极层离子源辅助中频磁控溅射装置示意图(a)，阳极层离子源的结构(b)Fig.1Structureoftheintermediatefrequ

4、encymagnetronsputteringsystem(a)withanode-layerionsource(b)磁路是阳极层离子源的核心，由内外阴极和磁成环形电流(虚阴极)。这些电子运动时在离子束的铁构成，在内外阴极之间的放电区形成强磁场。该方向产生加速力，使电离的正离子朝衬底方向运动。磁场使放电产生的电子沿着磁力线做圆周运动，形由于离子的荷质比很小，磁场对离子的影响忽略不——————————————国家自然科学基金(10675095、10875091)资助第一作者：任克飞，女，1984年生，现为武汉大学粒子物理与原子核物理专业硕士研究生通讯作者：付德君收稿日期：

5、2008-09-08，修回日期：2008-12-29170核技术第32卷计。因此，离子可通过由环形电流产生的虚阴极，2结果与讨论而电子则被俘获。向阳极扩散的电子与气体分子的2.1Ar/N2比和偏压对薄膜结构的影响碰撞，导致工作气体进一步电离，电子加速进入阳极，留下大量阳离子，形成一层几微米厚的极薄的图2a是Ar/N2比分别为2:3、1:1和3:2条阳离子层。在加速力的作用下，离子从虚阴极进入件下制备的AlN薄膜的XRD衍射图。可见膜厚随真空室，在负偏压作用下加速到衬底区域。阳极层Ar/N2比增大，分别为1.09，1.18，1.26µm，AlN++离子源产生的离子种类是A

6、r和N2。薄膜的(002)衍射峰很强，(100)衍射峰较弱。Ar/N2在磁控溅射系统中安装离子源的优点是：(1)从比为2:3和3:2制备样品的(002)衍射峰半高宽均阳极层离子源引出的离子轰击衬底表面，使表面氧为612弧秒，而Ar/N2比为1:1制备样品的(002)化层很快被刻蚀。(2)沉积过程中的增强离子轰击有衍射峰半高宽是648弧秒。(002)和(100)峰的强度均利于提高沉积薄膜的致密性，并在生长表面得到很随Ar流量增加，且(002)峰的强度增加量更高。图[8]高的离子/原子比，沉积速率大大提高。Wei等在2b是Ar/N2对I(002)/I(100)比率和薄膜中N

7、/Al成磁控溅射系统中加了一个电子源，得到厚度达分比的影响。可以看出I(002)/I(100)比随Ar/N2比80µm的氮化物。单调增加。在磁控溅射中，Ar和N2分别作为溅射+本工作中，阳极层离子源采用直流电源供电，气体和反应气体，Ar的离子质量较大，其流量增工作电压900V，电流0.7A。溅射系统靶材为纯度加并未对薄膜成分产生明显影响。AlN具有纤锌矿为99.5%的Φ10cm柱形铝靶。实验前，将衬底材结构，其晶格常数a=b=31.11nm，c=49.78nm。(002)料Si(111)用甲醇清洗10min，再去离子水超声2面的面间距0.