双离子束溅射室温沉积生长SiC薄膜

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1、双离子束溅射室温沉积生长SiC薄膜金成刚吴雪梅诸葛兰剑苏州大学物理科学与技术学院江苏省薄膜材料重点实验室2007年8月成都¤研究背景¤实验方法¤结果与分析¤结论主要内容一、研究背景：SiC作为一种优秀的微电子材料，以其禁带宽、饱和电子漂移速度大、临界雪崩击穿电场高和热导高的特点，在大功率、高频、耐高温、抗辐射器件及光电子集成器件方面具有重要的应用价值而备受重视。工艺上又可以与集成电路兼容，被期待作为新型的光电材料应用于大规模光电集成电路(OEIC)，因而日益成为关注焦点。SiC虽是间接带隙半导体

2、，但目前人们研制的具有纳米结构的SiC材料已能有效发射蓝光。目前SiC体单晶的生产已日趋完善。但氮化镓材料发光效率极高，SiC材料发光效率却相对较低。如何提高SiC材料的发光效率现成为国际上的一个非常热门的话题的研究领域。SiC材料是我们课题组的主要研究内容☆化学气相沉积（CVD）☆分子束外延(MBE)☆磁控溅射☆脉冲激光淀积(PLD)☆离子注入目前制备SiC薄膜选用的主要方法：采用双离子束溅射的方法分别制备了无辅源离子轰击SiC薄膜、能量为150eV的辅源离子轰击SiC薄膜，通过SEM、XRD

3、、Raman、透射谱等手段测试分析了薄膜的表面形貌、结构、光学性质等。二、实验方法图1双离子束溅射沉积（DISBD）装置示意图¤采用双离子束溅射装置沉积薄膜¤工作气体为Ar¤本底气压为5×10-4Pa¤沉积气压为2×10-2Pa¤主源离子能量为800eV束流为40mA¤辅源离子能量为150eV束流为10mA三、结果和分析1.SiC薄膜表面SEM分析（a）(b)图2（a）无辅源轰击的表面SEM图，（b）能量为150eV辅源轰击的表面SEM图随着辅源离子的轰击薄膜中团簇的尺寸变大图3（c）无辅源轰击

4、的截面SEM图，（d）能量为150eV辅源轰击的截面SEM图ABC(c)(d)无辅源轰击的膜比较平滑，而薄膜与Si衬底间的接触面比较光滑，没有空洞，但是其中有很多裂纹如图3（c）A区域。150eV离子束轰击之后的膜变得粗糙，致密。如图3（d）B区域，薄膜与Si衬底有一个比较明显的过渡层，而且有空洞出现如C区域，但是并没有发现裂纹。低能离子束轰击提高吸附原子的迁移率，使得薄膜更加致密，表面粗糙。同时离子束的轰击能够增大团簇的尺寸，提高薄膜与衬底间的附着力，释放薄膜与衬底间的内应力。2.SiC薄膜结

5、构的FTIR分析红外光谱是研究红外光通过样品被吸收的情况,红外光谱最适宜于研究不同原子的极性键(如C=O,O-H,C-H,N-H)的振动。图4（a）无辅源轰击的红外透射光谱，（b）能量为150eV辅源轰击的红外透射光谱。离子束轰击后，位于800cm-1的Si-C键的吸收峰变得尖锐，这说明离子束轰击促进了Si-C键的形成。3.SiC薄膜结构的Raman分析Raman光谱是研究在垂直或其他方向上对单色光的散射,与红外光谱是互相补充的。Raman光谱则适宜于研究同原子的极性键(如C=C,S=S,N=N

6、)的振动。本实验就用其来测量我们所得薄膜中的C=C和Si-Si键。图4（a）无辅源轰击的Raman光谱，（b）能量为150eV辅源轰击的Raman光谱。离子束轰击后，位于480cm-1的Si-C键和1300-1600cm-1光谱区的C=C的吸收峰都变小，且C=C峰向高频方向移动，这表明sp3/sp2的比率降低，同时多余的C原子或者sp2键的团簇的尺寸变小。4.SiC光吸收特性4.1光吸收测量图5（a）无辅源轰击的紫外可见光透射光谱，（b）能量为150eV辅源轰击的紫外可见光透射光谱。随着辅源离子

7、的轰击薄膜的吸收边蓝移。4.2光吸收边的确定图6无辅源轰击的SiC薄膜（a）能量为150eV辅源轰击SiC薄膜(b)（αһν）1/2与һν的关系曲线随着辅源离子的轰击薄膜光学带隙从1.25eV增加到1.5eV。四、结论◇在辅助离子的轰击下，薄膜表面粗糙，更加致密。同时能够增大团簇的尺寸，提高薄膜与衬底间的附着力，释放薄膜与衬底间的内应力。◇离子束轰击促进了Si-C键的形成。同时多余的C原子和Si原子或者sp2键的团簇的尺寸变小。◇在辅助离子的轰击下，薄膜的吸收边蓝移，且光学带隙从1.25eV增加

8、到1.5eV。这可能是由于深埋在异核Si-C键网络中的sp2键的团簇的尺寸变小导致的。Thanksforyourattention!