离子束增强沉积氮化铝薄膜的电绝缘性能研究

AlN薄膜作为绝缘层材料，在微电子领域的高温高功率器件中有很大应用潜力。采用离子束增强沉积(IBED)法制备了AlN薄膜，采用X光电子能谱(XPS)和电容-电压/电流-电压(C-V/I-V)等方法对AlN薄膜的微观结构和绝缘性能进行了研究，得到了影响薄膜电绝缘性能的主要参数。研究结果表明，沉积过程中向IBED系统通入一定的氮气可有效提高薄膜的N／Al，使其接近化学计量比(从0．53：1到0．81：1)及电绝缘性能(击穿电场约为1．42MV／cm)。     

离子束增强沉积氮化硅薄膜生长及其性能研究

用离子束增强沉积技术合成了氮化硅薄膜并研究了薄膜的组分、性能和结构.结果表明,离子束增强沉积生长的氮化硅薄膜的组分比,可借助于调节氮离子和硅原子到达率之比加以控制.在合适条件下生长的氮化硅薄膜,其红外吸收特征峰在波数为840cm~(-1)附近,光折射率在2.2到2.6之间,其组分为Si_3N_4用RBS、AES、TEM、SEM、ED及扩展电阻,测量和观察生成的氮化硅薄膜的组分深度分布及结构.发现,离子束增强沉积制备的氮化硅薄膜,存在着表面富硅层、氮化硅沉积层及混合过渡层这样的多层结构.薄膜呈球状或方块状堆积.基本上是无定形相,但局部可观察到单晶相的存在.离子束增强沉积制备的氮化硅薄膜中的含氧量比不用离子束辅助沉积的显著减少.     

离子束增强沉积氮化硅膜的分析

在电子束蒸发沉积硅的同时用25KeV氮离子进行轰击，在GH37合金表面合成Si3N4膜，用IR、XRS、XRD、TEM和AES-PRO对膜的组分和结构进行综合分析，表明离子束增强沉积（IBED）积成的薄膜之化学式为Si3N4，膜的主要结构是无定形态，局部区域存在少量Si3N4、Si2N4O、SiO2晶体和多晶Si。膜和基体之间存在一个大约50nm的界面混合区。     

离子束增强沉积VO2多晶薄膜的成膜机理

用离子束增强沉积制备高性能VO2薄膜，在溅射V2O5粉末靶的同时，用氩、氢混合束对沉积膜作高剂量离子注入，然后经500℃以上的退火，获得热电阻温度系数(TCR)高达4％的VO2薄膜。成膜机理是：利用高剂量氩离子注入的损伤效应使V2O5的V—O键断裂；利用注入氢的还原效应将V2O5转换成VO2薄膜；利用混合效应使界面结合牢固、薄膜结构均匀；利用掺杂效应，使氩出现在晶格的间隙位置，产生张应力，降低了薄膜的转换温度；利用轰击效应使薄膜致密，降低了氧空位，减小了晶界宽度，提高了其TCR。     

等离子体增强原子层沉积制备压电AlN薄膜

采用等离子体增强原子层沉积(PEALD)技术在单晶硅衬底上成功制备了具有(002)晶面择优取向的氮化铝(AlN)晶态薄膜,为设计新型压电功能器件提供了思路.利用椭圆偏振光谱仪(SE)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)对.样品的生长速率、表面形貌、晶体结构、薄膜成分进行了表征和分析.结果 表明,在250℃沉积温度下,以N2H2和Ar的混合气体的等离子体作为共反应物,在相同工艺条件下仅增加前驱体三甲基铝(TMA)脉冲注入之后的氮气吹扫时间(tp1),制备的AlN薄膜的(002)晶面择优取向趋于显著,说明tp1的增加可以促进Al和N原子的有序排列,并促进(002)晶面择优取向形成.实验中,tp1为30 s且循环次数为1150时,PEALD制备的AlN薄膜表面平整光滑,均方根表面粗糙度为0.885 nm,(002)晶面衍射峰最明显,薄膜中氧原子数分数为11.04％,氧原子在AlN薄膜中形成氧缺陷并形成一种稳定的基于八面体配位铝的新型氧缺陷相,XPS结果证明了N-O-Al键的形成.     

离子束增强沉积法制备二氧化铪薄膜

利用离子束增强沉积(IBED)技术在硅衬底上沉积得到50nm的二氧化铪薄膜.卢瑟福背散射(RBS)的结果指出样品表面有过量氧元素存在.X射线光电子能谱(XPS)显示退火前后薄膜内部化学键没有变化.透射电子显微镜(TEM)表明界面处有非晶铪氧硅化合物生成.电子衍射(ED)显示所制备的二氧化铪薄膜呈现长程无序、区域有序的多晶态.实验为HfO2作为高k电介质在集成电路制造中的应用提供了一种简单有效的方法.     

氩离子束辅助反应溅射沉积氧化锆薄膜的微观分析

对离子束反应溅射沉积过程中,同时经氩离子束轰击形成的氧化锆薄膜进行了RBS,XPS,TEM及XRD的微观分析。结果表明,在本实验条件下的形成膜体部分为标准化学计量配比的ZrO_2;形成膜由非晶和微晶构成,晶化程度与薄膜沉积用的衬底材料有关;在Al衬底上沉积膜有介稳立方相和单斜相出现;所有沉积膜表面均沾污碳。     

离子束增强沉积制备氮化硅薄膜的计算机模拟

Monte-Carlo计算机模拟程序,SIBL,用来描述离子束增强沉积(IBED)制备氧化硅薄膜的生长过程,提供薄膜组分的深度分布及界面混合等有关信息.它是TRIMSP的发展,并利用了ZBL(Ziegler,Biersack,Littmark)最新的二体势和电子阻止本领.模拟计算中,用一个间断交替的薄膜生长过程(先沉积一层硅原子,然后注入一定量的氮离子)来代替实验上一个沉积原子和离子轰击同时进行的连续过程,且在注入一定量的离子后,对每层原子的组份,密度进行修正,使模拟达到动态化.计算结果表明,薄膜组份比随离子原子到达比的变化关系以及组份的深度分布和实验符合很好.     

Deposition Characteristics of AlN Thin Film Prepared by the Dual Ion Beam Sputtering System

In this experiment, a radio frequency dual ion beam sputtering (DIBS) system was used to prepare aluminum nitride (AlN) films with a bottom Al electrode on a Si (100) substrate. After systematic testing of the processing variables, a high-quality film with preferred c-axis orientation was grown successfully on the Si (100) substrate with an Al target under 700 eV energy flux, N₂/(N₂ + Ar) ratio of 55%, and 4 × 10⁻⁴ torr in vacuum. The characteristics of the deposited AlN thin films were studied by x-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscope (TEM), secondary ion mass spectrometry (SIMS), and electronic spectroscopy for chemical analysis (ESCA). The surface roughness was also measured. It was found that AlN films prepared by DIBS at room temperature are better than those prepared at 300°C, and those prepared with an Al target are better than those prepared with an AlN target. The inferiority of AlN films prepared with AlN targets is due to the AlN bond being broken down by the ion beam source.     

Investigation of AlN Thin Films as Buried Insulator in SOI Structure

Self-heating effects in silicon-on-insulator (SOI) devices limit the applicability of SOI materials in electronics in cases where high power dissipation is expected. AlN film as a potential candidate for buried insulator material in SOI-structures is investigated. Ion-beam-enhanced deposition (IBED) is used to manufacture large area AlN films. SIMS measurements indicate the formation of AlN films. The characterization of the films reveals that the quality of the films strongly depends on the evaporation rate of Al. For the film with high quality deposited at 0.05nm/s, it has higher component of N, excellent dielectric property and a smoother surface with roughness RMS value of 0.13nm, and can be bonded directly at room temperature by the smart-cut process. SOI structure with the AlN film as buried insulator has formed successfully for the first time, which is confirmed by XTEM micrograph.     

原子层沉积超薄氮化铝薄膜的椭圆偏振光谱法表征

采用原子层沉积(ALD)工艺在硅衬底上生长了35 nm以下不同厚度的超薄氮化铝(AlN)晶态薄膜。利用椭圆偏振光谱法在波长275~900 nm内测量并拟合薄膜的厚度及折射率和消光系数等光学参数。利用原子力显微镜(AFM)表征AlN晶粒尺寸随生长循环次数的变化,计算得到薄膜表面粗糙度并用于辅助椭偏模型拟合。针对ALD工艺特点建立合适的椭偏模型,可获得AlN超薄膜的生长速率为0.0535 nm/cycle,AlN超薄膜的折射率随着生长循环次数的增加而增大,并逐渐趋于稳定,薄膜厚度为6.88 nm时,其折射率为1.6535,薄膜厚度为33.01 nm时,其折射率为1.8731。该模型为超薄介质薄膜提供了稳定、可靠的椭圆偏振光谱法表征。     

脉冲激光沉积制备TiN/AlN多层膜的变形机理研究

本文采用纳秒脉冲激光沉积法在单晶硅试样表面制备了调制周期为20nm和200nm的TiN/AlN硬质多层膜,通过有限元模拟和纳米压痕方法研究了调制周期对多层膜的开裂机理的影响。结果表明:调制周期200nm时,载荷致使能量表层积累形成应力集中,一定程度后界面应变梯度劣化促使界面裂纹萌生、扩展。载荷继续增加后,主裂纹沿纵向扩展,其两侧也形成新的应力集中区,原有应力释放。薄膜应力近表层的应力集中超过多层膜的强度极限时,多层膜表层发生开裂。调制周期20nm时,加载诱导应力沿着AlN软膜向多层薄膜内部传递,能量在纵深方向累积储存,直至超过薄膜的屈服极限时,多层膜内部损伤失效。     

反应淀积氮化铝薄膜及其性质的研究

实验使用脉冲激光熔蚀金属铝靶,使溅射的物质粒子和真空室中的氮气反应以淀积氮化铝（ＡｌＮ）薄膜,淀积时引入氮气直流放电以促使Ａｌ和Ｎ发生完全反应制备高质量符合化学计量比的ＡｌＮ薄膜。讨论了脉冲能量密度、基底温度、气体放电对所沉积薄膜组织结构的影响。实验结果表明,当ＤＥ＝１．０Ｊ·ｃｍ－２,ＰＮ２＝１３．３３３ｋＰａ,Ｔｓｕｂ＝２００℃,Ｖ＝６５０Ｖ,ｆ＝５Ｈｚ,ｄＳ－Ｔ＝４ｃｍ时,高质量的ＡｌＮ薄膜被成功地沉积于Ｓｉ（１００）基片上。分析表明薄膜是具有高取向性的ＡｌＮ（１００）多晶膜,薄膜的能带间隙约为６．２ｅＶ,其电阻率和击穿电场分别为２×１０１３Ω·ｃｍ和３×１０６Ｖ·ｃｍ－１。     

离子束辅助沉积碳膜抑制栅电子发射研究

本文利用离子束辅助沉积方法在钼栅极的表面镀上一层碳膜 ,采用模拟二极管的方法测量阴极活性物质Ba、BaO蒸发沉积在镀碳钼栅与纯钼栅表面后的电子发射性能 .测量结果表明 ,镀碳钼栅的电子发射量显著减少 .依据XPS、电子探针对钼栅极表面阴极发射物的分析结果 ,初步探讨了离子束辅助沉积碳膜抑制栅电子发射的机制     

PVT方法下AlN烧结工艺坩埚盖处氧杂质沉积行为研究

AlN晶体中的氧杂质会严重影响晶体性能.因此,氧含量的控制一直是AlN晶体生长工艺中的热点和难点.为了减少AlN晶体中的氧杂质含量,通常在长晶之前使用粉料高温烧结工艺去除大部分的氧杂质.使用XRD及EGA等检测方法,对不同烧结工艺下AlN烧结过程中坩埚盖处的氧杂质沉积行为及其规律进行了对比研究.研究发现,使用低温(900～1 100℃)真空保温与1 500℃的氮气保护下保温相结合的方法可以极大促进氧杂质在坩埚盖处的前期沉积.在氮气保护环境下进一步提升烧结温度至2 000～2 100℃并经过一段时间的保温后,坩埚盖沉积物表面会出现黄褐色AlN结晶层,相应的检测结果表明此阶段坩埚盖处的氧杂质大量挥发,沉积过程已经基本结束.     

退火对IBED氧化钒薄膜结构和性能的影响

对离子束增强沉积(IBED)氧化钒薄膜作不同条件的退火，用X射线衍射分析薄膜的晶体结构；用电阻．温度测试分析了薄膜的热电阻温度系数。实验发现，沉积薄膜存在一个形成二氧化钒结构的临界结晶温度，该温度随薄膜制备时离子束增强沉积条件的不同而改变。退火温度低于临界结晶温度时，很难使薄膜结晶成二氧化钒结构；高于临界温度较多的退火或形成VO2结构后再长时间退火，都会使VO2多晶薄膜中的钒分解降价，使薄膜的结构退化、性能变差。IBED多晶VO2薄膜在室温附近的电阻温度系数可达到4％／K以上。     

AlN陶瓷厚膜金属化研究进展

简要论述了AlN陶瓷由于自身结构特点而导致的其厚膜金属化的困难、提出了解决的主要方法。阐述了AlN陶瓷厚膜金属化的三种主要结合剂(玻璃结合系;反应结合系;混合结合系)的结合机理,综述了三种主要结合剂以及AlN陶瓷厚膜金属化用金属体系的研究现状及最新进展。