熱絲化學(xué)氣相沉積制備SiCN薄膜的研究.pdf

1、硅碳氮(SiCN)薄膜作為一種新型的寬帶隙半導(dǎo)體材料，因其優(yōu)異的物理和化學(xué)特性，使它成為當(dāng)前材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。研究表明，它具有較高的硬度及優(yōu)良的抗氧化、抗腐蝕、耐磨損、熱的穩(wěn)定性和良好的發(fā)光特性等。因此，對SiCN的研究具有重要的應(yīng)用價(jià)值。 本文選用簡單易行的低成本的熱絲化學(xué)氣相沉積(HFCVD)系統(tǒng)在Si襯底上合成SiCN薄膜。系統(tǒng)摸索了制備工藝(襯底溫度，N2、CH4和H2流量，反應(yīng)室壓強(qiáng))對成膜質(zhì)量的影響，采用F

2、T—IR、SEM、XPS來研究在不同工藝條件下薄膜的結(jié)構(gòu)、表面形貌及氮元素含量，最終得到制備薄膜的優(yōu)化工藝條件：鎢絲溫度2100℃，襯底溫度900℃，鎢絲距襯底的距離8mm，SiH4、CH4和N2流量分別為1 SCCM、2 SCCM和4SCCM，反應(yīng)室壓強(qiáng)6.0×102 Pa。進(jìn)而通過SEM、AFM、XRD、FT—IR、XPS及Raman表征手段對優(yōu)化工藝條件下制備的薄膜的表面形貌、晶體結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成進(jìn)行了分析。AFM和SEM結(jié)果表明S

3、iCN薄膜的生長方式為二維的島狀生長，薄膜表面由一些高度為515nm，直徑Φ2μm左右的顆粒組成，同時(shí)這些顆粒排列整齊有序，顆粒尺寸、分布較為均勻，聚集也較為緊密。XRD圖譜分析表明薄膜雖然已經(jīng)晶化，但晶化的并不充分，存在著微晶和非晶的成分，通過Jade軟件擬合計(jì)算出薄膜的結(jié)晶度為43.99％；XPS、FT—IR及Raman結(jié)果表明薄膜中氮的相對含量達(dá)到了27.20％，SiCN薄膜不是SiC和Si3N4的簡單混合，薄膜中Si、C和N三種