六方氮化硼（hBN）是一種人工合成的寬禁帶半導體材料,禁帶寬度達到了6eV,屬于準直接帶隙材料。其具有許多優(yōu)異的物理和化學性質,并且,由于它與石墨烯的晶格十分匹配（失配率小于1.7%）,因而被認為是制備石墨烯的最佳的襯底材料,很有希望在石墨烯電子器件領域發(fā)揮重要作用。但是由于hBN的制備條件十分苛刻,要獲得結晶質量好、大尺寸的薄膜材料仍十分困難;并且由于hBN材料的本征電阻率非常高,限制了其在微電子和光電子學領域的應用。因此如何提高hBN材料的結晶質量和穩(wěn)定性、對hBN材料進行電學性質的調控顯得尤為重要,針對以上兩個方面,本論文研究了生長氣氛對hBN薄膜質量的影響以及hBN薄膜的原位摻雜,取得的主要研究結果如下:1.研究了工作氣氛對hBN薄膜質量的影響,采用射頻磁控濺射技術,分別以純氬（Ar）氣和氬/氮（Ar/N₂）混合比為1:1的工作氣氛制備hBN薄膜,X射線光電子能譜（XPS）的表征結果發(fā)現(xiàn)在純Ar氣氛中制備的薄膜存在大量氮（N）空位,硼/氮（B/N）比約為2:1,薄膜中多余的B原子會與空氣中的O原子結合導致大量硼氧化合物產生,使得薄膜不穩(wěn)定。而在混合氣氛中制... 

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

sp3雜化的(a)cBN、(b)wBN和(c)BN分子結構示意圖

第一章 緒論wBN 屬于六方晶系，為纖鋅礦結構，如圖 1.1(b)所示，晶格常數(shù)為 a=0.255nm，c=0.422nm。wBN 與 cBN 有相似的物理和化學性質，硬度在 BN 的幾種同分異構體中僅次于 cBN。cBN 和 wBN 的合成方式有所不同，cBN 可以在高溫高壓下由hBN 相轉變得到，而 wBN 是用 hBN 為原料，在沖擊波的條件下獲得。hBN 和 rBN 都屬于 sp2雜化的層狀結構，每一原子層都是由 N 原子和 B 原子交替排列組成的正六邊形蜂巢結構，層與層之間通過范德瓦爾斯力相結合，其晶體結構如圖 1.2 所示。在原子層內有很強的 B-N 共價鍵，鍵角為 120°，鍵長為0.1446nm，面內晶格常數(shù) a=0.2505nm。由圖 1.2(a)可知，hBN 中，沿著 c 軸方向以 ABABAB…方式堆疊而成，屬于六方晶系，晶格常數(shù) c=0.6661nm。由于層與層之間的作用力為很弱的范德瓦爾斯力，導致 hBN 的層間非常易于滑動，與石墨類似，因此，hBN 也常用于潤滑劑。

它的優(yōu)點是：成膜速度快、生長溫度低、膜的結合力好、裝置操作簡單、性能穩(wěn)定。磁控濺射的原理圖如圖2.1 所示，通常使用 Ar 作為工作氣體，Ar 在很強的電場下會電離成 Ar+和電子，電子在電場和磁場的同時作用下，會以擺線的軌跡運動，增加了電子和帶電粒子以及氣體分子的碰撞幾率，提高了氣體離化率，降低工作氣壓，而 Ar+在強電場作用下，會與靶材發(fā)生撞擊，使得靶材表面的原子逸出，運動到基底上的靶材原子會沉積在基底上從而形成薄膜[40-44]。圖 2.1 磁控濺射原理圖磁控濺射包括直流濺射和射頻濺射，直流濺射技術可以使用導體和高摻雜的半導體材料作為靶材，濺射速率很高，但是在濺射絕緣材料時，會出現(xiàn)陽極消失、陰極中毒、放電打弧等問題，導致濺射很難控制，進而影響到了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和薄膜的質量。解決這個問題的方法就是使用射頻磁控濺射技術，就是在靶材和基底之間加一個矩形波電壓，相當于在濺射過程中有一個電容的充放電過程，以此

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]氮化鋅粉末和薄膜的制備及特性研究[D]. 宗福建.山東大學 2005

碩士論文
[1]氮化鎂粉末的制備及性質研究[D]. 孟春站.山東大學 2009



本文編號：3411895