【摘要】：SiCN(硅碳氮)作為C、Si與N三種元素構(gòu)成的新型寬禁帶半導(dǎo)體,集合SiC(氮化硅)、C3N4(氮化碳)和Si3N4(碳化硅)的良好光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性于一體。硅基底生長的SiCN材料成本低廉,且與目前的集成電路工藝技術(shù)兼容。不同組分和結(jié)構(gòu)的SiCN材料帶隙在2.86到5.0eV之間連續(xù)可調(diào),有利于其在光電器件領(lǐng)域(如發(fā)光器件、半導(dǎo)體激光器等)方面的應(yīng)用。采用磁控濺射法,以氮化硅(Si3N4)靶材與石墨(C)靶材作為源材料,制備SiCN薄膜,對其進行退火處理。通過改變退火溫度、保溫時間與退火氣氛等條件,系統(tǒng)研究退火工藝對SiCN薄膜成分、表面形貌、化學(xué)成鍵、晶體結(jié)構(gòu)、以及光致發(fā)光等特性的影響,優(yōu)化退火工藝,提高SiCN薄膜的質(zhì)量,從而提高SiCN薄膜光學(xué)性能。XPS分析表明,SiCN薄膜并不是Si3N4與Si C或Si、C與N的簡單組合,而是由C-C鍵、C-O鍵、C-N鍵、N-Si鍵、C=N鍵、Si-C鍵、Si-O鍵與Si-N鍵等形成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。同時XRD分析表明,薄膜中主要含有Si3N4、5H-SiC相,實驗結(jié)果顯示:真空氣氛條件下退火的SiCN薄膜結(jié)晶性好于空氣和氬氣氣氛退火的樣品。對磁控濺射制備SiCN薄膜工藝進行優(yōu)化,在石墨(C)靶材功率為100W,氮化硅靶材功率為150 W時薄膜具有較好的結(jié)晶性,進而在此制備工藝條件下對SiCN薄膜進行退火處理。研究發(fā)現(xiàn),在真空和氬氣氣氛下,隨著退火溫度的提高,薄膜中的Si元素含量明顯上升,C、N元素的含量下降。而在空氣氣氛下,隨著退火溫度的上升,薄膜中的O元素百分含量上升,C、N元素的含量下降。同時對樣品的光致發(fā)光進行了探索,不同退火氣氛引起SiCN薄膜不同位置的發(fā)光峰�？諝鈿夥障峦嘶�,薄膜的發(fā)光峰主要在370nm與395nm處;氬氣氣氛下退火,薄膜發(fā)光的峰位主要在370nm處;在真空氣氛下退火,薄膜的發(fā)光峰主要在370nm與410nm處。370nm處發(fā)光來源于SiOx發(fā)光中心,395nm處和410nm處的發(fā)光由碳團簇引起。
【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN304;O484
【圖文】：

圖 1.1 常壓下 SiCN 化合物的晶體結(jié)構(gòu)，（a）t-SiCN，（b）o-SiCN，（c）h-SiCN，其中白灰色和黑色球體個字代表 Si、C 和 N 原子1.2.2 SiCN 薄膜的制備方法制備 SiCN 薄膜的方法主要分為兩個大類，即物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積。不

磁控濺射原理示意圖

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本文編號：2790394