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立方氮化硼(c-BN)具有优异的物理化学陛质,如仅次于金刚石的硬度、高温下强的抗氧化能力、不易与铁族金属反应、可n型掺杂也可p型掺杂成为半导体等,立方氮化硼(c-BN)薄膜在切削刀具、电子和光学器件等方面有着潜在的重要应用前景。c-BN薄膜的制备和性质研究一直是国际上的研究热点和难点之一。本文主要研究c-BN薄膜的制备、相变以及BN/Si异质结的特性。
使用射频溅射(RF)系统,靶材为烧结的六角氮化硼(h-BN),工作气体为氩气(或氩气和氮气的混合气),在硅衬底上沉积氮化硼薄膜。薄膜结构用红外光谱标识,用离子注入的方法在制备好的BN薄膜中分别注入Be和S,成功的制备了p-c-BN/p-Si和n-c-BN/p-Si薄膜异质结,用高阻仪测得BN薄膜表面电阻率和BN/Si薄膜异质结的I-V曲线。
从能量和结构两个角度分析了BN四种相的转变过程,得到从h-BN到c-BN转变的一个可能途径:h-BN→r-BN→c-BN。研究发现:纯的h-BN到r-BN的转变需要克服一个很高的能量势垒,而r-BN到c-BN的转变只需要克服一个很低的能量势垒;c-BN薄膜中存在的大量缺陷和杂质大大降低了从h-BN到r-BN转变所需要的能量,促进了薄膜中立方相的形成。另外,对制备出来的样品进行系列退火研究,发现当退火温度为900℃时,薄膜中的立方相含量最高,因此,确定900℃为最佳退火温度。
对BN薄膜进行离子注合入TRIM程序模拟,确定了注入的能量和剂量,当注入元素为Be时,比较适合的注入能量为100KeV;当注入元素为S时,合适的注入能量为190KeV。
实验制备的BN/Si薄膜异质结的I-V曲线具有明显的整流特性,其正向伏安特性的拟合结果表明异质结的电流电压特性曲线符合理想二极管整流特性方程。掺杂后的BN薄膜表面电阻率比没有掺杂的BN薄膜表面电阻率降低了3-5个数量级。BN/Si薄膜表面I-V曲线接近线性,表明金属与半导体的接触基本为欧姆接触。通过对注入元素为Be的样品进行霍尔效应测试,得到载流子浓度为4.9×10<'21>/cm<'3>,迁移率为16。