1 / 14

吉林大学超硬材料国家重点实验室

吉林大学超硬材料国家重点实验室. 磁控溅射法制备氮化硼薄膜. 杨旭昕 徐洋 李柳暗 任士远 李红东* 邹广田. 2009/7/13. 引言. 氮化硼 (BN) 是一种应用极为广泛材料。氮化硼能够以 多种结构存在：即 sp 3 杂化的立方氮化硼 （ cBN ） 和纤锌矿氮化 硼 （ wBN ） ， sp 2 杂化的六角氮化硼 （ hBN ） 和菱面体氮化硼 (rBN) ，以及 sp 2 和 sp 3 混合杂化的氮化硼 (eBN) ，其中 cBN 以其 优异的物理和化学性质受到人们普遍重视 , 对其合成及特性研 究十分重要。. 立方氮化硼 (cBN) 的性质.

kalonice-cleatus
Télécharger la présentation

吉林大学超硬材料国家重点实验室

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 吉林大学超硬材料国家重点实验室 磁控溅射法制备氮化硼薄膜 杨旭昕 徐洋 李柳暗 任士远 李红东* 邹广田 2009/7/13

  2. 引言 氮化硼(BN)是一种应用极为广泛材料。氮化硼能够以 多种结构存在：即sp3杂化的立方氮化硼（cBN）和纤锌矿氮化 硼（wBN），sp2杂化的六角氮化硼（hBN）和菱面体氮化硼 (rBN)，以及sp2和sp3混合杂化的氮化硼 (eBN)，其中cBN以其 优异的物理和化学性质受到人们普遍重视,对其合成及特性研 究十分重要。

  3. 立方氮化硼(cBN)的性质 立方氮化硼(cBN)作为一种在自然界中并不 存在的人造材料具有优异的理化特性。 • 高硬度 • 高热导率 • 高电阻率 • 抗高温氧化性 • 良好的化学稳定性 • 全光谱范围的透过性 • 既能N型掺杂，又能P型掺杂的宽禁带半导体料。 • 可应用在超硬刀具、高温电子器件和光学保护膜等领域。

  4. 立方氮化硼薄膜生长方法 通常，cBN薄膜是以特定材料为衬底在各种辅助条件下通过气相沉积方法（PVD 和 CVD）制备的。其中衬底的选择和制备工艺参数对cBN薄膜的质量有直接影响。 传统的生长方法： 利用Si 为衬底，在温度和偏压等辅助条件下生长。由于Si衬底材料与cBN晶格常数间的失配大，妨碍了 高质量的cBN膜的生长和应用。 现代的生长方法： 利用以金刚石为代表的材料为衬底，在高温﹑偏压或等离子体刻蚀等辅助条件下生长。制备出了含100%立方相 的单晶cBN薄膜，及高立方相的cBN厚膜。 如何选择衬底材料，利用简易的方法制备出高质量cBN厚膜材料 是使cBN成为适合应用的相关材料和拓宽应用领域的关键。

  5. 石墨上生长cBN膜 • 背景 石墨衬底上生长立方氮化硼并不常见，需高温条件，且 cBN 薄膜质量不高。 石墨片的最新进展。 • 研究意义：新的半导体结构 • 潜在应用： 场发射 MIS结构 欧姆触点 微波二极管、场效应晶体管、紫外光电二极管器件等。

  6. 薄膜的生长条件 衬底材料：主要为c轴取向石墨片 本底真空：2×10-3 Pa 气体比例：N2：Ar =1：6 工作气压：2 Pa 射频功率：150 W 生长时间：2 小时 没有衬底加热和偏压辅助条件下生长cBN

  7. 薄膜的定性及定量分析 图1，BN的红外光谱 图2，BN的B1sXPS光谱 主要相为 立方相 拟合结果表明 cBN含量为~90%

  8. 薄膜的形貌特征 cBN的截面SEM cBN的AFM 平均尺寸20nm 1.2mm厚膜

  9. 功率对相转变的控制 不同功率条件下得到的样品红外光谱 cBN eBN cBN eBN

  10. 薄膜在空气中的稳定性 cBN 长时间放置在空气中薄膜没有发生相变，脱落现象，说明薄膜的应力较低。

  11. 光学性质 cBN的透射光谱 可见光区透过率~ 60%

  12. cBN的光学吸收边 T = A exp (-ad) （1） d= (iC/r) （2） ahn = D(hn- Eg)n （3） 5.8eV Eg =ccEc+chEh=6.1×cc+ 4.2×(1–cc) （4）

  13. 场发射性质 电场为30 V/mm时，电流密度是2.8×10-5A/cm2， 是Si衬底生长cBN的5倍。

  14. 结论 1，制备出了1.2mm 厚纯度为90%的cBN膜。 2，cBN膜暴露在空气中很长一段时间后，没有出现裂纹、 剥落现象，说明所生长的cBN膜的应力低。 3，制备过程中，没有衬底加热和电子轰击等辅助条件参 与，降低了能量损耗和成本，提供了一种简易、低成本 制备高质量cBN膜的有效途径。 思考 “超硬”与“超软”的结合

More Related