磁控濺射法制備InxAl1-xN薄膜及其性能測試.pdf

1、鑒于InxAl1-xN具有更高的肖特基勢壘和更強(qiáng)的自發(fā)極化效應(yīng)，能產(chǎn)生高的二維電子氣密度和載流子濃度，成為商用和軍用的高功率、高頻GaN基器件以及高電子遷移率晶體管的理想材料;而且InxAl1-xN薄膜中In含量的改變使材料的禁帶寬度在0.7～6.2eV連續(xù)可調(diào)。因此，研究制備出不同組分InxAl1-xN薄膜的各個工藝參數(shù)、分析其生長機(jī)理的影響規(guī)律、并且研究不同薄膜的光電性能，為開發(fā)相應(yīng)器件和相應(yīng)傳感器提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)具有重要的理論意義和實

2、用價值。
　　本文采用金屬銦作為In源、金屬Al作為Al源、氮氣作為N源，使用磁控濺射系統(tǒng)，在Si(111)襯底上生長AlN和InN薄膜。在改變工藝參數(shù)的條件下制備出不同的薄膜樣品，通過X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、能量色散譜(EDS)、X射線光電子能譜(XPS)和原子力顯微鏡(AFM)等現(xiàn)代儀器分析樣品的晶體結(jié)構(gòu)、元素分布和微觀結(jié)構(gòu)，結(jié)果制備出了最理想的InN正六棱柱纖鋅礦結(jié)構(gòu)，以及表面非常平整的AlN薄膜，并

3、探究出生長薄膜的優(yōu)化工藝為:襯底溫度為600℃、工作氣壓為0.6 Pa、Ar和N2流量比為20∶20、濺射功率(In:70W; Al:250W)。分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)了InN與AlN薄膜都是在壓強(qiáng)、溫度以及Ar和N2流量比的共同作用下在2D生長模式與3D生長模式之間轉(zhuǎn)變的生長機(jī)理。
　　在制備InN和AlN的基礎(chǔ)上，采用In和Al雙靶共濺射制備InxAl1-xN薄膜，并探究制備不同組分薄膜的工藝條件。雖然實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度太高時所制備薄膜中

4、的In會升華，導(dǎo)致In含量減少甚至難以制備InxAl1-xN，但是我們通過改變襯底溫度、工作壓強(qiáng)、Ar和N2流量比制備出了In含量較高的InxAl1-xN薄膜，并通過對實驗樣品進(jìn)行表征與分析，計算出了不同的工藝參數(shù)下In組分的含量分別為0.88、0.69、0.52。進(jìn)而，在室溫下對樣品進(jìn)行霍爾測試和拉曼測試分析可知，隨著In組分的增大，薄膜的電子遷移率減小，樣品的A1(LO)和E2(high)的峰位也從633.24 cm-1與688.8