氮化硼薄膜的热丝辅助等离子体增强化学气相沉积法制备及其紫外光敏性能研究

摘要

该实验以氮化硼薄膜在紫外空间光探测器件-紫外液晶光阀中的实际应用为出发点,以独立设计搭建的钟罩式热丝辅助电容耦合射频等离子体增强化学气相沉积(HF-PECVD)设备,以经过超声预处理的单晶硅和石英破璃为衬底,在低温条件下制备氮化硼和磷掺杂氮化硼薄膜材料.系统地研究了衬底的超声预处理工艺、沉积温度、射频功率以及氢气对氮化硼薄膜的生长、组成及表面形貌结构的影响.实验采用磷对氮化硼进行了掺杂,成功地在光学石英玻璃衬底上沉积了磷掺杂氮化硼(BN<,x>P<,1-x>)薄膜,研究了该薄膜的紫外光敏特性,其吸收边在240nm~400nm的紫外波段内可以连续变化,同时也实现了对氮化硼光学带隙在3.8eV~5.3eV范围内的连续可控调制.实验通过在衬底表面沉积过渡层的方法,改善了磷掺杂氮化硼薄膜与衬底的结合强度.在以上对氮化硼薄膜以及磷掺杂氮化硼薄膜制备工艺、性能和微结构研究分析的基础上,该论文还探讨了薄膜材料在紫外空间光探测器件-紫外液晶光阀上应用的可行性.实验与理论分析证明磷掺杂氮化硼薄膜是一种适合应用于紫外液晶阀器件中的宽带半导体材料.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1氮化硼的结构、性能与应用概况

1.1.1立方氮化硼(c-BN)

1.1.2六方氮化硼(h-BN)

1.1.3纤锌矿六方氮化硼(w-BN)

1.1.4菱方氮化硼(r-BN)

1.1.5 E-BN(Explosion Boron Nitride)

1.2BN薄膜的制备技术方法

1.2.1前言

1.2.2化学气相沉积(CVD)法

1.2.3物理气相沉积(PVD)法

1.3测试技术

1.3.1傅立叶变换红外光谱分析(FTIR)

1.3.2 X射线衍射分析(XRD)

1.3.3扫描电子显微分析(SEM)

1.3.4透射电子显微分析(TEM)

1.4BN的生长过程探讨

1.5当前BN研究中存在的主要问题

1.5.1BN薄膜和衬底的结合问题

1.5.2c-BN的生长机理及制备问题

1.6本课题的提出及研究思路的确立

第二章设备与实验

2.1 HF-PECVD系统

2.1.1实验设备的设计与构成

2.1.2真空系统

2.1.3加热辅助系统

2.1.4射频等离子体辅助系统

2.1.5气体流量控制与显示系统

2.2实验

2.2.1实验原料

2.2.2实验衬底

2.2.3试样的制备

2.2.4试样的测试

第三章试验结果与分析

3.1BN薄膜的材料制备

3.1.1不同衬底（单晶Si和石英）对BN薄膜生长的影响

3.1.2衬底预处理工艺对生长BN薄膜的影响

3.1.3沉积温度和射频功率对BN薄膜生长的影响

3.1.4氢气对BN薄膜生长的影响

3.1.5生长工艺条件对BN薄膜表面形貌结构的影响

3.1.6BN薄膜的高分辩电镜图像（HREM）分析

3.2BN薄膜材料的磷掺杂及其对BN光学带隙的调节

3.2.1磷掺杂BN薄膜(BNXP1-X)的制备

3.2.2磷掺杂BN薄膜(BNXP1-X)的紫外光敏性

3.3BN及BNXP1-X薄膜在紫外液晶光阀中应用的理论分析

3.4衬底预处理促进BN形核的缺陷形核机制

第四章结论

参考文献

致谢

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