试述氮化磁场增强等离子体辅助原子层沉积氮化铝及其光学性能

论文导读：
摘要：本论文探讨了磁场增强等离子体辅助原子层(PA-ALD)技术低温沉积氮化铝薄膜,并对其光之发光性能测量。通过转变各种沉积参数，探讨降低薄膜中杂质含量的策略和影响的因素。采取傅立叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）对薄膜的结构进行表征、X射线衍射仪（XRD）测量膜的结晶性、采取椭偏仪（SE）和荧光光谱仪（FS）对膜的光学性能进行探讨。通过等离子体参数的发射光谱（OES）测量，说明影响沉积薄膜结构的内在因素。得出结论如下：（1）通过各种测试手段的表征证明采取磁场增强等离子体辅助原子层沉积技术可以在低温下（250℃）沉积晶体氮化铝薄膜；（2）沉积参数对磁场增强PA-ALD沉积的氮化铝的杂质含量影响很大：i. H2的流量在N2和H2的混合气体中所占比例越大，混合气体的输入时间越长，越有利于TMA分子的完全反应，膜中碳杂质含量越少；ii.磁场强度越大越有利于减少氮化铝薄膜中的碳、氧杂质，同时还可提升沉积速率；iii.沉积温度越高越有利于减少氮化铝薄膜中的碳、氧杂质；iv.微波ECR增强PA-ALD技术制备出的氮化铝薄膜较射频PA-ALD技术制备的氮化铝薄膜中的碳、氧杂质含量少；v.低射频放电功率有助于减少氮化铝膜中的碳、氧杂质。（3）磁场增强PA-ALD技术沉积的氮化铝薄膜的沉积历程为：在等离子体作用下，TMA分子先和H2反应形成AlH3分子，而后N2分子电离出N原子，和AlH3反应形成AlN及Al-N2。（4）原子层沉积技术沉积的氮化铝晶体膜较其他沉积技术制备的氮化铝膜具有减少氮空位本征缺陷的优势。关键词：氮化铝论文ALD论文光致发光论文低温沉积论文碳和氧杂质论文
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ABSTRACT5-9
第一章 绪论9-25

1.1 等离子体化学气相沉积原理9-10

1.2 原子层沉积（ALD）原理和运用方向10-13

1.2.1 ALD 原理11-12

1.2.2 ALD 运用方向12-13

1.3 发光器件的进展和探讨方向13-15

1.3.1 原子层沉积发光器件的探讨14-15

1.4 氮化铝（AlN）薄膜概述15-23

1.4.1 AlN 的结构与特性15-17

1.4.2 AlN 薄膜的制备策略17-21

1.4.3 AlN 作为发光材料的运用及其有着的不足21-23

1.5 课题的目的、作用及探讨内容23-25

1.5.1 课题探讨的目的及作用23

1.5.2 主要探讨内容23-25

第二章 实验装置、薄膜性能测量和结构表征25-42

2.1 磁场增强等离子体辅助原子层沉积的实验装置25-27

2.

1.1 等离子体产生系统25-26

2.

1.2 真空获得系统26

2.

1.3 气路系统26

2.

1.4 冷却系统26

2.

1.5 磁场产生系统26-27

2.2 氮化铝薄膜的沉积工艺流程27-28

2.1 基体材料的处理工艺27

2.2 沉积氮化铝的工艺流程27-28

2.3 薄膜结构浅析和性能测量、等离子体参数测量28-40

2.3.1 成分组成浅析28-31

2.3.2 微观结构浅析31-34

2.3.3 光学性质浅析34-40

2.3.4 台阶轮廓仪40

2.4 等离子体的在线发射光谱测量（OES）40-42

第三章 AlN 薄膜的制备、生长机理及杂质缺陷42-64

3.1 AlN 薄膜原子层沉积42-44

3.2 减少杂质提升纯度的策略44-51

3.

2.1 真空室预处理44-48

3.

2.2 气体流量、输入时间48-51

3.3 磁场强度51-53

3.4 沉积温度53-55

3.5 放电方式和放电功率55-60

3.5.1 放电方式55-59

3.5.2 放电功率59-60

3.6 退火方式和温度60-61

3.7 反应机理的推测61-62

3.8 小结62-64

第四章 氮化铝薄膜的光学性质64-70

4.1 常规光学参数的In-SituSE测量64-65

4.2 光致发光测量65-68

4.

2.1 磁场强度影响65-67

4.

2.2 沉积温度的影响67-68

4.

2.3 退火处理68

4.3 小结68-70
第五章 结论及展望70-72

5.1 本论文的主要探讨成果与结论70

5.2 本论文的革新之处70-71

5.3 进一步工作展望71-72

致谢72-73
参考文献73-76
硕士期间发表的学术论文76